DE102010037003A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Gas als Kraftstoff und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinder (2) und mindestens einer Ansaugleitung (3) zur Versorgung des mindestens einen Zylinders (2) mit Frischluft bzw. Frischgemisch, wobei Gas als Kraftstoff verwendet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine (1) zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Es soll ein Verfahren aufgezeigt werden, mit dem ein möglichst vorteilhafter Betrieb der Brennkraftmaschine (1) in sämtlichen Betriebspunkten realisiert werden kann. Erreicht wird dies durch ein Verfahren der oben genannten Art, bei dem das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine (1) dienende Gas entweder mittels Saugrohreinspritzung (5) in die mindestens eine Ansaugleitung (3) oder mittels Direkteinspritzung (6) in den mindestens einen Zylinder (2) eingebracht wird, wobei die Saugrohreinspritzung (5) bei niedrigen und mittleren Lasten T und die Direkteinspritzung (6) bei hohen Lasten T eingesetzt wird, so dass ausgehend von der Saugrohreinspritzung (5) bei niedrigen Lasten zu der Direkteinspritzung (6) gewechselt wird, falls die Last Torque eine vorgebbare Last Torque,up übersteigt mit Torque ≥ Torque,up.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Frischluft bzw. Frischgemisch, wobei Gas als Kraftstoff verwendet wird.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine insbesondere fremdgezündete Ottomotoren.
  • Aufgrund der begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern, insbesondere aufgrund der begrenzten Vorkommen an Mineralöl als Rohstoff für die Gewinnung von Kraftstoffen für den Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen, werden zunehmend alternative Kraftstoffe zum Betrieb von Brennkraftmaschinen eingesetzt.
  • Der Marktanteil an Bremskraftmaschinen, die alternative Kraftstoffe verwenden, nimmt stetig zu. Verstärkt und unterstützt wird diese Entwicklung durch den Gesetzgeber, insbesondere durch steuerliche Vergünstigungen und gesetzliche Vorschriften.
  • So wird bei Ottomotoren neben Benzin als dem traditionellen Ottokraftstoff beispielsweise auch Flüssiggas (LPG – Liquified Petroleum Gas), ein Propan-/Butangemisch, welches auch Autogas genannt wird, oder Erdgas (CNG – Compressed Natural Gas), vornehmlich Methan, oder Wasserstoff (H2), Ethanol oder Kraftstoffmischungen aus Benzin und Ethanol als Kraftstoff verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Gas als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine eingesetzt.
  • Da unterschiedliche Kraftstoffe unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften aufweisen, muß die Brennkraftmaschine auf den konkret eingesetzten Kraftstoff ausgelegt werden.
  • Dabei ist eine Anpassung der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, beispielsweise des Zündzeitpunktes und des Einspritzzeitpunktes, erforderlich. Auch die Steuerzeiten, der Ladedruck, die Kühlwassertemperatur, die Einspritzdauer, die Ladeluftmenge und/oder dergleichen, aber auch konstruktive Parameter, beispielsweise das Kompressionsverhältnis, können und werden häufig auf den Betrieb mit einem bestimmten Kraftstoffausgelegt.
  • Die kraftstoffspezifische Auslegung beispielsweise des Kompressionsverhältnisses trägt bei Ottokraftstoffen dem Umstand Rechnung, dass unterschiedliche Kraftstoffsorten eine unterschiedliche Klopffestigkeit, welche durch die Oktanzahlen RON bzw. MON angegeben wird, aufweisen. D. h. ein konkretes Kompressionsverhältnis, welches einen problemlosen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem spezifischen Kraftstoff zuläßt, kann bei einem anderen Kraftstoff bereits zum Klopfen oder zur Selbstzündung vor dem eigentlichen Zündzeitpunkt führen, was in der Folge häufig eine klopfende Verbrennung nach sich zieht. Da Klopfen und Selbstzündung zu verhindern sind, um Beschädigungen an der Brennkraftmaschine zu vermeiden, sind der eingesetzte Kraftstoff bzw. dessen Klopffestigkeit bei der Auslegung der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen.
  • Der verwendete Kraftstoff hat auch Einfluß auf die konstruktive Auslegung des Kraftstoffversorgungssystems der Brennkraftmaschine, insbesondere auf das Einspritzsystem, welches als Nebenaggregat der Brennkraftmaschine dem Einbringen des Kraftstoffes dient.
  • Dabei sind grundsätzlich zwei Konzepte zur Kraftstoffeinspritzung zu unterscheiden, nämlich die Saugrohreinspritzung und die Direkteinspritzung.
  • Bei der Saugrohreinspritzung arbeitet der Ottomotor mit einem homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisch, das durch äußere Gemischbildung aufbereitet wird, indem in die mindestens eine Ansaugleitung Kraftstoff in die angesaugte Luft eingebracht wird. Die Einstellung der gewünschten Leistung erfolgt durch Veränderung der Füllmenge des Zylinders, so dass dem Arbeitsverfahren des Ottomotors – anders als beim Dieselmotor – eine Quantitätsregelung zugrunde liegt.
  • Die Laststeuerung erfolgt in der Regel mittels einer in der Ansaugleitung vorgesehenen Drosselklappe. Durch Verstellen der Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe mehr oder weniger stark vermindert werden. Je weiter die Drosselklappe geschlossen ist, d. h. je mehr die Ansaugleitung versperrt wird, desto höher ist der Druckverlust der angesaugten Luft über die Drosselklappe hinweg und desto geringer ist der Druck der angesaugten Luft hinter der Drosselklappe und vor dem Einlaß in den Zylinder. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse, d. h. die Quantität, eingestellt werden. Diese Art der Laststeuerung erweist sich im Teillastbereich als besonders nachteilig, denn geringe Lasten erfordern eine starke Drosselung und große Druckabsenkung in der angesaugten Luft.
  • Um die beschriebenen Drosselverluste, d. h. Ladungswechselverluste, zu reduzieren, wurden verschiedene Konzepte entwickelt.
  • Ein Lösungsansatz zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens basiert auf der Übernahme technischer Merkmale des traditionellen dieselmotorischen Verfahrens, das charakterisiert ist durch eine Luftverdichtung, ein inhomogenes Gemisch, eine Selbstzündung. und die Qualitätsregelung, bei der die Last über die direkt in den mindestens einen Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge gesteuert wird. Eine Drosselung der angesaugten Luft entfällt prinzipbedingt.
  • Die Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Brennraum des Zylinders wird als eine geeignete Maßnahme angesehen, den Kraftstoffverbrauch auch bei Ottomotoren spürbar zu reduzieren. Die Wirkungsgradverbesserung kann bei geschichteter Gemischbildung durch Entdrosselung erreicht werden, so dass in gewissen Grenzen eine Qualitätsregelung zum Einsatz kommt. Des Weiteren ergibt sich – durch die Ausnutzung der Verdampfungsenthalpie des direkt im Brennraum verdampfenden Kraftstoffes – ein Zylinderinnenkühlungseffekt, der eine weitere Wirkungsgradsteigerung durch Erhöhung des Kompressionsverhältnisses ermöglicht. Dieser Effekt führt auch bei homogener Direkteinspritzung zur Verbrauchsabsenkung. Die homogene Direkteinspritzung arbeitet dabei wie die Saugrohreinspritzung mit einem homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisch.
  • Nachteilig an der Direkteinspritzung ist, dass für die Einspritzung des Kraftstoffes, die Gemischaufbereitung im Brennraum, nämlich die Aufbereitung des Kraftstoffes, gegebenenfalls durch Verdampfung, und die Durchmischung von Luft und Kraftstoff, sowie die Zündung des aufbereiteten Gemisches vergleichsweise wenig Zeit zur Verfügung steht.
  • Direkteinspritzende ottomotorische Verfahren sind daher wesentlich empfindlicher gegenüber Änderungen und Abweichungen bei der Gemischbildung, insbesondere bei der Einspritzung, und bei der Zündung als herkömmliche ottomotorische Verfahren. Dabei erschwert die Inhomogenität des Gemisches und dessen zyklische Veränderlichkeit eine sichere und definierte Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
  • Wie den vorstehenden Ausführungen zu entnehmen ist, weisen beide Einspritzkonzepte, die Saugrohreinspritzung und die Direkteinspritzung, sowohl Vorteile als auch Nachteile auf.
  • Wie bei der Verwendung von Benzin als dem traditionellen Ottokraftstoff muß auch bei Einsatz von Gas als einem alternativen Kraftstoff im Einzelfall abgewägt und entschieden werden, ob eine Saugrohreinspritzung oder eine Direkteinspritzung eingesetzt wird.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Frischluft bzw. Frischgemisch aufzuzeigen, bei dem Gas als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine verwendet wird und mit dem ein möglichst vorteilhafter Betrieb der Brennkraftmaschine in sämtlichen Betriebspunkten realisiert werden kann.
  • Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
  • Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Frischluft bzw. Frischgemisch, bei dem das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine dienende Gas entweder mittels Saugrohreinsprizung in die mindestens eine Ansaugleitung oder mittels Direkteinspritzung in den mindestens einen Zylinder eingebracht wird, wobei die Saugrohreinsprizung bei niedrigen und mittleren Lasten T und die Direkteinspritzung bei hohen Lasten T eingesetzt wird, so dass ausgehend von der Saugrohreinspritzung bei niedrigen Lasten zu der Direkteinspritzung gewechselt wird, falls die Last Torque eine vorgebbare Last Torque,up übersteigt mit Torque ≥ Torque,up.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bringt beide Einspritzverfahren, d. h. sowohl die Saugrohreinspritzung als auch die Direkteinspritzung, zur Anwendung und schafft damit die Möglichkeit, in jedem Betriebspunkt das für diesen Betriebspunkt geeignete Einspritzverfahren einzusetzen bzw. das entsprechend einer momentanen Zielsetzung vorteilhaftere Einspritzverfahren auszuwählen und anzuwenden.
  • Das als Kraftstoff dienende Gas kann beispielsweise mittels Saugrohreinspritzung in die Ansaugleitung eingebracht werden, um im Teillastbetrieb günstige Verbrauchswerte zu erzielen. Hinsichtlich einer guten Durchmischung, d. h. Homogenisierung, des Kraftstoff-Luft-Gemisches bietet die Saugrohreinspritzung gegenüber der Direkteinspritzung bei kleinen einzubringenden Kraftstoffmengen, d. h. Gasmengen, Vorteile. Weitere Vorteile ergeben sich insbesondere dann, wenn das Gas in die Ansaugleitung in gasförmiger Phase eingebracht wird. Letzteres wird zusammen mit weiteren Verfahrensvarianten noch in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
  • Die Direkteinspritzung des Gases in den mindestens einen Zylinder ist hingegen zielführend, um die maximale Leistung zu steigern bzw. zu erreichen.
  • In der Praxis erfolgt ein Wechsel der Einspritzverfahren in der Regel durch Verwendung unterschiedlicher Kennfelder für die Saugrohreinspritzung einerseits und die Direkteinspritzung andererseits. Mit dem Wechsel kann insbesondere eine Änderung des Zündzeitpunktes bzw. Einspritzbeginns, aber auch eine Anpassung der Einspritzdauer verbunden werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem – unter Verwendung von Gas als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine – ein möglichst vorteilhafter Betrieb in sämtlichen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine realisiert werden kann.
  • Weitere vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen ausgehend von der Saugrohreinspritzung bei niedrigen Lasten nur dann zu der Direkteinspritzung gewechselt wird, wenn die Last Torque eine vorgebbare Last Torque,up übersteigt und für eine vorgebbare Zeitspanne Δtup größer ist als diese vorgegebene Last Torque,up.
  • Die Einführung einer zusätzlichen Bedingung für den Wechsel zu der Direkteinspritzung soll einen zu häufigen bzw. übereilten Wechsel der Betriebsparameter sicher verhindern, insbesondere einen Übergang zu einer direkten Einspritzung, wenn die Last Torque nur kurz die vorgegebene Last Torque,up übersteigt und dann wieder fällt bzw. um diese vorgegebene Last Torque,up schwankt, ohne dass das Übersteigen dieser Lastgrenze einen Wechsel zur Direkteinspritzung rechtfertigen würde.
  • Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang, dass das direkteinspritzende Verfahren empfindlich auf Änderungen und Abweichungen bei der Gemischbildung reagiert. Die Empfindlichkeit des Verfahrens nimmt mit sinkender Last zu, da bei niedrigen und mittleren Lasten geringere Kraftstoffmengen eingespritzt werden, was das Bereitstellen eines reproduzierbaren Kraftstoff-Luft-Gemisches erschwert. Bei der direkten Einspritzung des Kraftstoffes im Teillastbereich können daher vermehrt Fehlzündungen bzw. Zündaussetzer auftreten. Letzteres führt dazu, dass der Kraftstoff unverbrannt via Abgasleitung aus dem Zylinder abgeführt wird, was hinsichtlich der Schadstoffemissionen als kritisch zu bewerten ist.
  • Die zusätzliche Bedingung gemäß der in Rede stehenden Verfahrensvariante stellt sicher, dass nur dann zu einer Direkteinspritzung übergegangen wird, wenn die Randbedingungen für eine direkte Einspritzung des Gases vorliegen bzw. sich eignen und eine ausreichend gute Gemischbildung gewährleistet werden kann.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen ausgehend von der Direkteinspritzung bei hohen Lasten wieder zu der Saugrohreinspritzung gewechselt wird, falls die Last Torque eine vorgebbare Last Torque,down unterschreitet mit Torque ≤ Torque,down.
  • Hinsichtlich einer verbesserten Gemischaufbereitung ist es vorteilhaft, bei Teillast zu der Saugrohreinspritzung zu wechseln, um den Zylindern ein gut durchmischtes homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Verfügung zu stellen und eine sichere Entzündung des Gemisches zu gewährleisten.
  • Vorteilhaft sind auch im vorliegenden Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen ausgehend von der Direkteinspritzung bei hohen Lasten nur dann wieder zu der Saugrohreinspritzung gewechselt wird, falls die Last Torque eine vorgebbare Last Torque,down unterschreitet und für eine vorgebbare Zeitspanne Δtdown kleiner ist als diese vorgegebene Last Torque,down.
  • Die vorstehende Bedingung für den Wechsel des Einspritzverfahrens soll einen zu häufigen bzw. übereilten Wechsel der Betriebsparameter vermeiden helfen. Es wird Bezug genommen auf das bereits im Zusammenhang mit der Zeitspanne Δtup Gesagte. Der vorgeschlagenen Vorgehensweise folgend kann angemessen auf Szenarien reagiert werden, bei denen die Last Torque nur kurz unter die vorgegebene Last Torque,down fällt und dann wieder steigt bzw. um die vorgegebene Last schwankt.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine dienende Gas LPG ist. LPG hat den Vorteil, dass es schon bei niedrigen Drücken von etwa 5 bzw. 6 bar und Umgebungstemperatur in der flüssigen Phase vorliegt und gespeichert werden kann, wohingegen Erdgas gezielt gekühlt werden muß, um verflüssigt werden zu können.
  • Vorteilhaft sind ebenfalls Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine dienende Gas Wasserstoff (H2) ist.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine dienende Gas in flüssiger Phase mittels Saugrohreinspritzung in die mindestens eine Ansaugleitung eingebracht wird.
  • Die Flüssigeinspritzung ins Saugrohr erweist sich im Vollastbetrieb als nicht ganz so günstig wie die Flüssigdirekteinspritzung in den Zylinder, da die Verdampfungswärme nicht direkt im Zylinder wirksam wird, wodurch sich höhere Gastemperaturen im Zylinder ergeben können, die sich nachteilig auf das Klopfverhalten auswirken.
  • Nichtsdestotrotz ist beispielsweise die Kombination einer Saugrohreinspritzung von flüssigem Kraftstoff bei Vollast und einer Saugrohreinblasung von gasförmigem Kraftstoff während der Teillast eine vorteilhafte und vergleichsweise kostengünstige Verfahrensvariante.
  • Das in die angesaugte Luft eingebrachte flüssige Gas verdampft, wobei die Verdampfungswärme dem angesaugten Luftstrom entzogen wird. Folglich sinkt die Temperatur der den Zylindern zugeführten Luft und damit auch die Temperatur der Zylinderfrischladung im Ganzen. Damit werden die Klopfgefahr und das Auftreten von ungewollten Selbstzündungen im Gas-Luft-Gemisch reduziert.
  • Zudem führt ein Absenken der Temperatur der Zylinderfrischladung zu einer geringeren thermischen Belastung der Brennkraftmaschine und zu einer niedrigeren Konzentration an Stickoxiden (NOx) im Abgas, d. h. zu einer verminderten Stickoxidemission.
  • Die Absenkung der Temperatur steigert aber auch die Dichte der Luft, so dass die Einspritzung des Gases in flüssiger Form zu einer besseren Füllung des Brennraums mit Luft beiträgt, wobei der Vergrößerung der dem Brennraum zugeführten Luftmasse gegebenenfalls durch eine stärkere Drosselung entgegengewirkt werden muß.
  • Da die vorstehend beschriebenen Effekte eine verstärkte Drosselung im Teillastbereich bedingen, d. h. eine stärkere Druckabsenkung erforderlich machen können, um die angesaugte Luftmenge zu reduzieren, kann es vorteilhaft sein, das Gas nicht in der flüssigen, sondern vielmehr in der gasförmigen Phase in die Ansaugleitung einzubringen. In der gasförmigen Phase weist das eingebrachte Gas ein wesentlich größeres Volumen auf, weshalb ein in der Ansaugleitung vorgesehenes Drosselelement weiter geöffnet werden kann, ohne dass die via Ansaugleitung angesaugte Luftmenge sich vergrößert bzw. vergrößert wird. Dies hat erhebliche Vorteile im Hinblick auf die angestrebte Entdrosselung der Brennkraftmaschine. Zudem erfolgt keine Kühlung des angesaugten Luftstroms, da eine Verdampfung des eingebrachten Gases entfällt und damit die hierdurch bedingte Temperaturabsenkung.
  • Vorteilhaft sind daher insbesondere Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine dienende Gas in gasförmiger Phase mittels Saugrohreinspritzung in die mindestens eine Ansaugleitung eingebracht wird.
  • Bei der gasförmigen Einblasung des Kraftstoffes in das Saugrohr wird ein großer Teil der angesaugten Luft durch den gasförmigen Kraftstoff verdrängt, d. h. durch diesen substituiert, so dass die Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb wesentlich entdrosselter betrieben werden kann als mit einer Flüssigeinspritzung in den Brennraum.
  • Im Vollastbetrieb ist die gasförmige Einblasung des Kraftstoffes hingegen nachteilig, da durch die Volumenverdrängung des Gases die Zylinderfüllung behindert wird und somit der Liefergrad sowie die maximal erzielbare Leistung signifikant absinken. Zudem wird dem Kraftstoff-Luft-Gemisch bei gasförmiger Einbringung des Kraftstoffes keine Verdampfungswärme entzogen, wie es bei Flüssigeinspritzung der Fall wäre. Wegen der fehlenden Zylinderinnenkühlung ergeben sich höhere Gemischtemperaturen im Brennraum. Die hohen Temperaturen führen zu einer erhöhten Klopfneigung, so dass bei Vollast eine Rücknahme der Zündung erforderlich ist, was den Motorwirkungsgrad verschlechtert.
  • Daher ist im Vollastbetrieb eine flüssige Einspritzung des Kraftstoffes, insbesondere direkt in den Zylinder zur Ausnutzung des maximalen Zylinderinnenkühlungseffektes, vorteilhaft.
  • Vorteilhaft sind folglich Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine dienende Gas in flüssiger Phase mittels Direkteinspritzung in den mindestens einen Zylinder eingebracht wird.
  • Die Direkteinspritzung des Gases in den mindestens einen Zylinder hat gegenüber der Saugrohreinspritzung Vorteile im Hinblick auf die maximal erzielbare Leistung. Bei hohen Lasten kann die vergleichsweise große Kraftmenge, d. h. Gasmenge, in flüssiger Form einfacher, d. h. mit weniger Aufwand, in den mindestens einen Zylinder eingebracht werden als in gasförmiger Phase. Ansonsten könnte die Einspritzdauer, welche zum Einbringen der Gesamtkraftstoffmenge erforderlich ist, unverhältnismäßig bzw. unakzeptabel lang sein.
  • Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine dienende Gas in gasförmiger Phase mittels Direkteinspritzung in den mindestens einen Zylinder eingebracht wird.
  • Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens der vorgenannten Art bereitzustellen, wird gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Frischluft bzw. Frischgemisch, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sowohl eine Saugrohreinspritzung als auch eine Direkteinspritzung zum Einbringen des als Kraftstoff dienenden Gases vorgesehen ist, wobei die Saugrohreinspritzung dem Einbringen des Gases in die mindestens eine Ansaugleitung und die Direkteinspritzung dem Einbringen des Gases in den mindestens einen Zylinder dient.
  • Das bereits für das erfindungsgemäße Verfahren Gesagte gilt auch für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich des Verfahrens gemachten Ausführungen. Die verschiedenen Verfahrensvarianten erfordern eine entsprechend dazu korrespondierende Brennkraftmaschine.
  • Kraftstoffversorgungssysteme für Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung umfassen als wesentliche Komponenten neben dem Kraftstofftank, den Einspritzdüsen und einer Kraftstoffpumpe zur Förderung des Kraftstoffes und zur Generierung des notwendigen Einspritzdrucks eine Kraftstoffversorgungsleitung, die die verschiedenen Komponenten miteinander verbindet und zwar ausgehend vom Kraftstofftank bis hin zu den Einspritzdüsen.
  • Kraftstoffversorgungssysteme für direkteinspritzende Brennkraftmaschinen verfügen darüber hinaus – neben der eigentlichen Niederdruck-Kraftstoffpumpe – über eine zweite Pumpe, nämlich eine Hochdruckpumpe. Während die Hochdruckpumpe für die erforderlichen hohen Einspritzdrücke sorgt, dient die eigentliche Kraftstoffpumpe als sogenannte Vorförderpumpe zur Befüllung der Hochdruckpumpe. Die Kraftstoffversorgungsleitung, die zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe angeordnet ist, wird als Niederdruckleitung bezeichnet, wohingegen das Teilstück der Kraftstoffversorgungsleitung, welches zwischen der Hochdruckpumpe und den Einspritzdüsen verläuft, die Kraftstoffhochdruckleitung bildet.
  • Direkteinspritzende Dieselmotoren verfügen zudem häufig über ein besonderes Einspritzsystem, nämlich ein sogenanntes Common-Rail-Einspritzsystem, bei welchem sämtliche Zylinder der Brennkraftmaschine mittels einer gemeinsamen Kraftstoffhochdruckleitung – dem sogenannten Common Rail – mit Kraftstoff versorgt werden, wobei die individuelle Einspritzung in die einzelnen Zylinder beispielsweise mittels piezoelektrischer Aktuatoren erfolgt bzw. gesteuert wird.
  • Ist die Brennkraftmaschine mit einer Motorsteuerung ausgestattet, sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die Motorsteuerung in der Weise adaptiert ist, dass das als Kraftstoff dienende Gas in Abhängigkeit von der Last T entweder mittels Saugrohreinspritzung und mittels Direkteinspritzung eingebracht wird.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
  • 1 schematisch eine Ausführungsform der fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
  • 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der fremdgezündeten Brennkraftmaschine 1, bei der Gas als Kraftstoff verwendet wird.
  • Es handelt sich um einen Drei-Zylinder-Reihenmotor 1, bei dem die drei Zylinder 2 entlang der Längsachse des Zylinderkopfes, d. h. in Reihe, angeordnet.
  • Zum Abführen der heißen Verbrennungsgase ist eine Abgasleitung 4 und zur Versorgung der drei Zylinder 2 mit Frischluft bzw. Frischgemisch eine Ansaugleitung 3 vorgesehen. Zur Einstellung der Last ist in der Ansaugleitung 3 eine Drosselklappe 8 vorgesehen, die mittels Motorsteuerung 7 gesteuert bzw. geregelt wird.
  • Zur direkten Einspritzung 6 von Kraftstoff in die Zylinder 2, d. h. zur Ausbildung einer Direkteinspritzung 6, ist jeder Zylinder 2 mit einem eigenen Injektor ausgestattet, wobei vorliegend Gas als Kraftstoff dient und eingespritzt wird. Die Injektoren werden via Steuerleitung von der Motorsteuerung 7 aktiviert, d. h. gesteuert. Die eingespritzte Kraftstoffmenge dient der Einstellung des Luftverhältnisses λ.
  • Die Brennkraftmaschine 1 ist des Weiteren mit einer Saugrohreinspritzung 5 ausgestattet, mit der Gas stromaufwärts der Zylinder 2 in die Ansaugleitung 3 eingebracht wird.
  • Die Saugrohreinspritzung 5 kommt bei niedrigen und mittleren Lasten T zur Anwendung, wohingegen die Direkteinspritzung 6 bei hohen Lasten T eingesetzt wird. Ausgehend von einer Saugrohreinspritzung 5 bei niedrigen Lasten wird zu einer Direkteinspritzung 6 gewechselt, falls die Last Torque eine vorgebbare Last Toque,up übersteigt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Zylinder
    3
    Ansaugleitung
    4
    Abgasleitung
    5
    Saugrohreinspritzung
    6
    Direkteinspritzung
    7
    Motorsteuerung
    8
    Drosselklappe
    LPG
    Flüssiggas, Liquified Petroleum Gas
    CNG
    Erdgas, Compressed Natural Gas
    LNG
    Erdgas, Liquid Natural Gas
    H2
    Wasserstoff
    Torque
    Drehmoment, Last
    Torque,down
    vorgebbare untere Last
    Torque,up
    vorgebbare obere Last
    Δtdown
    vorgebbare Mindestzeitspanne für das Unterschreiten von Torque,down
    Δtup
    vorgebbare Mindestzeitspanne für das Überschreiten von Torque,up

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinder (2) und mindestens einer Ansaugleitung (3) zur Versorgung des mindestens einen Zylinders (2) mit Frischluft bzw. Frischgemisch, bei dem das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine (1) dienende Gas entweder mittels Saugrohreinspritzung (5) in die mindestens eine Ansaugleitung (3) oder mittels Direkteinspritzung (6) in den mindestens einen Zylinder (2) eingebracht wird, wobei die Saugrohreinspritzung (5) bei niedrigen und mittleren Lasten T und die Direkteinspritzung (6) bei hohen Lasten T eingesetzt wird, so dass ausgehend von der Saugrohreinspritzung (5) bei niedrigen Lasten zu der Direkteinspritzung (6) gewechselt wird, falls die Last Torque eine vorgebbare Last Torque,up übersteigt mit Torque ≥ Torque,up.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Saugrohreinspritzung (5) bei niedrigen Lasten nur dann zu der Direkteinspritzung (6) gewechselt wird, wenn die Last Torque eine vorgebbare Last Torque,up übersteigt und für eine vorgebbare Zeitspanne Δtup größer ist als diese vorgegebene Last Torque,up.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Direkteinspritzung (6) bei hohen Lasten wieder zu der Saugrohreinspritzung (5) gewechselt wird, falls die Last Torque eine vorgebbare Last Torque,down unterschreitet mit Torque ≤ Torque,down.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Direkteinspritzung (6) bei hohen Lasten nur dann wieder zu der Saugrohreinspritzung (5) gewechselt wird, falls die Last Torque eine vorgebbare Last Torque,down unterschreitet und für eine vorgebbare Zeitspanne Δtdown kleiner ist als diese vorgegebene Last Torque,down.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine (1) dienende Gas LPG ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine (1) dienende Gas Erdgas (CNG, LNG) ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine (1) dienende Gas Wasserstoff (H2) ist.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kraftstoff für die Bremskraftmaschine (1) dienende Gas in flüssiger Phase mittels Saugrohreinspritzung (5) in die mindestens eine Ansaugleitung (3) eingebracht wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine (1) dienende Gas in gasförmiger Phase mittels Saugrohreinspritzung (5) in die mindestens eine Ansaugleitung (3) eingebracht wird.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine (1) dienende Gas in flüssiger Phase mittels Direkteinspritzung (6) in den mindestens einen Zylinder (2) eingebracht wird.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kraftstoff für die Brennkraftmaschine (1) dienende Gas in gasförmiger Phase mittels Direkteinspritzung (6) in den mindestens einen Zylinder (2) eingebracht wird.
  12. Brennkraftmaschine (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche mit mindestens einem Zylinder (2) und mindestens einer Ansaugleitung (3) zur Versorgung des mindestens einen Zylinders (2) mit Frischluft bzw. Frischgemisch, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl eine Saugrohreinspritzung (5) als auch eine Direkteinspritzung (6) zum Einbringen des als Kraftstoff dienenden Gases vorgesehen ist, wobei die Saugrohreinspritzung (5) dem Einbringen des Gases in die mindestens eine Ansaugleitung (3) und die Direkteinspritzung (6) dem Einbringen des Gases in den mindestens einen Zylinder (2) dient.
  13. Brennkraftmaschine (1) mit Motorsteuerung (7) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (7) in der Weise adaptiert ist, dass das als Kraftstoff dienende Gas in Abhängigkeit von der Last T entweder mittels Saugrohreinspritzung (5) und mittels Direkteinspritzung (6) eingebracht wird.
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