DE102009053423A1

DE102009053423A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Einspritzung eines alternativen Kraftstoffes

Info

Publication number: DE102009053423A1
Application number: DE102009053423A
Authority: DE
Inventors: Georg LÜTKEMEYER; Uwe Israel
Original assignee: TWINTEC AG; FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Twintec Ag De; FEV Europe GmbH
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-05-26
Also published as: WO2011061062A1

Abstract

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

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einspritzung eines alternativen Kraftstoffes zu einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges im Betrieb. Die Verbrennungskraftmaschine ist dabei mit einem alternativen Kraftstoff oder einem regulären Kraftstoff betreibbar. Als regulärer Kraftstoff wird hier insbesondere Benzin bzw. Dieselkraftstoff sowie als alternativer Kraftstoff LPG (Liquified Petroleum Gas) bezeichnet.
Ein derartiges Verfahren zur Einspritzung eines alternativen Kraftstoffes ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen vorteilhaft, welche mit einem regulärem Kraftstoff und einem alternativen Kraftstoff betreibbar sind und für beide Kraftstoffarten separate Tank- bzw. Versorgungssysteme aufweisen. Kraftfahrzeuge werden von Kraftfahrzeugherstellern normalerweise allein für den Betrieb mit regulären Kraftstoffen, wie Benzin oder Diesel, konzipiert. Aufgrund des attraktiven Preises und der steigenden Verfügbarkeit alternativer Kraftstoffe, insbesondere von LPG, wird zunehmend gewünscht, Kraftfahrzeuge zusätzlich derart auszurüsten, dass sie neben dem Betrieb mit Benzin oder Diesel auch mit LPG betreibbar sind. Derart ausgerüstete Kraftfahrzeuge sind entweder vom Kraftfahrzeughersteller selbst direkt für den Betrieb mit zwei Kraftstoffarten ausgerüstet, oder sie werden später mit Hilfe eines Nachrüstsystems für den Betrieb mit einer zusätzlichen Kraftstoffart, typischerweise LPG, ausgerüstet.
Die Zufuhr der alternativen Kraftstoffart kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Beispielsweise ist eine Durchmischung der unterschiedlichen Kraftstoffarten bereits vor der Einspritzung zur Verbrennungskraftmaschine möglich, so dass ein gemeinsamer Injektor für die unterschiedlichen Kraftstoffarten verwendet werden kann. Daneben sind aber auch Systeme bekannt, bei denen die unterschiedlichen Kraftstoffarten mit voneinander getrennten Injektoren einer Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Zur Einspritzung des Kraftstoffes werden die vorgesehenen Injektoren für eine vorbestimmte Einspritzzeit geöffnet. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ergibt sich folglich aus der Gestalt des Injektors, den physikalischen bzw. chemischen Eigenschaften des eingespritzten Kraftstoffes, dem Druck im Zuleitungssystem zum Injektor und der Öffnungszeit des Injektors.
Unterschiedliche Kraftstoffe weisen normalerweise unterschiedliche physikalische und/oder chemische Eigenschaften auf. Reguläre Kraftstoffe und alternative Kraftstoffe unterscheiden sich insbesondere in ihrem Brennwert oder ihrem Zündverhalten. Gegenüber regulären Kraftstoffen, wie Benzin oder Diesel, ist die Dichte von LPG geringer. Das stöchiometrische Kraftstoff/Luftverhältnis, bei dem ein Lambdawert von 1 vorliegt, ist größer. Der Heizwert pro Volumen LPG ist geringer als bei Benzin oder Diesel und die Oktanzahl ist höher. Insgesamt ist aufgrund dieser Eigenschaften bei einer Verbrennungskraftmaschine bei einem bestimmten Betriebspunkt das benötigte Volumen an LPG größer als das bei diesem Betriebspunkt benötigte Volumen Benzin oder Diesel wäre.
Erhältliches LPG ist regelmäßig aus bestimmten Massenanteilen an Propan und Butan zusammengesetzt, die variieren können. Propan und Butan haben regelmäßig unterschiedliche Eigenschaften und die genaue Größenordnung der oben beschriebenen Eigenschaften von LPG wird maßgeblich von den jeweiligen Massenanteilen an Propan und Butan beeinflusst. Daher sind die weiter oben angegebenen Eigenschaften von LPG nicht immer gleich.
Bei Kraftfahrzeugen, die mit verschiedenen Kraftstoffarten betreibbar sind, ist aufgrund der beschriebenen Unterschiede der Kraftstoffe eine Anpassung der Einspritzsignale und insbesondere der Einspritzsignaldauern an die verschiedenen Kraftstoffarten erforderlich. Die benötigte Menge an alternativem Kraftstoff weicht häufig von der benötigten Menge an regulärem Kraftstoff ab. Um dies zu kompensieren, sind jeweils angepasste Öffnungszeiten für die Injektoren für alternativen Kraftstoff und regulären Kraftstoff erforderlich. Diese Anpassung kann über eine Anpassung der Einspritzsignaldauer erfolgen. Zumindest teilweise ist eine Kompensation auch durch eine geeignete Ausgestaltung der Injektoren für LPG möglich. Eine derartige Anpassung durch die physische Ausgestaltung der LPG-Injektoren ist allerdings konkret vorgegeben und folglich nicht verstellbar. Die Anpassung der Öffnungszeiten kann sehr komplex sein und z. B. in Abhängigkeit von der Motortemperatur, dem Druck im Zuleitungssystem zu den Injektoren und/oder des Lambda-Wertes der Abgase der Verbrennungskraftmaschine unterschiedlich ausfallen.
Häufig werden Einspritzsignale zur Steuerung der Injektoren zur Einspritzung des alternativen Kraftstoffes aus den Einspritzsignalen zur Steuerung der Injektoren zur Einspritzung des regulären Kraftstoffes bestimmt bzw. berechnet. Dabei werden z. B. Motortemperatur, der Druck im Versorgungssystem, der Lambda-Wert und/oder weitere Faktoren berücksichtigt. Dazu können in einem Steuergerät entsprechende Kennfelder hinterlegt sein.
Derartige Kennfelder zur Berechnung von Einspritzsignalen für den alternativen Kraftstoff werden typischerweise für verschiedene Kraftfahrzeugtypen ermittelt und im Steuergerät zur Steuerung der Einspritzung des alternativen Kraftstoffes hinterlegt.
Kennfelder, die alle Umgebungs- und/oder Betriebseinflüsse berücksichtigen, sind nicht vorab ermittelbar. Es gibt Einflüsse, die nicht vorher ermittelt werden können. Dazu gehören beispielsweise Unterschiede zwischen gleichen Kraftfahrzeugen. Herstellungsbedingt weisen gleiche Verbrennungskraftmaschinen häufig unterschiedliche Charakteristika in unterschiedlichen Temperatur- und Drehzahlbereichen auf, welche an einem Versuchsfahrzeug nicht vorab ermittelbar sind. Darüber hinaus alter Kraftfahrzeuge im Betrieb, was die Charakteristika ebenfalls beeinflusst.
Insbesondere ist die Zusammensetzung von erhältlichem LPG aus Propan und Butan zwischen Sommer und Winter bzw. je nach Region unterschiedlich. Diese unterschiedlichen Zusammensetzungen erfordern unterschiedlich lange Einspritzdauern, um ein gleichen Lambdawert zu erzielen.
Diese Einflüsse können die Berechnung der Einspritzsignale für den alternativen Kraftstoffes stören, so dass der Verbrennungskraftmaschine ungeeignete Kraftstoffmengen zugeführt werden und somit Fehler im Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges, Veränderungen des Lambda-Wertes der Abgase, Störungen des Abgasnachbehandlungssystems und/oder Verbrauchsnachteile der Verbrennungskraftmaschine auftreten können.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lindern. Es sollen insbesondere ein vorteilhaftes Verfahren zur Einspritzung eines alternativen Kraftstoffes zu einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges sowie ein zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignetes Einspritzsystem bzw. Kraftfahrzeug vorgestellt werden.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und einem Einspritzsystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 9 bzw. einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Anwendungsgebiete der Erfindung sind in den jeweils abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Einspritzung eines alternativen Kraftstoffes zu einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges im Betrieb, wobei die Kraftstoffversorgung der Verbrennungskraftmaschine zwischen einem alternativen Kraftstoff und einem regulären Kraftstoff umschaltbar ist, weist zumindest folgende Schritte auf:

a) Feststellen, dass ein ausgeglichener Betriebszustand im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit alternativem Kraftstoff vorliegt;
b) Bestimmen einer zweiten Einspritzdauer fix den alternativen Kraftstoff;
c) Umschalten der Kraftstoffversorgung von alternativem Kraftstoff auf regulären Kraftstoff;
d) Feststellen einer ersten Einspritzdauer für den regulären Kraftstoff;
e) Umschalten der Kraftstoffversorgung von regulärem Kraftstoff auf alternativen Kraftstoff;
f) Korrigieren der zweiten Einspritzdauer unter Berücksichtigung des Verhältnisses der ersten Einspritzdauer zur zweiten Einspritzdauer.

Die Reihenfolge der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in technisch sinnvoller Weise variiert werden. Insbesondere kann der Schritt a) auch während oder nach der Durchführung der Verfahrensschritte b) bis f) erfolgen. Insbesondere kann der Schritt a) auch zwischen den Schritten e) und f) durchgeführt bzw. wiederholt werden, so dass ggf. eine Überprüfung dahingehend vorgenommen werden kann, ob (noch immer) ein ausgeglichener Betriebszustand vorliegt. Dann kann zur Feststellung eines ausgeglichenen Betriebszustandes auf in den Schritten b) bis f) ermittelte Parameter zurückgegriffen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere ein Verfahren zur Adaption der Einspritzdauer für einen alternativen Kraftstoff an die Einspritzdauer für einen regulären Kraftstoff. Voraussetzung für den ordnungsgemäßen Ablauf der Adaption ist eine funktionierende Lambdaregelung durch das erste Steuergerät.
Die Verbrennungskraftmaschine eines für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Kraftfahrzeuges ist normalerweise mit ersten Injektoren für den regulären Kraftstoff und mit zweiten Injektoren für den alternativen Kraftstoff ausgerüstet. Die Regelung der zweiten Injektoren für den alternativen Kraftstoff erfolgt dabei mit Hilfe eines zweiten Steuergerätes. Dieses empfängt die Einspritzsignale, welche von einem ersten Steuergerät, typischerweise der Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges, ausgegeben werden, um die Einspritzung des regulären Kraftstoffes mit den ersten Injektoren zu steuern. Das zweite Steuergerät passt die Einspritzdauern für den alternativen Kraftstoff derart an, dass die Motorsteuerung über ihre Sensoren, die beispielsweise im Abgassystem, im Ansaugbereich und/oder im Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sind, nicht registriert, dass ein alternativer Kraftstoff verwendet wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt a) zunächst festgestellt, dass ein ausgeglichener Betriebszustand im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine vorliegt. Dabei wird insbesondere überprüft, ob ein ausgeglichener Betriebszustand vorliegt. Mit „ausgeglichenem Betriebszustand” ist ein Betriebszustand gemeint, in welchem die Verbrennungskraftmaschine verhältnismäßig konstant betrieben wird. Ein „ausgeglichener Betriebszustand” kann auch als „stationärer Betriebszustand” bezeichnet werden. Ein derartiger Betriebszustand ist beispielsweise durch eine konstante Temperatur der Verbrennungskraftmaschine (Motortemperatur) gekennzeichnet. Auch kann eine ausreichende Konstanz von Drehzahl und Last Voraussetzung für einen „ausgeglichenen Betriebszustand” sein. Insbesondere sind Betriebsabschnitte des Kraftfahrzeuges mit konstanter Geschwindigkeit bei konstanten Streckenbedingungen (nach dem Warmlaufen) gemeint. Im Rahmen eines ausgeglichenen Betriebszustandes können auch gewisse Schwankungen verschiedener Parameter, wie beispielsweise der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, der Einspritzdauer oder der Temperatur in definierten Grenzen erlaubt sein. Beispielsweise können Schwankungen der relevanten Betriebsparameter von maximal 10%, maximal 5% oder maximal 3% in einem Überprüfungszeitraum von beispielsweise maximal 60 sek., maximal 30 sek. oder maximal 15 sek. im Rahmen eines ausgeglichenen Betriebszustandes erlaubt sein. Für eine besonders genaue, rechnerisch nicht sehr aufwändige und zuverlässige Adaption ist insbesondere darauf zu achten, dass sich die Einspritzdauer und/oder die Motorlast von Beginn der Adaption (alternativer Kraftstoff) bis zum Ende der Adaption (wieder alternativer Kraftstoff) nur (vernachlässigbar) wenig ändert.
Nachdem in Schritt a) ein ausgeglichener Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine festgestellt wurde, wird in Schritt b) eine zweite Einspritzdauer für den alternativen Kraftstoff bestimmt. Die Lambdaregelung des ersten Steuergeräts hat dafür regelmäßig zu gewährleisten, dass der korrekte Lambda-Wert (in der Regel 1,0) eingehalten wird.
Bevorzugt ist direkt die vom ersten Steuergerät ausgegebene Zeit zu messen und nicht die vom zweiten Steuergerät aufgrund von Düsengröße, Kennfeldpunkt, Gasdruck usw. modifizierte Zeit. Unter einer zweiten Einspritzdauer ist also die während der Einspritzung des alternativen Kraftstoffes auftretende ausgegebene Einspritzdauer des ersten Steuergerätes zu verstehen.
Anschließend wird in Schritt c) die Kraftstoffversorgung der Verbrennungskraftmaschine von alternativem Kraftstoff auf regulären Kraftstoff umgestellt. Nun wird nicht mehr alternativer Kraftstoff mit Hilfe der zweiten Injektoren, sondern regulärer Kraftstoff mit Hilfe ersten Injektoren eingespritzt. Das zweite Steuergerät zur Steuerung der zweiten Injektoren zur Einspritzung des alternativen Kraftstoffes ist somit deaktiviert oder setzt die Einspritzung des alternativen Kraftstoffes aus. Es wird eine Zeitspanne abgewartet, bis sich nach der Umschaltung die Bedingungen im Kraftfahrzeug vergleichmäßigt haben und die Einspritzung des zweiten Kraftstoffes so erfolgt, wie sie auch erfolgen würde, wenn vorher keine Einspritzung alternativen Kraftstoffes stattgefunden hätte. Auch wird abgewartet bis der Lambdawert ausgeregelt ist, also im Wesentlichen keine durch die Umschaltung bedingten Schwankungen des Lambda-Wertes mehr vorliegen. Nachdem dieser Zustand eingetreten ist, wird in Schritt d) eine erste Einspritzdauer für den regulären Kraftstoff festgestellt. Auch dieser wird gegebenenfalls in einem Speicher hinterlegt.
Daraufhin wird in Schritt e) zurück auf den alternativen Kraftstoff geschaltet. Gegebenenfalls kann auch hier abgewartet werden, bis sich die Bedingungen nach der Umschaltung vergleichmäßigt haben und eine neue Messung der zweiten Einspritzdauer für den zweiten Kraftstoff durchgeführt werden.
Die beiden Einspritzdauern für den alternativem Kraftstoff, von denen eine vor der Umschaltung auf ersten Kraftstoff und eine nach der Umschaltung zurück auf zweiten Kraftstoff ermittelt worden sind, können im Rahmen einer Überprüfung des Betriebszustandes (Schritt a)) verglichen werden. Wenn beide Werte gleich sind, kann mit großer Sicherheit diagnostiziert werden, dass sich die Last während der Adaption nur innerhalb der erlaubten Grenzen (Toleranz) verändert hat. Ist das der Fall, ist die Adaption gültig, ansonsten muss sie wiederholt werden. Bei einer derartigen Verfahrensführung wird Schritt a) zumindest teilweise während des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt.
Anschließend erfolgt in Schritt f) eine Korrektur der Berechnung, der zweiten Einspritzdauer im zweiten Steuergerät unter Berücksichtigung der beiden ermittelten Einspritzdauern (erster Einspritzdauer und zweiter Einspritzdauer). Wenn in Schritt e) eine weitere zweite Einspritzdauer bestimmt wurde, kann für die Korrektur der Berechnung in Schritt f) als zweite Einspritzdauer ein Mittelwert der in Schritt b) ermittelten zweiten Einspritzdauer und der in Schritt e) ermittelten zweiten Einspritzdauer verwendet werden.
Das Korrigieren kann derart erfolgen, dass auf Grundlage von im zweiten Steuergerät hinterlegten Informationen ein Korrekturfaktor für die zweite Einspritzdauer ermittelt wird. Es ist aber auch möglich, das für die Berechnung der Einspritzsignale verwendete Kennfeld zu modifizieren. Bei wiederholter Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei unterschiedlichen ausgeglichenen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine kann ein korrigiertes Kennfeld aufgebaut werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet, wenn der reguläre Kraftstoff Benzin oder Diesel und der alternative Kraftstoff LPG (Liquified Petroleum Gas) ist. Die Motorsteuerung eines für den Betrieb mit Benzin oder Diesel eingerichteten Kraftfahrzeuges ist normalerweise derart eingerichtet, dass sie altersabhängige oder aufgrund von Produktionsschwankungen in der Kraftfahrzeugfertigung entstandene Abweichungen zwischen Kraftfahrzeugen kompensieren kann. Nicht geeignet ist sie zur Kompensation derartiger Abweichungen für einen alternativen Kraftstoff. Diese Anpassung kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft erfolgen.
Auch vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn der alternative Kraftstoff CNG (Compressed Natural Gas) bzw. Erdgas ist. Die Unterschiede zwischen Benzin und/oder Diesel und CNG sind ausgeprägter als die Unterschiede zwischen Benzin und/oder Diesel und LPG. CNG beinhaltet als größten Massenanteil typischerweise Methan und nur geringere Massenanteil an Propan und Butan. Propan und Butan sind, wie bereits ausgeführt, die Hauptbestandteile an LPG.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgen nach Schritt f) die Einspritzungen unter Berücksichtigung der in Schritt f) ermittelten Korrektur, wobei diese Korrekturen in einem Speicher hinterlegt werden, so dass sie beim nächsten Motorlauf wieder zur Verfügung stehen. Da direkt nach Ablauf der Verfahrensschritte a) bis f) die Berechnung und Anwendung des Adaptionsfaktors erfolgt, werden die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens unmittelbar genutzt, gleichzeitig bleibt der Einfluss des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den Verbrauch an regulärem Kraftstoff und auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges minimal.
Auch vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Verfahrensschritte a) bis f) mehrfach durchgeführt werden, zum Beispiel bei jeder neuen Fahrt des Kraftfahrzeuges.
Ferner wird auch vorgeschlagen, dass das Verfahren nach Art einer Schleife unmittelbar hintereinander mehrfach wiederholt durchgeführt wird. Mit „unmittelbar hintereinander” ist hier gemeint, dass das Verfahren während des Betriebes in einem zeitlichen Abstand von weniger als 10 Minuten und insbesondere weniger als 5 Minuten durchgeführt wird. Durch eine mehrfache Wiederholung der Verfahrensschritte kann eine verbesserte Adaption der zweiten Einspritzdauer erfolgen, weil eine stufenweise Korrektur der zweiten Einspritzdauer erreicht werden kann.
Weiterhin vorteilhaft ist das Verfahren, wenn nach jeder Durchführung der Verfahrensschritte a) bis e) in Schritt e) eine Korrektur der Berechnung nur zu einem Anteil von maximal 20%, vorzugsweise maximal 15% und insbesondere maximal 10% berücksichtigt wird. Die hier angegebenen Anteile geben jeweils eine maximal zulässige Veränderung der Einspritzdauern im Verhältnis zueinander an. Für den unwahrscheinlichen Fall einer falschen Adaption erfolgt so keine übermäßige Beeinträchtigung des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine. Wenn nun das erfindungsgemäße Verfahren unmittelbar hintereinander mehrfach wiederholt durchgeführt wird, kann der aufgrund einer falschen Adaption aufgetretene Fehler schnell korrigiert werden.
Auch vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Durchführung des Verfahrens maximal 40 Sekunden dauert. Hiermit ist gemeint, dass alle Schritte, welche bei einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert sind, innerhalb von 40 Sekunden ablaufen. Über derartige Zeitspannen liegen im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges regelmäßig ausgeglichene Betriebszustände vor. Je länger die zur gesamten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigte Zeitspanne ist, umso unwahrscheinlicher wird es, dass durchgehend ein ausgeglichener Betriebszustand vorliegt. Eine maximale Dauer von 40 Sekunden hat sich als vorteilhaft erwiesen.
Auch vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn das Verfahren nur durchgeführt wird, wenn die Verbrennungskraftmaschine bereits mindestens 60 Sekunden mit alternativem Kraftstoff betrieben wurde. Insbesondere ist hier gemeint, dass die Verbrennungskraftmaschine unmittelbar vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits 60 Sekunden ununterbrochen mit alternativem Kraftstoff betrieben wurde. Weiter soll auch während dieses Zeitraumes die Lambdaregelung des Kraftfahrzeuges aktiv sein. Hierdurch soll sichergestellt werden, dass die Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine mit alternativem Kraftstoff bereits unabhängig von der Umschaltphase von regulärem auf alternativen Kraftstoff und unabhängig von der Startphase der Verbrennungskraftmaschine sind.
Auch vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn in Schritt a) ein ausgeglichener Betriebszustand im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine daran erkannt wird, dass eine Einspritzdauer über den Zeitraum des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine im Rahmen einer Toleranz konstant ist. Alternativ oder kumulativ könnten auch die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, die Temperatur des Kühlwassers der Verbrennungskraftmaschine oder andere Parameter, wie beispielsweise der Druck im Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine zur Feststellung, ob ein ausgeglichener Betriebszustand vorliegt, herangezogen werden. Auch ist es möglich, den Druck im Ansaugbereich der Verbrennungskraftmaschine heranzuziehen. Im Rahmen der Steuerung des Verfahrens zur Einspritzung eines alternativen Kraftstoffes werden die Einspritzdauern verarbeitet. Diese Signale stehen also zur Verfügung und sind auch geeignet, einen ausgeglichenen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine hinreichend genau zu diagnostizieren. Abweichungen der Einspritzdauer im Rahmen von maximal 5% oder sogar maximal 3% können im Rahmen eines ausgeglichenen Betriebszustandes der Verbrennungskraftmaschine noch toleriert werden. Werden die Abweichungen der Parameter, die den ausgeglichenen Betriebszustand charakterisieren, größer als die angegebenen Schwellenwerte, wird kein ausgeglichener Betriebszustand mehr diagnostiziert.
Auch erfindungsgemäß ist ein Einspritzsystem, aufweisend ein zweites Steuergerät und mindestens einen zweiten Injektoren, wobei das zweite Steuergerät zum Betrieb der zweiten Injektoren gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet ist. Dies kann insbesondere durch eine entsprechende Steuerungssoftware erreicht werden. Ein zweites Steuergerät eines derartigen Einspritzsystems weist Verbindungsleitungen hin zu den zweiten Injektoren auf. Gleichzeitig hat es Anschlüsse, an welche Verbindungsleitungen vom ersten Steuergerät des Kraftfahrzeuges bzw. von der Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges angeschlossen werden können. Durch diese Verbindungsleitungen werden erste Einspritzsignale empfangen, welche normalerweise zur Steuerung der ersten Injektoren für den regulären Kraftstoff vorgesehen sind. Auch kann am zweiten Steuergerät ein Anschluss vorgesehen sein, über welchen ein externes Eingabesignal zur Umschaltung der Kraftstoffversorgung von regulärem Kraftstoff auf alternativen Kraftstoff oder umgekehrt in das zweite Steuergerät gelangen kann. Die Umschaltung von regulärem Kraftstoff auf alternativen Kraftstoff und umgekehrt kann auch in dem zweiten Steuergerät erfolgen. Besonders bevorzugt hat das zweite Steuergerät auch Ausgangsleitungen, über welche das zweite Steuergerät mit den ersten Injektoren zur Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit regulärem Kraftstoff verbunden werden können. Wenn eine Einspritzung von regulärem Kraftstoff erfolgen soll, werden Signale für die ersten Injektoren einfach durch das zweite Steuergerät hindurch geschaltet, ohne dass sie durch das zweite Steuergerät beeinflusst werden.
Die Software zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, welche in dem zweiten Steuergerät des Einspritzsystems implementiert ist, kann auch Kennfelder beinhalten. Hier sind zum einen Kennfelder möglich, welche fest hinterlegt sind, andererseits können auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren veränderbare Kennfelder, welche sich an sich verändernde Eigenschaften des Kraftfahrzeuges anpassen, hinterlegt sein.
Auch erfindungsgemäß ist ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, welches mit einem regulärem Kraftstoff und einem alternativen Kraftstoff betreibbar ist, wobei das Kraftfahrzeug ein erstes Steuergerät und erste Injektoren zur Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit regulärem Kraftstoff und ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem aufweist, wobei das erste Steuergerät und das zweite Steuergerät des Einspitzsystems zusammen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sind. Ein derartiges Kraftfahrzeug kann insbesondere ein nachgerüstetes Kraftfahrzeug sein, welches vom Kraftfahrzeughersteller lediglich für den Betrieb mit regulärem Kraftstoff ausgerüstet wurde, und später mit einem Nachrüstsystem versehen wurde, wobei das Nachrüstsystem ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem und ein dazugehöriges Kraftstoffversorgungssystem und ein Tanksystem für einen alternativen Kraftstoff aufweist.
Die besonderen Vorteile und Ausgestaltungen, welche für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben sind, sind in analoger Weise für das erfindungsgemäße Einspritzsystem sowie wie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gültig und anwendbar. Gleiches gilt für die mit besonderem Bezug auf das erfindungsgemäße Einspritzsystem und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug geschilderten Vorteile und Eigenschaften, welche auf das erfindungsgemäße Verfahren analog anwendbar und übertragbar sind.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen schematisch:
1: ein Kraftfahrzeug, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, und
2: ein Blockdiagramm, welches die Durchführung eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreibt.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Verbrennungskraftmaschine 2, welches zum Betrieb mit wahlweise einem regulären Kraftstoff oder einem alternativen Kraftstoff eingerichtet ist. Als regulärer Kraftstoff wird bei dem Kraftfahrzeug 1 bevorzugt Benzin oder Diesel und als alternativer Kraftstoff bevorzugt LPG eingesetzt. In 1 ist nur ein Zylinder 11 der Verbrennungskraftmaschine 2 dargestellt. Der Zylinder 11 wird über die Ansaugleitung 8 mit Luft und mit Kraftstoff versorgt. Abgase gelangen aus dem Zylinder 11 über den Abgaskrümmer 9 hinaus. Darüber hinaus existiert am Zylinder 11 eine Zündkerze 18 zur Zündung des im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 2 im Zylinder 11 vorliegenden zündbaren Gemisches. Die Ansaugleitung 8 kann gegenüber dem Zylinder 11 mit einem Ventil 10 verschlossen werden. Genauso kann der Abgaskrümmer 9 gegenüber dem Zylinder 11 mit einem Ventil 10 verschlossen werden.
Im Betrieb mit regulärem Kraftstoff wird die Verbrennungskraftmaschine 2 vom ersten Steuergerät 5 gesteuert. Das erste Steuergerät 5 ist dabei insbesondere die Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges. Ein regulärer Kraftstoff gelangt dann über den ersten Injektor 3 in die Ansaugleitung 8 der Verbrennungskraftmaschine 2.
Soll das Kraftfahrzeug 1 mit LPG betrieben werden, erfolgt über den Umschalter 7 ein Wechsel auf den LPG-Betrieb. Der Umschalter 7 ist in der 1 derart eingestellt, dass eine Kraftstoffversorgung mit LPG erfolgt und die Kraftstoffversorgung der Verbrennungskraftmaschine 2 mit regulärem Kraftstoff unterbrochen ist. Die Kraftstoffversorgung mit LPG wird also gemäß 1 vom zweiten Steuergerät 6 geregelt, welches wiederum vom ersten Steuergerät 5 angesteuert wird. Für das zweite Steuergerät 6 und den Umschalter 7 wurde hier eine vereinfachte Darstellung gewählt. Das Steuergerät 6 und der Umschalter 7 können auch in einem Bauteil miteinander integriert vorliegen. Insbesondere ist es auch möglich, dass Signale vom ersten Steuergerät 5 an den ersten Injektor 3 auch das zweite Steuergerät 6 (wahlweise) passieren.
Das zweite Steuergerät 6 kann zur Steuerung der Einspritzung des LPGs unterschiedliche Signale empfangen. Beispielsweise ist ein Lambda-Eingang 13 vorgesehen, über welchen ein Lambda-Wert des nicht dargestellten Abgassystems der Verbrennungskraftmaschine 2 in das zweite Steuergerät 6 gelangen kann. Der Temperatursensor 21 ermittelt die Kühlwassertemperatur der Verbrennungskraftmaschine 2 im Kühlkreislauf 12 der Verbrennungskraftmaschine 2. Auch das Signal dieses Temperatursensors 21 kann vom zweiten Steuergerät 6 verwertet werden. Das zweite Steuergerät 6 berechnet aus dem Signal, welches es vom ersten Steuergerät 5 erhält und welches eigentlich zur Steuerung des ersten 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 LPG in die Ansaugleitung 8 der Verbrennungskraftmaschine 2 einspritzt.
Der zweite Injektor 4 erhält das LPG aus dem Tank 16. Das LPG wird aus dem Tank 16 heraus mit der Pumpe 17 gefördert und gelangt über die Zulaufleitung 14 zum zweiten Injektor 4. Zusätzlich zur Zulaufleitung 14 existiert vom zweiten Injektor 4 zurück zum Tank 16 eine Rücklaufleitung 15, durch welche überschüssiges LPG vom Injektor 4 zurück in den Tank 16 gefördert wird. In der Rücklaufleitung 15 ist ein Drucksensor 20 vorgesehen. Das Signal des Drucksensors 20 gelangt ebenfalls zum zweiten Steuergerät 6 und wird in diesem zur Berechnung des Einspritzsignals für den zweiten Injektor 4 mit verwertet. Insbesondere ist die Rücklaufleitung 15 auch dazu vorgesehen, durch Erwärmung und unzureichenden Druck in der Zulaufleitung 14 gasförmig gewordenes LPG vom zweiten Injektor 4 weg zurück in den Tank 16 zu fördern – es soll nämlich erreicht werden, dass (nur) flüssiges LPG über die zweiten Injektoren 4 abgegeben wird. Gasförmiges LPG ist im Bereich des zweiten Injektors 4 nicht erwünscht, weil die Einspritzung des LPG durch den zweiten Injektor 4 in die Ansaugleitung 8 flüssig erfolgen soll.
Dies weist viele Vorteile bei der Versorgung der Verbrennungskraftmaschine 2 mit LPG auf.
In der Rücklaufleitung 15 existiert zudem ein Druckregler 19, mit welchem der Druck des LPG in der Zulaufleitung 14 und insbesondere vor dem Injektor 4 eingestellt werden kann. Der zweite Injektor 4 und das zweite Steuergerät 6 bilden mit ihren Verbindungsleitungen zusammen ein nachrüstbares Einspritzsystem 22.
2 zeigt schematisch als Blockdiagramm die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Adaption. Zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine mit alternativem Kraftstoff findet der Verfahrensstart 23 statt. Gegebenenfalls findet anschließend eine Initialisierung 24 verschiedener Parameter für das erfindungsgemäße Verfahren statt. Hier beispielhaft ist die Initialisierung eines Zählers für eine Schleife 41 zur mehrfachen Durchführung der Verfahrensschritte a) bis f) des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Nach der Initialisierung 24 findet ein Betriebszustandstest 25 statt, in welchem überprüft wird, ob ein ausgeglichener Betriebszustand im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine vorliegt. Falls ein derartiger Betriebszustand beim Betriebszustandstest 25 nicht registriert wurde, beginnt die Überprüfungsschleife 39 zu laufen. Der Betriebszustandstest 25 wird so oft durchgeführt, bis ein ausgeglichener Betriebszustand diagnostiziert wird. Alternativ zur Überprüfungsschleife 39 kann das erfindungsgemäße Verfahren auch abgebrochen werden, wenn in Schritt a) kein ausgeglichener Betriebszustand diagnostiziert wurde. Der Verfahrensstart 23 wird dann zu einem späteren Zeitpunkt erneut ausgelöst und ein neuer Betriebszustandstest 25 erfolgt.
Wenn beim Betriebszustandstest 25 ein ausgeglichener Betriebszustand diagnostiziert wurde, erfolgt in einem Schritt b) eine erste Messung 26. Bei dieser wird eine zweite Einspritzdauer t_2a ermittelt. Die zweite Einspritzdauer t_2a charakterisiert den Betrieb mit alternativem Kraftstoff während des ausgeglichenen Betriebszustandes. Die zweite Einspritzdauer t_2a wird in einem Speicher 38 für die zweite Einspritzdauer t_2a abgelegt. Der Lambda-Wert λ₂ wird von der Lambdaregelung des ersten Steuergeräts geregelt und ist konstant. Vorteilhafterweise wird direkt die vom ersten Steuergerät ausgegebene Zeit gemessen und nicht die vom zweiten Steuergerät aufgrund von Düsengröße, Kennfeldpunkt, Gasdruck oder möglichen anderen Parametern modifizierte Zeit.
Nach der ersten Messung 26 erfolgt in Schritt c) eine erste Umschaltung 27 von alternativem Kraftstoff auf regulären Kraftstoff. Anschließend erfolgt in Schritt d) eine zweite Messung 28. Bei dieser Messung wird eine erste Einspritzdauer t₁ ermittelt. Die Lambdaregelung sorgt hier für einen konstanten ersten Lambda-Wert λ₁, der typischerweise gleich dem zweiten Lambda-Wert λ₂ ist. Die erste Einspritzdauer t₁ wird in einem Speicher 36 für die erste Einspritzdauer t₁ hinterlegt. Anschließend wird in Schritt e) eine zweite Umschaltung 48 zurück auf den alternativen Kraftstoff durchgeführt. Gegebenenfalls erfolgt eine neue Messung der Einspritzdauer t_2b, die im Speicher 43 hinterlegt wird. Wenn dies der Fall ist, kann Schritt a) zumindest teilweise einen Vergleich 44 von t_2a und t_2b beinhalten, durch welchen festgestellt werden kann, ob sich der Betriebspunkt während der Adaption unzulässig verändert hat. Wenn dies der Fall ist, muss die Adaption wiederholt werden. Dies erfolgt mit Hilfe der Korrekturschleife 47. Liegen die Betriebspunkte dicht beieinander, kann davon ausgegangen werden, dass auch in der dazwischen liegenden Phase mit dem regulären Kraftstoff der gleiche Lastzustand herrschte. In diesem Fall kann zum Beispiel der Mittelwert der beiden Einspritzdauern mit alternativem Kraftstoff t_2a und t_2b im Speicher 45 hinterlegt und für die weitere Berechnung verwendet werden. Anschließend erfolgt in Schritt f) die Berechnung eines Korrekturfaktors basierend auf dem Verhältnis der Einspritzdauern t₁ und t₂.
Es kann alternativ auch eine neue zweite Einspritzdauer oder ein Parameter eines Kennfeldes bestimmt werden. Nach der Berechnung 30 wird die ermittelte Korrektur durch die Begrenzung 31 derart modifiziert, dass eine Adaption nur in einem begrenzten Maße stattfindet. Die berechneten und begrenzten Korrekturfaktoren (K) bzw. die neuen zweiten Einspritzdauern t₂ können in einem Kennfeldspeicher 40 hinterlegt werden. Auf diese Art und Weise stehen sie für weitere Einspritzungen von alternativem Kraftstoff zur Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung. Nachdem die Begrenzung 31 abgeschlossen ist, erfolgt die Anwendung des Korrekturfaktors 32 bzw. eine reguläre Durchführung von zweiten Einspritzungen unter Berücksichtigung der berechneten Korrektur. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Betrieb des Kraftfahrzeuges mit alternativem Kraftstoff auch nach Abschluss des Verfahrens ungestört weiterläuft.
Anschließend kann eine Schleifenkontrolle 33 stattfinden. Bei der Schleifenkontrolle 33 können verschiedene für das erfindungsgemäße Verfahren notwendige Parameter angepasst werden. Hier beispielhaft ist das Hinaufzählen eines Schleiferzählers dargestellt. Nach der Schleifenkontrolle 33 wird ein Abbruchkriterium 34 für das erfindungsgemäße Verfahren geprüft. Hier beispielhaft für das Abbruchkriterium 34 ist eine Überprüfung der Anzahl an durchgeführten Schleifendurchläufen dargestellt. Es sind auch andere Abbruchkriterien 34 für das erfindungsgemäße Verfahren möglich. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren abgebrochen werden, wenn eine vollständige Adaption der zweiten Einspritzdauer erfolgt ist. Falls das Abbruchkriterium 34 nicht erfüllt ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren über die Schleife 41 beim Verfahrensschritt a) erneut mit dem Betriebszustandstest 25 beginnen. Falls das Abbruchkriterium 34 erfüllt ist, kann das Verfahrensende 35 eingeleitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere vorteilhaft, um die Zufuhr eines alternativen Kraftstoffes zu einer Verbrennungskraftmaschine, welche auch mit einem regulären Kraftstoff betreibbar ist, zu verbessern. Die Steuerung der Einspritzung des alternativen Kraftstoffes kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren an sich verändernde Eigenschaften der Verbrennungskraftmaschine und des alternativen Kraftstoffes angepasst werden. Gleichzeitig können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellungsbedingte Unterschiede zwischen gleichen Kraftfahrzeugen ausgeglichen werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Verbrennungskraftmaschine
3: erster Injektor
4: zweiter Injektor
5: erstes Steuergerät
6: zweites Steuergerät
7: Umschalter
8: Ansaugleitung
9: Abgaskrümmer
10: Ventil
11: Zylinder
12: Kühlkreislauf
13: Lambda-Eingang
14: Zulaufleitung
15: Rücklaufleitung
16: Tank
17: Pumpe
18: Zündkerze
19: Druckregler
20: Drucksensor
21: Temperatursensor
22: Einspritzsystem
23: Verfahrensstart
24: Initialisierung
25: Betriebszustandstest
26: erste Messung
27: erste Umschaltung
28: zweite Messung
29: Speicher für ersten Lambda-Wert
30: Berechnung
31: Begrenzung
32: Anwendung des Korrekturfaktors
33: Schleifenkontrolle
34: Abbruchkriterium
35: Verfahrensende
36: Speicher für erste Einspritzdauer
37: erster Speicher für zweiten Lambda-Wert
38: erster Speicher für zweite Einspritzdauer
39: Überprüfungsschleife
40: Kennfeldspeicher
41: Schleife
42: zweiter Speicher für zweiten Lambda-Wert
43: zweiter Speicher für zweite Einspritzdauer
44: Überprüfung des Betriebszustandes
45: Speicher für zweite Einspritzdauer
46: Speicher für zweiten Lambdawert
47: Abbruchschleife
48: zweite Umschaltung

Claims

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