WO2017178126A1 - Verfahren zum starten einer mit erdgas betriebenen brennkraftmaschine - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for starting an engine operated with natural gas, in particular a method for optimally starting an engine operated with natural gas.
  • natural gas for example CNG (Compressed Natural Gas)
  • liquid fuel for example gasoline or diesel
  • the engine is mainly started with liquid fuel and, after a short warm-up time, switched to natural gas operation.
  • the quality and ignitability, in particular the methane content, the calorific value, the tendency to knock, etc., of the natural gas are locally different depending on the supplier and gas station and consequently are not exactly de ⁇ finable for an optimal start.
  • natural gas generally has a worse inflammability than liquid fuel, which is why natural gas engines are generally worse off than gasoline engines.
  • Natural gas quality measuring systems are known which can reliably detect the quality of natural gas at any time and provide it to the control of the internal combustion engine for starting. For example, there is the approach to determine a correlative measurement based on heat conduction and heat capacity, the natural gas quality. Such a system takes several seconds to record and determine the quality of natural gas.
  • EP 2 015 056 A1 discloses a method and a sensor for determining a combustion-relevant variable of a gas mixture, in particular the energy content of the gas mixture, expressed by the calorific value or the Wobbe index, by means of a correlation between the fuel-relevant variable and the gas mixture Ratio of heat capacity and thermal conductivity of this gas mixture. This ratio can be determined with a built-in CMOS hot wire anemometer.
  • the present invention has for its object to provide a method for starting an exclusively operated with natural gas internal combustion engine, with which the engine can be started optimized without an additional liquid fuel.
  • the present invention is based on the idea to detect the quality of the natural gas used for starting sufficient time before the start of the engine and the control of the internal combustion engine to start the internal combustion ⁇ machine to provide, so that before the start of the engine, the gas quality is known and consequently the parameters of the internal combustion engine for starting the internal combustion ⁇ machine can be optimally adjusted.
  • the method according to the invention for starting a natural gas-fueled internal combustion engine of a vehicle which comprises a natural gas quality sensor for detecting the quality of natural gas, comprises determining an impending start of the combustion gas. engine, detecting the natural gas quality by means of the natural gas quality sensor before the start of the internal combustion engine when an imminent start has been determined, and providing the detected before the start of the internal combustion engine gas quality for an internal combustion engine control.
  • the gas quality sensor can be determined, for example, time well before the start of the internal combustion engine, for example several seconds, the gas quality of the provided for starting the internal combustion engine, natural gas, so that its the start parameter of the internal combustion ⁇ machine can be optimally set based on.
  • the determination of an imminent start of the internal combustion engine preferably comprises determining that a locking system of the vehicle has been activated, for example that a central locking of the vehicle which can be activated by radio remote control has been unlocked. Additionally or alternatively, determining an imminent start of the internal combustion engine comprises determining that a door handle of the vehicle has been actuated. Additionally or alternatively, the determination of an impending start of the internal combustion engine comprises determining that a tailgate of the vehicle has been actuated, for example by means of a tailgate foot sensor. Additionally or alternatively, determining an imminent launch of the
  • determining an imminent start of the internal combustion engine comprises determining whether a person is in the driver's seat, for example by means of a seat occupancy sensor.
  • the method further comprises determining that a tank lock of the vehicle is unlocked was and a determination that a refueling process really takes place.
  • determining that a refueling process really takes place preferably comprises detecting the pressure within a natural gas tank of the vehicle. If the pressure within the natural gas tank rises continuously, this can be an indication that a refueling process is actually taking place. If the pressure within the natural gas tank no longer rises continuously, for example remains constant, it can be determined that the refueling process has ended.
  • the gas quality can be detected by means of the earth ⁇ gas quality sensor after a predetermined time period after termination of the refueling operation, and in turn the control of the internal combustion engine are provided in such a loading vorzugten configuration.
  • the detection of the earth ⁇ gas quality sensor after a predetermined time period after termination of the refueling operation, and in turn the control of the internal combustion engine are provided in such a loading vorzugten configuration.
  • Natural gas quality detecting the thermal conductivity of the natural gas and / or detecting the thermal conductivity of the natural gas and / or detecting the density of the natural gas and / or detecting the heat capacity of the natural gas.
  • Parameters can be determined from the detected parameters then indicative of the knock tendency and / or the ignition of the natural gas, for example by means of a correlation ⁇ algorithm.
  • the correlation algorithm known from EP 2015056 A1 can be used.
  • the method further comprises setting at least one starting parameter for the internal combustion engine by means of the control of the internal combustion engine on the basis of the natural gas quality detected before the start of the internal combustion engine.
  • the at least one starting parameter has a throttle position, an injection quantity of the natural gas, an injection time of the natural gas and / or an ignition timing of the natural gas within the combustion chamber.
  • the natural gas quality of that natural gas is detected, which is provided for the start of the internal combustion engine.
  • the natural gas quality of the natural gas is detected, which is located in a supply line which is directly connected to the injection system of the internal combustion engine.
  • a natural gas quality measuring system is switched off again after the detection of the natural gas quality and is switched on again only after actuation of the ignition of the internal combustion engine.
  • the detected natural gas quality can already be present at the time of actuation of the cylinder control of the internal combustion engine, so that a new detection of the natural gas quality at this time is no longer necessary, since the data of a previously performed natural gas quality measurement are already known.
  • the natural gas quality is detected at least about two seconds, preferably at least about five seconds, before the engine is started.
  • the quality of the natural gas is detected so far before the start of the internal combustion engine that a sufficiently accurate measurement of the quality of the natural gas before starting the internal combustion engine is made possible.
  • the measurement of the quality of natural gas is to be carried out before the actuation of the internal combustion engine, so that a nearly tarry ⁇ approximately free start of the internal combustion engine can be ensured by actuating the ignition.
  • the present invention is based on determining the natural gas quality of the starting of the internal combustion engine before ⁇ seen amount of natural gas before the operation of the ignition of the vehicle so that when the ignition of the vehicle without a long time delay, for example by a Natural gas quality measurement on actuation of the ignition, can be started.
  • a Natural gas quality measurement on actuation of the ignition should already be determined at an early stage whether a starting process of the internal combustion engine is imminent, at ⁇ example by determining that a door handle of the vehicle has been operated.
  • a natural gas quality measuring system can be activated by unlocking the central locking of the vehicle by means of radio remote control, which can detect the quality of the natural gas provided for starting the internal combustion engine.
  • the power grid of the vehicle is activated for the period of activation of the natural gas quality measuring system.
  • the natural gas quality measurement is performed by recording the natural gas pressure, the thermal conductivity of the natural gas and the density of the natural gas. These parameters can be processed by an appropriate correlation algorithm such that the gas quality, in particular the ignition and the knocking tendency of the natural gas is determined, and the control of the internal combustion engine can be stored within a ⁇ Since ten Boulevards. After detecting the quality of the gas, the
  • Natural gas quality measurement system and the power grid of the vehicle are disabled again.
  • the controller Upon subsequent actuation of the ignition of the vehicle, the controller is entitled to the previously detected natural gas quality
  • the controller can set the starting parameters according to the natural gas quality. Due to the improved set start parameters, a quick start of the internal combustion engine can be ensured and it can be the pollutant emissions of the engine already reduced from the start and during warm-up.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, die einen Erdgasqualitätssensor zum Erfassen der Erdgasqualität umfasst. Das Verfahren weist ein Ermitteln eines bevorstehenden Starts der Brennkraftmaschine, ein Erfassen der Erdgasqualität mittels des Erdgasqualitätssensors vor dem Start der Brennkraftmaschine, wenn ein bevorstehender Start ermittelt worden ist, und ein Bereitstellen der vor dem Start der Brennkraftmaschine erfassten Erdgasqualität für eine Steuerung der Brennkraftmaschine auf.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Starten einer mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine, insbesondere ein Verfahren zum optimierten Starten einer mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine.
Zum Betrieb eines mit Erdgas, beispielsweise CNG (Compressed Natural Gas) , betriebenen Fahrzeugs ist es häufig üblich, zum Starten der Brennkraftmaschine eine vorbestimmte Menge an Flüssigkraftstoff, beispielsweise Benzin oder Diesel, in den Brennraum zu geben. Folglich wird bei einem mit Erdgas betriebenen Fahrzeug die Brennkraftmaschine überwiegend mit Flüssigkraftstoff gestartet und nach einer kurzen Aufwärmzeit auf den Betrieb mit Erdgas umgeschaltet. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Qualität und Zündfähigkeit, insbesondere der Methangehalt, der Brennwert, die Klopfneigung, usw., des Erdgases je nach Lieferant und Tankstelle lokal unterschiedlich sind und folglich für einen optimalen Start nicht genau de¬ finierbar sind. Insbesondere weist Erdgas im Allgemeinen eine schlechtere Entzündungsfähigkeit als Flüssigkraftstoff auf, weshalb Erdgasmotoren sich grundsätzlich etwas schlechter starten lassen als Benzinmotoren.
Es sind Erdgasqualitätsmesssysteme bekannt, die zu jedem Zeitpunkt die Erdgasqualität zuverlässig erfassen und der Steuerung der Brennkraftmaschine zum Starten bereitstellen können. Beispielsweise gibt es den Ansatz, eine korrelative Messung auf Basis von Wärmeleitung und Wärmekapazität die Erdgasqualität zu bestimmen. Ein solches System benötigt mehrere Sekunden zur Erfassung und Bestimmung der Erdgasqualität. Beispielsweise offenbart die EP 2 015 056 AI ein Verfahren und einen Sensor zur Bestimmung einer brenntechnisch relevanten Größe eines Gasgemischs, insbesondere des Energiegehalts des Gasgemischs, ausgedrückt durch den Brennwert oder den Wob- be-Index, mittels einer Korrelation zwischen der brenntechnisch relevanten Größe zu dem Verhältnis aus Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit dieses Gasgemischs. Dieses Verhältnis kann mit einem integrierten CMOS-Hitzdrahtanemometer bestimmt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Starten einer ausschließlich mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit dem die Brennkraftmaschine ohne einen zusätzlichen Flüssigkraftstoff optimiert gestartet werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Qualität des zum Starten verwendeten Erdgases zeitlich ausreichend vor dem Start der Brennkraftmaschine zu erfassen und der Steuerung der Brennkraftmaschine zum Starten der Brennkraft¬ maschine bereitzustellen, so dass vor dem Start der Brennkraftmaschine die Erdgasqualität bekannt ist und folglich die Parameter der Brennkraftmaschine zum Starten der Brennkraft¬ maschine optimal eingestellt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Starten einer mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, die einen Erdgasqualitätssensor zum Erfassen der Erdgasqualität umfasst, weist ein Ermitteln eines bevorstehenden Starts der Brenn- kraftmaschine, ein Erfassen der Erdgasqualität mittels des Erdgasqualitätssensors vor dem Start der Brennkraftmaschine, wenn ein bevorstehender Start ermittelt worden ist, und ein Bereitstellen der vor dem Start der Brennkraftmaschine erfassten Erdgasqualität für eine Steuerung der Brennkraftmaschine auf.
Mittels des Erdgasqualitätssensors kann beispielsweise zeitlich weit vor dem Start der Brennkraftmaschine, beispielsweise mehrere Sekunden, die Erdgasqualität des zum Starten der Brennkraftmaschine vorgesehenen Erdgases ermittelt werden, so dass auf Grundlage dessen die Startparameter der Brennkraft¬ maschine optimal eingestellt werden können.
Das Ermitteln eines bevorstehenden Starts der Brennkraftmaschine umfasst vorzugsweise ein Ermitteln, dass ein Verriegelungssystem des Fahrzeugs aktiviert wurde, beispielsweise dass eine per Funkfernbedienung aktivierbare Zentralverriegelung des Fahrzeugs entriegelt wurde. Zusätzlich oder alternativ weist das Ermitteln eines bevorstehenden Starts der Brennkraftmaschine ein Ermitteln auf, dass ein Türgriff des Fahrzeugs betätigt wurde. Zusätzlich oder alternativ weist das Ermitteln eines bevorstehenden Starts der Brennkraftmaschine ein Ermitteln auf, dass eine Heckklappe des Fahrzeugs betätigt wurde, beispielsweise mittels eines Heckklappen-Fußsensors. Zusätzlich oder alter- nativ weist das Ermitteln eines bevorstehenden Starts der
Brennkraftmaschine ein Ermitteln auf, dass ein Sicherheitsgurt des Fahrers des Fahrzeugs in der vorgesehenen Verriegelungs¬ aufnahme eingerastet ist. Zusätzlich oder alternativ weist das Ermitteln eines bevorstehen Starts der Brennkraftmaschine ein Ermitteln auf, ob sich eine Person auf dem Fahrersitz befindet, beispielweise mittels eines Sitzbelegungssensors.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Verfahren ferner ein Ermitteln, dass eine Tankverriegelung des Fahrzeugs entriegelt wurde, und ein Ermitteln auf, dass ein Tankvorgang auch wirklich erfolgt. Dabei umfasst das Ermitteln, dass ein Tankvorgang wirklich erfolgt, vorzugsweise ein Erfassen des Drucks innerhalb eines Erdgastanks des Fahrzeugs auf. Wenn der Druck innerhalb des Erdgastanks kontinuierlich steigt, kann dies ein Indiz dafür sein, dass ein Tankvorgang tatsächlich erfolgt. Wenn der Druck innerhalb des Erdgastanks nicht mehr kontinuierlich steigt, beispielsweise konstant bleibt, kann ermittelt werden, dass der Tankvorgang beendet ist. Zuletzt kann in einer solchen be- vorzugten Ausgestaltung die Erdgasqualität mittels des Erd¬ gasqualitätssensors nach einer vorbestimmten Zeitspanne nach Beendigung des Tankvorgangs erfasst werden und wiederum der Steuerung der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Erfassen der
Erdgasqualität ein Erfassen der Temperaturleitfähigkeit des Erdgases und/oder ein Erfassen der Wärmeleitfähigkeit des Erdgases und/oder ein Erfassen der Dichte des Erdgases und/oder ein Erfassen der Wärmekapazität des Erdgases auf. Aus den erfassten Parametern können daraufhin Parameter ermittelt werden, die die Klopfneigung und/oder die Zündwilligkeit des Erdgases angeben, beispielsweise mittels eines Korrelations¬ algorithmus . Zum Beispiel kann der aus der EP 2015056 AI bekannte Korrelationsalgorithmus verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Verfahren ferner ein Einstellen von zumindest einem Startparameter für die Brennkraftmaschine mittels der Steuerung der Brennkraftmaschine auf der Grundlage der vor dem Start der Brennkraftmaschine erfassten Erdgasqualität auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der zumindest eine Startparameter eine Drosselklappenstellung, eine Einspritzmenge des Erdgases, einen Einspritzzeitpunkt des Erdgases und/oder einen Zündungszeitpunkt des Erdgases innerhalb des Brennraums auf.
Vorzugsweise wird die Erdgasqualität desjenigen Erdgases er- fasst, das für den Start der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Beispielsweise wird die Erdgasqualität des Erdgases erfasst, welches sich in einer Zuführleitung befindet, die mit dem Einspritzsystem der Brennkraftmaschine direkt verbunden ist. Vorzugsweise wird ein Erdgasqualitätsmesssystem nach dem Erfassen der Erdgasqualität wieder ausgeschaltet und erst wieder nach Betätigung der Zündung der Brennkraftmaschine angeschaltet. Dabei kann die erfasste Erdgasqualität bereits zum Zeitpunkt der Betätigung der Zylindersteuerung der Brennkraftmaschine vor- liegend sein, so dass eine erneute Erfassung der Erdgasqualität an diesem Zeitpunkt nicht mehr notwendig ist, da bereits die Daten einer zuvor durchgeführten Erdgasqualitätsmessung bekannt sind.
Beispielsweise wird die Erdgasqualität zumindest ungefähr zwei Sekunden, vorzugsweise zumindest ungefähr fünf Sekunden, vor dem Start der Brennkraftmaschine erfasst. Insbesondere wird die Erdgasqualität so weit vor dem Start der Brennkraftmaschine erfasst, dass eine ausreichend genaue Messung der Erdgasqualität vor Start der Brennkraftmaschine ermöglicht ist. Insbesondere soll die Messung der Erdgasqualität noch vor dem Betätigen der Brennkraftmaschine erfolgt sein, so dass ein nahezu verzöge¬ rungsfreier Start der Brennkraftmaschine nach Betätigung der Zündung gewährleistet werden kann. Im Wesentlichen basiert die vorliegende Erfindung darauf, die Erdgasqualität der für den Start der Brennkraftmaschine vor¬ gesehenen Erdgasmenge bereits vor der Betätigung der Zündung des Fahrzeugs zu bestimmen, damit bei Betätigung der Zündung das Fahrzeug ohne größere Zeitverzögerung, beispielsweise durch eine Erdgasqualitätsmessung bei Betätigung der Zündung, gestartet werden kann. Hierzu soll bereits frühzeitig ermittelt werden, ob ein Startvorgang der Brennkraftmaschine bevorsteht, bei¬ spielweise durch Ermitteln, dass ein Türgriff des Fahrzeugs betätigt wurde.
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Bei einem ausschließlich mit Erdgas betriebenen Fahrzeug kann bei Entriegelung der Zentralverriegelung des Fahrzeugs mittels Funkfernbedienung ein Erdgasqualitätsmesssystem aktiviert werden, das die Qualität des zum Starten der Brennkraftmaschine vorgesehenen Erdgases erfassen kann. Hierzu wird für den Zeitraum der Aktivierung des Erdgasqualitätsmesssystem das Stromnetz des Fahrzeugs aktiviert.
Die Erdgasqualitätsmessung erfolgt durch Erfassen des Erdgasdrucks, der thermischen Leitfähigkeit des Erdgases und der Dichte des Erdgases. Diese Parameter können mittels eines geeigneten Korrelationsalgorithmus derart verarbeitet werden, dass die Erdgasqualität, insbesondere die Zündwilligkeit und die Klopfneigung des Erdgases, ermittelt und innerhalb eines Da¬ tenspeichers der Steuerung der Brennkraftmaschine abgelegt werden kann. Nach dem Erfassen der Erdgasqualität kann das
Erdgasqualitätsmesssystem und das Stromnetz des Fahrzeugs wieder deaktiviert werden.
Bei einer darauffolgenden Betätigung der Zündung des Fahrzeugs steht der Steuerung die zuvor erfasste Erdgasqualität zur
Verfügung und die Brennkraftmaschine kann optimiert gestartet werden, da die Steuerung die Startparameter entsprechend der Erdgasqualität einstellen kann. Durch die verbessert eingestellten Startparameter kann ein schnelles Anspringen der Brennkraftmaschine gewährleistet werden und es kann der Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine bereits ab dem Start und während dem Warmlauf verringert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Starten einer mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, die einen Erd¬ gasqualitätssensor zum Erfassen der Erdgasqualität umfasst, wobei das Verfahren aufweist:
Ermitteln eines bevorstehenden Starts der Brennkraftmaschine,
Erfassen der Erdgasqualität mittels des Erd¬ gasqualitätssensors vor dem Start der Brennkraftmaschine, wenn ein bevorstehender Start ermittelt worden ist, und
Bereitstellen der vor dem Start der Brennkraftmaschine erfassten Erdgasqualität für eine Steuerung der Brennkraftmaschine .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln eines bevorstehenden Starts der Brennkraftmaschine umfasst:
Ermitteln, dass ein Verriegelungssystem des Fahrzeugs aktiviert wurde, und/oder
Ermitteln, dass ein Türgriff des Fahrzeugs betätigt wurde, und/oder
Ermitteln, dass eine Heckklappe des Fahrzeugs betätigt wurde.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit:
Ermitteln, dass eine Tankverriegelung des Fahrzeugs entriegelt wurde, und
Ermitteln, ob ein Tankvorgang erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Erfassen, dass ein Tankvorgang erfolgt, aufweist:
Erfassen des Drucks innerhalb eines Erdgastanks des Fahrzeugs, wenn der Druck innerhalb des Erdgastanks kon¬ tinuierlich steigt, Ermitteln, dass ein Tankvorgang erfolgt, wenn der Druck innerhalb des Erdgastanks nicht kontinuierlich steigt, Ermitteln, dass der Tankvorgang beendet ist, und
Erfassen der Erdgasqualität mittels des Erd¬ gasqualitätssensors nach einer vorbestimmten Zeitspanne nach Beendigung des Tankvorgangs.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erfassen der Erdgasqualität aufweist:
Erfassen der Temperaturleitfähigkeit des Erd¬ gases, und/oder
Erfassen der Wärmeleitfähigkeit des Erdgases, und/oder
Erfassen der Dichte des Erdgases, und/oder Erfassen der Wärmekapazität des Erdgases, wobei aus den erfassen Parametern, die die Qualität des Erdgases anzeigen, mittels eines Korrelationsalgorithmus zu- mindest ein Parameter ermittelt wird, der die Zündwilligkeit und/oder die Klopfneigung des Erdgases anzeigt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Einstellen von zumindest einem Startparameter für die Brennkraftmaschine mittels der Steuerung der Brennkraftmaschine auf der Grundlage der vor dem Start der Brennkraftmaschine erfassten Erdgasqualität.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden An- sprüche, wobei der zumindest eine Startparameter eine Dros¬ selklappenstellung, eine Nockenwellenstellung, eine Einspritzmenge des Erdgases, einen Einspritzzeitpunkt des Erdgases und /oder einen Zündungszeitpunkt aufweist.
8 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erdgasqualität des direkt für den Start vorgesehenen Erdgases erfasst
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Erdgasqualitätsmesssystem nach dem Erfassen der Erdgasqualität ausgeschalten wird und erst wieder nach Betätigung der Zündung der Brennkraftmaschine angeschaltet wird, wobei die erfasste Erdgasqualität dann bereits zum Zeitpunkt der Betätigung der Zündung der Steuerung der Brennkraftmaschine vorliegt .
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erfassen der Erdgasqualität zumindest un- gefähr 2 Sekunden, vorzugsweise zumindest ungefähr 5 Sekunden, vor dem Start der Brennkraftmaschine erfolgt.
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