DE102014105173A1

DE102014105173A1 - Verbesserte kraftstoffeinspritzung basierend auf der drosseldurchflussmenge

Info

Publication number: DE102014105173A1
Application number: DE102014105173.4A
Authority: DE
Inventors: Ross Dykstra Pursifull; Samuel Guido; Ed Badillo; Dev Saberwal
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2014-10-23
Also published as: US20140311454A1; CN104110328B; US9528472B2; RU2014115671A; CN104110328A; RU2638496C2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Einstellen der Menge des eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs basierend auf der gedrosselten Schalldurchflussmenge durch eine Verengung beschrieben. Weil die Schall-Drossel-Durchflussmenge weiterhin abnimmt, indem der Tankdruck abnimmt, enthält das Verfahren das Berechnen der Schall-Drossel-Durchflussmenge durch die Verengung basierend auf den Systemvariable und das Erzwingen, dass die Rate der CNG-Einspritzung kleiner als die Schall-Drossel-Durchflussmenge durch die Verengung ist. Dadurch kann die Massendurchflussmenge zu der Kraftstoffeinspritzdüse im Wesentlichen maximiert werden, um den Zeitraum für das Leeren des Kraftstofftanks im Wesentlichen zu minimieren, insbesondere während des letzten Betrages der Tankleerung, wenn die Inhalte des Gaslagertanks gering sind.

Description

Gebiet:
Das Gebiet der Beschreibung bezieht sich auf Fahrzeug-Kraftstoffsysteme, die mit gasförmigen Kraftstoffen arbeiten.
Hintergrund und Zusammenfassung:
Es sind Kraftfahrzeuge bekannt, die mit komprimiertem Erdgas (compressed natural gas) arbeiten. Das CNG (compressed natural gas) wird durch eine Verengung und einen Druckregler geleitet, um das CNG bei einem konstanten Druck den Kraftstoffeinspritzdüsen der Kraftmaschine zuzuführen.
Ein Problem bei den Kraftfahrzeugen, die mit CNG arbeiten ist, dass, wenn der Tank fast leer ist, die CNG-Zufuhr zu der Kraftstoffeinspritzdüse der Kraftmaschine nicht länger bei einem konstanten Druck erfolgt. Folglich wird die genaue Steuerung der der Kraftmaschine zugeführten Menge des CNG schwierig zu steuern, wenn sich der Kraftstofftank leert, was zu einem schlechten Fahrverhalten und schwierigen Emissionssteuerungen führt.
Eine Herangehensweise, um dieses Problem zu behandeln, hat darin bestanden, eine Nachfüllung des Tanks zu verlangen, wenn der CNG-Druck (z. B. der Tankdruck oder der Kraftstoffeinspritzdruck) unter einen vorgegebenen Wert fällt. Dieser Typ der Herangehensweise führt zum häufigen Nachfüllen des Tanks und einer Begrenzung des Betriebsreichweite des Fahrzeugs.
Bei einer weiteren Herangehensweise wird für Fahrzeuge, die entweder mit CNG oder mit Benzin arbeiten können, die CNG-Zufuhr abgesperrt und wird nur Benzin der Kraftmaschine zugeführt, wenn der CNG-Tankdruck unter einen Sollwert fällt. Hier bleibt abermals das CNG, das andernfalls das Fahrzeug betreiben könnte, bis zur nächsten Nachfüllung ungenutzt im Tank.
Die Erfinder haben das Problem bei den obigen Herangehensweisen festgestellt und das Problem gelöst. Insbesondere ist die Durchflussmenge durch die Verengung eine gedrosselte Schallströmung, wobei die Strömungsgeschwindigkeit in dem gedrosselten Bereich auf der Schallgeschwindigkeit konstant bleibt. Die Erfinder haben ferner erkannt, dass die Schall-Drossel-Durchflussmenge (ausgedrückt durch die Masse) weiterhin abnimmt, wie der Tankdruck abnimmt. Die durch die Erfinder erkannte Lösung besteht darin, die Schall-Drossel-Massendurchflussmenge zu berechnen und die durchschnittliche Gaseinspritzrate zu steuern, damit sie immer unter diesem Wert liegt. Die genaue Steuerung der Einspritzung des gasförmigen Kraftstoffs in die Kraftmaschine ist dann erreichbar, weil, wenn die Einspritzrate des Kraftstoffs kleiner als die schallbegrenzte Massendurchflussmenge ist, die Druckregelung auftritt. In einem weiteren Beispiel haben die Erfinder die Massendurchflussmenge zu der Kraftstoffeinspritzdüse im Wesentlichen maximiert, um den Zeitraum für das Leeren des Kraftstofftanks im Wesentlichen zu minimieren, während eine durchschnittliche Massendurchflussmenge von der Kraftstoffeinspritzdüse aufrechterhalten wird, damit sie kleiner als die Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs ist, der der Kraftstoffeinspritzdüse durch die Verengung zugeführt wird, die sich in einer Ausführungsform in dem Regler befinden kann, die sich aber in anderen Ausführungsformen außerdem an anderen Orten innerhalb des Kraftstoffsystems befinden kann. In einem weiteren Beispiel haben die Erfinder die Einspritzung eines flüssigen Kraftstoffs in die Kraftmaschine durch eine Einspritzdüse für flüssigen Kraftstoff hinzugefügt; wobei sie die Einspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff und die Einspritzdüse für flüssigen Kraftstoff gesteuert haben, um im Wesentlichen einen Kraftmaschinen-Sollbetrieb zu erreichen – wie z. B. eine Soll-Luft-/Kraftstoff-Steuerung oder eine Solldrehmoment-Steuerung.
Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl der Konzepte einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie ist nicht beabsichtigt, um Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Schutzumfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen eingeschränkt, die alle oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die hier beschriebenen Vorteile werden durch das Lesen eines Beispiels einer Ausführungsform, das hier als die ausführliche Beschreibung bezeichnet wird, vollständiger verstanden, wenn es allein oder unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genommen wird, wobei:
1 eine schematische graphische Darstellung einer Kraftmaschine ist;
2 eine schematische graphische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems für gasförmigen Kraftstoff gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
3 eine ausführliche Ansicht des Druckregelsystems nach 2 zeigt;
4 eine graphische Darstellung einer Ausströmung des Reglers zeigt, die eine gedrosselte Schallströmung zeigt;
5 ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zum Einstellen der Einspritzung gasförmigen Kraftstoffs basierend auf der gedrosselten Schallströmung zeigt;
6 ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zum Leeren eines Drucktanks an Bord eines Fahrzeugs zeigt; und
7 einen simulierten Betriebsablauf nach den Verfahren aus den 5 und 6 zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen der Menge des eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs basierend auf einer berechneten Schall-Drossel-Durchflussmenge und die gemeinsame Kraftstoffbeaufschlagung der Kraftmaschine mit einem flüssigen Kraftstoff, um einer Solllast an der Kraftmaschine zu entsprechen. Weil sich die Verfahren auf ein Kraftmaschinensystem beziehen, zeigen die 1–3 schematische graphische Darstellungen beispielhafter Systeme innerhalb der Kraftmaschine. Dann zeigt 4 eine beispielhafte Durchflussmenge durch eine Verengung während einer gedrosselten Schallströmung, wobei die Strömungsgeschwindigkeit konstant bleibt. In den 5 und 6 sind Flussdiagramme von Beispielverfahren zum Einstellen der Durchflussmenge, um im Wesentlichen den Zeitraum für das Leeren des Kraftstofftanks zu minimieren, während die durchschnittliche Massendurchflussmenge von der Kraftstoffeinspritzdüse aufrechterhalten wird, damit sie kleiner als die Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs ist, der durch eine Verengung der Kraftstoffeinspritzdüse zugeführt wird, enthalten, um das Verfahren zu veranschaulichen. 7 zeigt dann einen simulierten Betriebsablauf in Übereinstimmung mit den Verfahren nach den 5 und 6, wobei die Kraftmaschine Kanaleinspritzdüsen für gasförmigen Kraftstoff aufweist. Folglich kann der Ablauf nach 7 durch das System nach den 1–3 bereitgestellt werden, um das Problem nach 4 in Übereinstimmung mit den Verfahren nach 5 und 6 zu lösen. Wie es hier verwendet wird, enthält das im Wesentlichen Minimieren oder Maximieren der Strömung das Vergrößern oder das Verkleinern der Strömung auf beinah maximale bzw. minimale Niveaus. Als ein weiteres Beispiel kann das im Wesentlichen Erreichen eines Sollwerts das Konvergieren innerhalb 5 % des Sollwerts enthalten.
In 1 ist die Brennkraftmaschine 10, die mehrere Zylinder enthält, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist, durch einen elektronischen Kraftmaschinen-Steuerung 12 gesteuert. Die Kraftmaschine 10 schließt eine Verbrennungskammer 30 und die Zylinderwandungen 32 ein, wobei der Kolben 36 darin positioniert und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Es ist gezeigt, dass die Verbrennungskammer 30 über ein Einlassventil 52 und ein Auslassventil 54 mit einem Einlasskrümmer 44 bzw. einem Auslasskrümmer 48 in Verbindung steht. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betrieben werden. Alternativ können eines oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch eine elektromechanisch gesteuerte Ventil-Spulen- und Ankeranordnung betrieben werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch einen Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch einen Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
Es wird gezeigt, dass die Direkteinspritzdüse 66 für flüssigen Kraftstoff positioniert ist, um flüssigen Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einzuspritzen, was den Fachleuten auf dem Gebiet als Direkteinspritzung bekannt ist. Alternativ kann der flüssige Kraftstoff in eine Einlassöffnung eingespritzt werden, was den Fachleuten auf dem Gebiet als Kanaleinspritzung bekannt ist. Die Direkteinspritzdüse 66 für flüssigen Kraftstoff führt flüssigen Kraftstoff proportional zur Impulsbreite von der Steuerung 12 zu. Der flüssige Kraftstoff wird durch ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler (die nicht gezeigt sind) enthält, der Direkteinspritzdüse 66 für flüssigen Kraftstoff zugeführt.
Es wird gezeigt, dass die Kanaleinspritzdüse 81 für gasförmigen Kraftstoff positioniert ist, um den gasförmigen Kraftstoff in den Einlasskrümmer 44 einzuspritzen. Für die Bezugnahme ist gezeigt, dass die Direkteinspritzdüse 80 für gasförmigen Kraftstoff positioniert ist, um den gasförmigen Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einzuspritzen. In einigen Beispielen kann die Kanaleinspritzdüse 81 für gasförmigen Kraftstoff in einer Einlassöffnung eines Zylinderkopfs positioniert sein. In anderen Beispielen kann die Einspritzdüse 81 für gasförmigen Kraftstoff den gasförmigen Kraftstoff in einen Mittelbereich eines Einlasskrümmers einspritzen. Sowohl die Kanaleinspritzdüse 81 für gasförmigen Kraftstoff als auch die Direkteinspritzdüse 80 für gasförmigen Kraftstoff können der Kraftmaschine 10 gasförmigen Kraftstoff bereitstellen. Der gasförmige Kraftstoff kann jedoch in anderen Beispielen ausschließlich über die Kanaleinspritzdüse 81 für gasförmigen Kraftstoff ohne die Direkteinspritzdüse 80 für gasförmigen Kraftstoff zugeführt werden. Außerdem kann in noch anderen Beispielen der gasförmige Kraftstoff ausschließlich über die Direkteinspritzdüse 80 für gasförmigen Kraftstoff ohne die Kanaleinspritzdüse 81 für gasförmigen Kraftstoff zugeführt werden. Im Allgemeinen sind bivalente Zufuhrsysteme so konfiguriert, dass der flüssige Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 30 eingespritzt wird, während der gasförmige Kraftstoff durch Kanaleinspritzung in den Einlasskrümmer 44 eingespritzt wird.
Die Kanaleinspritzdüse 81 für gasförmigen Kraftstoff und die Direkteinspritzdüse 80 für gasförmigen Kraftstoff empfangen den gasförmigen Kraftstoff über den Kraftstoffverteiler 90 und den Lagertank 91. Der Druckregler 86 steuert den Druck, der durch den Lagertank 91 dem Kraftstoffverteiler 90 zugeführt wird. Hier wird der Druck des Gases in dem Lagertank 91 über einen Drucksensor 60 abgetastet, in einigen Ausführungsformen kann jedoch der Druck des Gases in dem Lagertank 91 über einen Hochdruckleitungsdruck abgeleitet werden. Der Druck des Gases im Kraftstoffverteiler 90 wird über einen Drucksensor 61 abgetastet.
Es wird gezeigt, dass der Einlasskrümmer 44 mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 62 in Verbindung steht, die die Position einer Drosselklappen-Platte 64 einstellt, um die Luftströmung vom Lufteinlass 42 zum Einlasskrümmer 44 zu steuern. Es ist gezeigt, dass die elektronische Drosselklappe 62 zwischen dem Einlasskrümmer 44 und dem Lufteinlass 42 positioniert ist.
Das verteilerlose Zündsystem 88 stellt der Verbrennungskammer 30 als Reaktion auf die Steuerung 12 über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken bereit. Es wird gezeigt, dass ein universeller Abgassauerstoffsensor (Universal Exhaust Oxygen, UEGO-Sensor) 126 stromaufwärts eines Katalysators 70 an den Auslasskrümmer 48 gekoppelt ist. Alternativ kann der UEGO-Sensor 126 durch einen Zweizustands-Abgassauerstoffsensor ersetzt sein.
Der Umsetzer 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorbausteine enthalten. In einem weiteren Beispiel können mehrere Abgassteuervorrichtungen, jede mit mehreren Bausteinen, verwendet werden. In einem Beispiel kann der Umsetzer 70 ein Dreiwegekatalysator sein.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes enthält: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabeports 104, einen Nur-Lese-Speicher 106, einen Direktzugriffs-Speicher 108, einen Erhaltungs-Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Es wird gezeigt, dass die Steuerung 12 zusätzlich zu jenen Signalen, die vorher erörtert worden sind, verschiedene Signale von an die Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren empfängt, einschließlich: eine Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) von einem an die Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; einen Positionssensor 134, der an ein Fahrpedal 130 gekoppelt ist, um die durch einen Fuß 132 ausgeübte Kraft abzutasten; eine Messung des Kraftmaschinen-Krümmerdrucks (MAP) von einem an den Einlasskrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 122; einen Kraftmaschinen-Positionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Position der Kurbelwelle 40 abtastet; eine Messung einer in die Kraftmaschine eintretenden Luftmasse von einem Sensor 120; und eine Messung der Drosselklappenposition von einem Sensor 58. Der Atmosphärendruck kann außerdem für die Verarbeitung durch die Steuerung 12 abgetastet werden (wobei der Sensor nicht gezeigt ist). In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Kraftmaschinen-Positionssensor 118 eine vorgegebene Anzahl gleich beabstandeter Impulse bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, aus denen die Kraftmaschinendrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
In einigen Beispielen kann die Kraftmaschine in einem Hybridfahrzeug an ein Elektromotor-/Batteriesystem gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine Parallelkonfiguration, eine Reihenkonfiguration oder eine Variation oder Kombinationen daraus besitzen. Ferner können in einigen Ausführungsformen andere Kraftmaschinen-Konfigurationen verwendet werden, z. B. eine Diesel-Kraftmaschine.
Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder in der Kraftmaschine 10 typischerweise einen Viertaktzyklus: der Zyklus enthält den Einlasstakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt. Im Allgemeinen ist während des Einlasstakts das Auslassventil 54 geschlossen und das Einlassventil 52 geöffnet. Über den Einlasskrümmer 44 wird Luft in die Verbrennungskammer 30 eingeleitet, wobei sich der Kolben 36 zum Boden des Zylinders bewegt, um das Volumen in der Verbrennungskammer 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 in der Nähe des Bodens des Zylinders und am Ende seines Takts (z. B. wenn sich die Verbrennungskammer 30 auf ihrem größten Volumen befindet) befindet, wird durch die Fachleute auf dem Gebiet typischerweise als unterer Totpunkt (bottom dead center, BDC) bezeichnet. Während des Verdichtungstakts sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft in der Verbrennungskammer 30 zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Takts und am nächsten beim Zylinderkopf (z. B. wenn sich die Verbrennungskammer 30 auf ihrem kleinsten Volumen befindet) befindet, wird durch die Fachleute auf dem Gebiet typischerweise als oberer Totpunkt (top dead center TDC) bezeichnet. In einem Prozess, der im Folgenden als Einspritzung bezeichnet wird, wird der Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingeleitet. In einem Prozess, der im Folgenden als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündungsmittel, wie z. B. eine Zündkerze 92, gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitstakts schieben die sich ausdehnenden Gase den Kolben 36 zurück zum BDC. Die Kurbelwelle 40 setzt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich ist das Auslassventil 54 während des Ausstoßtakts geöffnet, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 48 auszustoßen, wobei der Kolben zum TDC zurückkehrt. Es sei angemerkt, dass das Obige lediglich als ein Beispiel gezeigt worden ist und dass sich die Öffnungs- und/oder Schließzeiten der Einlass- und Auslassventile ändern können, wie z. B. um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
Die 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen der Kraftmaschine 10. Wie oben beschrieben worden ist, enthält das Kraftmaschinensystem 10 eine Steuerung 12 und ein System 218 für gasförmigen Kraftstoff. Das Kraftmaschinensystem 10 kann ferner einen Kraftmaschinenblock 11 enthalten, der mehrere Zylinder 30 aufweist. Während der Bedingungen einer hohen Last stellt die Direkteinspritzung mehrere Vorteile bereit. Das Einleiten mit Sauerstoff angereicherter flüssiger Kraftstoffe bei der Direkteinspritzung und die hohe Verdampfungswärme bei hoher Last stellen eine Ladungskühlung für eine vergrößerte Luftladung, die Verdünnung für die Verbrennungstemperatursteuerung und die Klopffestigkeit bereit. Andererseits kann die Kanaleinspritzung während der Bedingungen einer geringen Last Vorteile bereitstellen. Das Einleiten von Kraftstoffen mit hoher Flüchtigkeit durch die Einlasseinspritzung bei geringer Last kann eine verbesserte Startfähigkeit, eine Verringerung der Partikelemission und weniger unverdampften Kraftstoff bereitstellen. Außerdem kann der gasförmige Kraftstoff die Pumpverluste durch das Verdrängen von Luft verringern. Deshalb können die durch beide Systeme bereitgestellten Vorteile im Wesentlichen maximiert werden, indem über verschiedene Bereiche der Drehzahl-Last-Abbildung entweder die Direkt- oder die Kanaleinspritzung verwendet wird.
Das System 218 für gasförmigen Kraftstoff kann einen oder mehrere Kraftstofftanks enthalten. In dem dargestellten Beispiel enthält das Kraftstoffsystem einen Kraftstofftank 91, der konfiguriert ist, um einen ersten Kraftstoff, der eine erste chemische und physikalische Eigenschaft aufweist, entlang einer ersten Kraftstoffleitung 249, die eine Hochdruck-Kraftstoffleitung ist, zuzuführen. Der in dem Kraftstofftank 91 gelagerte Kraftstoff kann über den Kraftstoffverteiler 90 einer Einspritzdüse 81 des Kraftmaschinenzylinders 30 zugeführt werden. In einem Beispiel kann das System für gasförmigen Kraftstoff ferner ein oder mehrere Ventile enthalten, um die Zufuhr des Kraftstoffs vom Kraftstofftank 91 zu den Einspritzdüsen 81 zu steuern. Die verschiedenen Komponenten des Kraftstoffsystems, wie z. B. die Ventile, die Druckregler, die Filter und die Sensoren, können außerdem entlang der Kraftstoffleitung 249 angekoppelt sein. Der Kraftstofftank 91 kann mehrere Kraftstoffe oder Kraftstoffgemische enthalten. Der Kraftstoff kann z. B. ein gasförmiger Kraftstoff sein, wie z. B. komprimiertes Erdgas (CNG) oder Wasserstoffkraftstoff. In dem Beispiel eines (nicht gezeigten) zweiten Kraftstofftanks kann der zweite Kraftstoff ein flüssiger Kraftstoff sein, wie z. B. Benzin, flüssiges Propan, Kraftstoff mit einem Bereich von Alkoholkonzentrationen, verschiedene Benzin-Ethanol-Kraftstoffgemische (z. B. E10, E85) und Kombinationen daraus.
In dem gezeigten Beispiel können das Kraftstoffsystem 218 und die in Beziehung stehenden Komponenten konfiguriert sein, um einen gasförmigen Kraftstoff den Kraftmaschinenzylindern zuzuführen. Dementsprechend kann der Kraftstofftank 91 an einen Druckregler 86 und ein Solenoidventil 236 gekoppelt sein, um es zu ermöglichen, dass eine Zufuhr des Kraftstoffs auf einem festen niedrigen Druck den Einspritzdüsen 81 bereitgestellt wird. Ein Tankventil 232 (z. B. ein Rückschlagventil) kann zwischen dem Kraftstofftank 91 und dem Druckregler 86 positioniert sein, um den richtigen Einspritzdruck sicherzustellen. Wie bereits angegeben worden ist, kann in einigen Ausführungsformen der Tankdrucksensor 60 enthalten sein, um den Druck innerhalb des Tanks zu detektieren. In anderen Ausführungsformen kann jedoch ein Tankausgangsleitungs-Drucksensor 233 stromaufwärts des Druckreglers 86 und stromabwärts des Kraftstofftanks 91 positioniert sein, um eine Schätzung des Kraftstoffdrucks vor der Druckregelung durch den Druckregler 86 bereitzustellen. Das heißt, der Drucksensor 233 kann eine Schätzung des Kraftstoffdrucks bereitstellen, der in die Seite mit höherem Druck des Druckreglers 86 eingegeben wird. Eine Füllöffnung 237 kann stromabwärts des Tankventils 232 und stromaufwärts des Druckreglers 86 positioniert sein, um das Auftanken zu ermöglichen. Das Solenoidventil 236, das außerdem als ein Absperrventil oder ein Leitungsventil bezeichnet wird, kann zwischen den Druckregler 86 und den Kraftstoffverteiler 90 gekoppelt sein, was außerdem als eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 250 bezeichnet wird. In einem weiteren Beispiel kann ein (nicht gezeigtes) Entlastungsventil stromabwärts des Druckreglers 86 an die Kraftstoffleitung 250 gekoppelt sein. Die Einbeziehung eines manuell gesteuerten Entlastungsventils kann Vorteile bei der Wartung bereitstellen, wohingegen ein durch einen Antriebsstrangsteuermodul (PCM) gesteuertes Entlastungsventil Vorteile während der Kaltstartbedingungen bereitstellen kann. Während der Kaltstartbedingungen, wenn z. B. eine Kraftmaschine nach der Zündung noch nicht warmgelaufen ist, können sich z. B. die nach innen öffnenden Einspritzdüsen nicht öffnen, wenn ein hoher Kraftstoffverteilerdruck vorhanden ist. Das PCM als solches kann programmiert sein, um das Entlastungsventil zu betätigen und dadurch den hohen Kraftstoffverteilerdruck zu verringern, um das Öffnen der sich nach innen öffnenden Einspritzdüsen zu ermöglichen. In einem noch weiteren Beispiel kann das System 218 für gasförmigen Kraftstoff optional eine Umgehungsleitung 251 enthalten, die dafür ausgelegt ist, um den gasförmigen Kraftstoff vom Tank 91 um eine Verengung im Druckregler 86 zu leiten, wenn der Tankdruck unter einem vorgegebenen Druck liegt. Deshalb kann das Verfahren das Koppeln des gasförmigen Kraftstoffs von dem Tank um die Verengung in einem Regler umfassen, wenn der Tankdruck kleiner als ein vorgegebener Druck ist. Als solche werden der Druckregler und seine Verengung während der Operationen bei niedrigem Kraftstofftankdruck umgangen. In einer Ausführungsform kann ein Umgehungsventil enthalten sein, das so konstruiert ist, dass es nicht geöffnet werden oder offen bleiben kann, wenn in der Hochdruckleitung hohe Drücke (z. B. über 250 psi) vorhanden sind, was es verhindert, dass sehr hohe Drücke an den Einspritzdüsen auftreten. Ein (nicht gezeigter) Vereinigungsfilter kann auf der Seite niedrigeren Drucks des Druckreglers 86 positioniert sein, so dass das Kraftstoffverteiler-Absperrventil 236 zwischen den Druckregler 86 und den Vereinigungsfilter gekoppelt ist.
In einem Beispiel kann der Kraftstofftank 91 den gasförmigen Kraftstoff in einem Druckbereich von 10–700 bar (z. B. 3000–6000 psi für CNG-Kraftstoff und 5000–10.000 psi für Wasserstoffkraftstoff) lagern, während der Druckregler 86 den Kraftstoffverteilerdruck auf einen festen Bereich von 10–40 bar (z. B. 2–10 bar für CNG-Kraftstoff) regeln kann. Es wird erkannt, dass, während 2 nur ein System 218 für gasförmigen Kraftstoff zeigt, die Kraftmaschine 10 außerdem konfiguriert ist, um mit flüssigem Kraftstoff von einem (nicht gezeigten) zusätzlichen Kraftstofftank zu arbeiten.
Das Kraftmaschinensystem 10 kann ferner ein Steuersystem 14 enthalten, das die Steuerung 12 enthält, wobei gezeigt ist, dass die Steuerung Informationen von mehreren Sensoren 16 (von denen verschiedene Beispiele hier beschrieben sind) empfängt und Steuersignale an mehrere Aktuatoren 18 (von denen verschiedene Beispiele hier beschrieben sind) sendet. Als ein Beispiel können die Sensoren 16 die MAP- und MAF-Sensoren im Einlass, den Abgassensor und den Temperatursensor, die sich im Auslass befinden, den Drucksensor 61, der an den Kraftstoffverteiler 90 gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Schätzung des Kraftstoffverteilerdrucks bereitzustellen, den Temperatursensor 203, der an den Kraftstoffverteiler 90 gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Schätzung der Kraftstoffverteilertemperatur bereitzustellen, den Temperatursensor 214, der an den Kraftstofftank 91 gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Schätzung der Kraftstofftanktemperaturen bereitzustellen, usw. enthalten. Andere Sensoren, wie z. B. Druck-, Temperatur-, Kraftstoffpegel-, Luft-/Kraftstoffverhältnis- und Zusammensetzungssensoren, können an verschiedene Orte in dem Kraftmaschinensystem 10 gekoppelt sein. Als ein weiteres Beispiel können die Aktuatoren die Kraftstoffeinspritzdüse 81, das Solenoidventil 236, den Druckregler 86, die Drosselklappe 62, das Tankventil 232 und ein (nicht gezeigtes) Entlastungsventil enthalten. Die Steuerung kann die Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktuatoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten basierend auf Anweisungen oder Code, die darin programmiert sind und einer oder mehreren Routinen entsprechen, auslösen. Beispielroutinen sind in den 5–6 gezeigt.
Wie in der Detailansicht nach 3 gezeigt ist, enthält der Druckregler 86 eine Hochdruckkammer 384, die gasförmigen Kraftstoff über die Hochdruck-Kraftstoffleitung 249 von dem Kraftstofftank 91 empfängt, eine Niederdruckkammer 386, die gasförmigen Kraftstoff mit geregeltem Druck dem Kraftstoffverteiler 90 bereitstellt, und eine Bezugskammer 388. In der gezeigten Beispielausführungsform ist der Druckregler 86 ein mechanischer Druckregler, der eine Membran 398 und ein Ventil 300 enthält. Eine Position des Ventils 300 relativ zu einem Loch oder einer Öffnung in einer Wand 304, die die Hochdruckkammer 384 und die Niederdruckkammer 386 trennt, bestimmt die Massendurchflussmenge des Gases durch die Verengung von 384 zu 386, wobei die Verengung in dem Kraftstoffdruckregler enthalten ist. Die Position des Ventils 300 hängt von dem Druck in der Bezugskammer 388 und in der Niederdruckkammer 386 und von einer Federkraft, die durch eine Feder 396, die an einem Ende an einen Boden des Druckreglers 86 und an dem anderen Ende an einen Boden der Membran 398 gekoppelt ist, bereitgestellt wird, ab. In einigen Ausführungsformen kann die Bezugskammer 388 zur Atmosphäre offen sein und deshalb den Atmosphärendruck als einen Bezugsdruck verwenden. In anderen Ausführungsformen kann die Bezugskammer 388 jedoch an einen Einlasskrümmerdruck gekoppelt sein. In noch anderen Ausführungsformen kann der Bezugsdruck gesteuert werden, um einen Regler für variablen Druck einzustellen. Wie hier beschrieben ist, ist der Druckregler 86 ein mechanischer Druckregler, der einen Bezugskammerdruck auf einen festen, konstanten Druck steuert, um einen festen, konstanten Regeldruck in der Niederdruckkammer zu erreichen.
Ein in der Kraftstoffleitung 250 angeordnetes Absperrventil 236 des Kraftstoffverteilers kann während der Zustände, unter denen die Zufuhr gasförmigen Kraftstoffs zur Kraftmaschine nicht erwünscht ist, (z. B. während der Zustände mit ausgeschalteter Kraftmaschine oder während der Zustände, wenn die Zufuhr von flüssigen Kraftstoff allein zur Kraftmaschine erwünscht ist) geschlossen sein, um die Verbindung zwischen dem Druckregler 86 und dem Kraftstoffverteiler 90 zu verhindern. Andernfalls kann das Absperrventil 236 des Kraftstoffverteilers geöffnet sein, so dass der Kraftstoff von dem Druckregler 86 dem Kraftstoffverteiler 90 zugeführt werden kann. Das Absperrventil 236 des Kraftstoffverteilers kann ein einfaches Ventil sein, das nur in einen vollständig offenen oder einen vollständig geschlossenen Zustand steuerbar ist und das nicht dazu dient, den Druck des dem Kraftstoffverteiler zugeführten Kraftstoffs zu variieren.
4 zeigt die Ergebnisse eines eingeschränkten Einlasses stromaufwärts des Druckreglers 86, wobei die Ausgabe des Reglers als eine Funktion der Gasdurchflussmenge für zwei Typen der Reglerausströmung graphisch dargestellt ist. Die erste graphische Darstellung bei 402 entspricht einer gedrosselten Schallströmung, die ferner eine Abnahme des Drucks stromabwärts des Druckreglers 86 zeigt, die keine Zunahme der Massendurchflussmenge erzeugt. Eine vertikale Linie in der Nähe von 19 lb/h ist für einen Schall-Drossel-Punkt charakteristisch. Dies kann auftreten, wie der Tankdruck auf tiefe Pegel fällt, z. B. unter 500 psi, so dass die Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs von dem Tank 91 gedrosselt wird. Falls die durchschnittliche Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs, die der Kraftmaschine von den Einspritzdüsen 81 zugeführt wird, die Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs durch die Verengung übersteigt, kann deshalb der Kraftstoffverteilerdruck von dem Drucksensor 61 und der Tankdruck von dem Drucksensor 60 (oder von dem Drucksensor 233 in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 249) steil abfallen, wie in 4 gezeigt ist. Als solches führt das System 218 für gasförmigen Kraftstoff aufgrund der Strömungsverengung stromaufwärts des Reglers nicht länger einen Druck den Einspritzdüsen 81 zu. Für die Bezugnahme zeigt die zweite graphische Darstellung bei 404 einer Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs von dem Tank ohne eine gedrosselte Schallströmung in dem Bereich von praktischem Interesse. Diese graphische Darstellung demonstriert deutlich, dass der Lagertank etwas verbleibenden gasförmigen Kraftstoff aufweist, der in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen Verfahren verwendet werden kann, um das Kraftmaschinensystem 10 anzutreiben. Wie im Folgenden beschrieben wird, kann das Kraftmaschinensystem 10 z. B. die Zufuhr des in dem Tank 91 verbleibenden gasförmigen Kraftstoffs durch das Berechnen der Schall-Drossel-Durchflussmenge oder der Massendurchflussmenge durch die Verengung, die den Einspritzdüsen zugeführt wird, erschöpfen und ferner die Rate der Einspritzung einstellen, damit sie kleiner als die Schall-Drossel-Durchflussmenge ist, um die im Wesentlichen maximale Verwendung des CNG zu erzwingen, insbesondere wenn die Drücke in dem Lagertank niedrig sind.
Für die Steuerung der Verfahren zeigen die 5 und 6 beispielhafte Flussdiagramme für zwei Verfahren, die eine Steuerung verwenden kann, um die CNG-Einspritzrate basierend auf der gedrosselten Schall-Durchflussmenge einzustellen. In 5 verwendet das Verfahren 500 die Physik eines CNG-Installationssystems, um basierend auf der berechneten gedrosselten Schall-Durchflussmenge durch die Verengung, die von dem Tankdruck abhängt, eine im Wesentlichen maximale Massendurchflussmenge zu berechnen. Dann tastet in 6 das Verfahren 600 eine Kraftmaschinen-Solllast ab und verwendet die berechnete gedrosselte Schall-Durchflussmenge durch die Verengung, um die Menge des eingespritzten CNG einzustellen, um im Wesentlichen die Menge des zugeführten CNG zu maximieren. Schließlich kann die Steuerung 12 in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen Verfahren und in Abhängigkeit von der Kraftmaschinen-Solllast im Vergleich zu der Menge des für die Verwendung verfügbaren CNG ferner einen zweiten Kraftstoff (z. B. Benzin, Elektrizität usw.) an Bord eines Fahrzeugs für die gemeinsame Kraftstoffbeaufschlagung bereitstellen, um einen Kraftmaschinen-Sollbetrieb im Wesentlichen zu erreichen – wie z. B. eine Soll-Luft-/Kraftstoff-Steuerung, eine Solldrehmoment-Steuerung oder eine Leerlaufdrehzahl.
Weil die beschriebenen Verfahren die Schall-Drossel-Durchflussmenge berechnen, um die Durchflussmenge der CNG-Einspritzung einzustellen, ist eine kurze Beschreibung der Strömungsberechnung angebracht. Wenn die Gasgeschwindigkeit gedrosselt ist, hängt die Massendurchflussmenge außer von dem stromaufwärtigen Druck (P₀) und der stromaufwärtigen Temperatur (T₀) von dem Querschnittsflächeninhalt (A) des Lochs oder der Verengung in dem Druckregler 86 ab, durch das bzw. die der gasförmige Kraftstoff strömt. Wie oben angegeben worden ist, hängt die Rate jedoch nicht von dem stromabwärtigen Druck ab. Eine Gleichung für die Massendurchflussmenge ist durch Folgendes gegeben:
wobei
die Massendurchflussmenge (kg/s) ist, C ein dimensionsloser Ausströmungskoeffizient ist, A der Querschnittsflächeninhalt (m²) des Ausströmungslochs ist, k ein Verhältnis der spezifischen Wärmekapazitäten (c_p/c_v) ist, das von der Identität des Gases abhängt (für Methan gilt z. B. k = 1,307), ρ₀ die Dichte des Gases stromaufwärts der Verengung (kg/m³) ist, P₀ der stromaufwärtige Druck (Pa) ist und T₀ die stromaufwärtige Temperatur des Gases (K) ist. Obwohl für jede Variable der Gleichung SI-Einheiten vorgesehen sind, sind außerdem andere Einheiten möglich. Die obige Gleichung kann verwendet werden, um die Massendurchflussmenge im stationären Zustand für ein spezielles Gas basierend auf dem Druck und der Temperatur, die in der stromaufwärts gelegenen Druckquelle vorhanden sind, zu berechnen. Obwohl die Temperatur hier enthalten ist, kann in einigen Fällen die Massendurchflussmenge schwach von der stromaufwärtigen Temperatur abhängen.
Bei 502 enthält das Verfahren 500 das Bestimmen verschiedener stromaufwärtiger Systemvariablen, wie der Dichte, des Drucks und der Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs, und des Querschnittsflächeninhalts des Ausströmungslochs basierend auf dem gemessenen Tankdruck. Dann enthält das Verfahren 500 bei 504 basierend auf den bestimmten stromaufwärtigen Systemvariablen das Berechnen der Schall-Durchflussmenge des CNG, z. B. unter Verwendung der soeben beschriebenen Gleichung. Weil das Verfahren die Rate des in die Zylinder der Kraftmaschine eingespritzten CNG einstellt, indem es die Massendurchflussmenge des CNG, die durch die Einspritzdüsen zugeführt wird, kleiner als die Massendurchflussmenge des CNG durch die Verengung, die den Einspritzdüsen zugeführt wird, hält, enthält das Verfahren 500 bei 506 das Bestimmen der durchschnittlichen Massendurchflussmenge des CNG, die durch die Einspritzdüsen zugeführt wird. Dann enthält das Verfahren 500 bei 508 das Vergleichen der zwei Massendurchflussmengen und das Einstellen der Einspritzung des CNG, um die Menge des CNG von den Einspritzdüsen basierend auf der Schall-Drossel-Durchflussmenge im Wesentlichen zu maximieren. Dies kann ausgeführt werden, um den Verbrauch des flüssigen Benzins zu minimieren, das in einigen Fällen teurer als CNG ist. Deshalb können durch das Maximieren der Verwendung des CNG als einen Ersatzkraftstoff für das Benzin die Betriebskosten eines Fahrzeugs vorteilhaft verringert werden. Wie oben angegeben worden ist, kann in einigen Fällen die Menge des zugeführten CNG einen Anteil der Leistung für eine Kraftmaschinen-Solllast bereitstellen. Das Verfahren als solches kann ferner den verbleibenden Anteil z. B. unter Verwendung eines flüssigen Kraftstoffs, der direkt in das Kraftmaschinensystem eingespritzt wird, bereitstellen, obwohl dies in 5 nicht explizit identifiziert ist.
In 6 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das das Verfahren 600 veranschaulicht, in dem die Steuerung 12 Einstellungen innerhalb des Kraftmaschinensystems ausführt, um die Menge des verwendeten CNG basierend auf der berechneten Schall-Drossel-Durchflussmenge im Wesentlichen zu maximieren. Deshalb umfasst das Verfahren 600 das Betreiben einer Kraftmaschine, während ein Tank für gasförmigen Kraftstoff geleert wird, indem der gasförmige Kraftstoff von dem Tank durch eine Verengung an eine Kraftstoffeinspritzdüse gekoppelt wird; und ferner das Steuern der Massendurchflussmenge von der Kraftstoffeinspritzdüse zu der Kraftmaschine, damit sie im Durchschnitt kleiner als die Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs durch die Verengung ist, die der Kraftstoffeinspritzdüse zugeführt wird.
Bei 602 enthält das Verfahren 600 das Überwachen der Betriebsbedingungen der Kraftmaschine. Während einiger Betriebsbedingungen kann die Kraftmaschine z. B. bei einer geringen Last arbeiten, wie z. B. durch den Positionssensor 134 angegeben wird, der an das Fahrpedal 130 gekoppelt ist, um die durch einen Fuß 132 ausgeübte Kraft abzutasten. Wenn dies der Fall ist und die Steuerung 12 basierend auf der Schall-Drossel-Durchflussmenge bestimmt, dass ausreichend gasförmiger Kraftstoff für die Einspritzung verfügbar ist, kann die Steuerung 12 nur gasförmigen Kraftstoff zuführen, um die Kraftmaschine anzutreiben. Unter anderen Betriebsbedingungen kann die Kraftmaschine jedoch bei einer höheren Last arbeiten, so dass der eingespritzte gasförmige Kraftstoff nur einen Anteil der Leistung zum Betreiben der Kraftmaschine basierend auf den Bedingungen zuführen kann. Während dieser Zeiträume kann die Steuerung 12 deshalb ein zweites System für flüssigen Kraftstoff für die Direkteinspritzung in den Zylinder aktivieren, um die Kraftmaschine gemeinsam mit Kraftstoff zu beaufschlagen, während ausreichend flüssiger Kraftstoff zugeführt wird, um den verbleibenden Unterschied basierend auf der detektierten Kraftmaschinenlast zu ergänzen.
Weil die Schall-Drossel-Durchflussmenge im Allgemeinen sowohl von der Konfiguration der Installation des Systems für gasförmigen Kraftstoff als auch von dem stromaufwärtigen Druck abhängt, kann in einigen Ausführungsformen die Massendurchflussmenge von dem Tank als eine Funktion des Tankdrucks für eine gegebene Konfiguration der Installation geeicht werden. Deshalb enthält das Verfahren 600 bei 604 das Bestimmen des Drucks des gasförmigen Kraftstoffs in dem Tank, weil die Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs durch die Verengung, die den Einspritzdüsen zugeführt wird, aus dem Druck des Tanks für gasförmigen Kraftstoff bestimmt werden kann. Wie oben ausführlich beschrieben worden ist, kann der Tankdruck in einigen Ausführungsformen durch einen Tankdrucksensor 60 oder in anderen Ausführungsformen durch einen Tankausgangsleitungs-Drucksensor 233, der stromabwärts des Kraftstofftanks 91 positioniert ist, um eine Schätzung des Tankdrucks bereitzustellen, bestimmt werden.
Basierend auf der in 5 beschriebenen berechneten Schall-Drossel-Durchflussmenge und den detektierten Kraftmaschinenbedingungen enthält das Verfahren 600 bei 606 das Vergleichen der durchschnittlichen Massendurchflussmenge, die in die Kraftmaschine eingespritzt wird, mit der Schall-Drossel-Durchflussmenge durch die Verengung, die aus dem Gastankdruck berechnet wird. Dann enthält das Verfahren 600 bei 608 basierend auf dem Vergleich, falls die durchschnittliche Massendurchflussmenge von den Einspritzdüsen größer als die schallbegrenzte Massendurchflussmenge durch die Verengung ist, Anweisungen zum Verringern der Rate der CNG-Einspritzung in die Kraftmaschine, um die Menge des eingespritzten CNG zu verringern. Falls umgekehrt die Steuerung 12 bestimmt, dass die Massendurchflussmenge von den Einspritzdüsen kleiner als die Massendurchflussmenge durch die Verengung ist, enthält das Verfahren 600 bei 610 das Einstellen der Einspritzmenge, z. B. durch das Vergrößern der Menge des der Kraftmaschine zugeführten gasförmigen Kraftstoffs, um die Massendurchflussmenge im Wesentlichen zu maximieren, während eine durchschnittliche Massendurchflussmenge von den Einspritzdüsen aufrechterhalten wird, die kleiner als die schallbegrenzte Massendurchflussmenge durch die Verengung ist. Auf diese Weise kann das Steuersystem 14 den Bestand des gasförmigen Kraftstoffs an Bord eines Fahrzeugs basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine und dem detektierten Tankdruck verwenden, während der Zeitraum für das Leeren des Kraftstofftanks im Wesentlichen minimiert wird. Dies ist während der letzten Menge der Tankleerung besonders vorteilhaft, wenn die Inhalte des Gaslagertanks gering sind.
7 zeigt einen simulierten Betriebsablauf in Übereinstimmung mit dem Verfahren nach den 5 und 6, wenn die Kraftmaschine Kanaleinspritzdüsen für gasförmigen Kraftstoff ohne Direkteinspritzdüsen für gasförmigen Kraftstoff aufweist. Der Ablauf nach 7 kann durch das System nach den 1–3 in Übereinstimmung mit dem Verfahren nach den 5 und 6 bereitgestellt werden. Die vertikalen Markierungen sind zu den Zeitpunkten T₀–T₅ gezeigt, um spezielle Zeitpunkte von Interesse während des Ablaufs zu identifizieren.
Die erste graphische Darstellung von oben nach 7 repräsentiert die Kraftmaschinen-Eingangsleistung, die als ein Einlasskrümmerdruck gegen die Zeit gezeigt ist. Die Y-Achse repräsentiert den Einlasskrümmerdruck der Kraftmaschine, wobei der Einlasskrümmerdruck in der Richtung des Y-Achsen-Pfeils zunimmt. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, wobei die Zeit von der linken Seite der 7 zur rechten Seite der 7 zunimmt. Die horizontale Markierung 702 repräsentiert den Druck der Umgebungsluft. Der Druck über dem Umgebungsdruck liegt über der horizontalen Markierung 702. Der Druck unter dem Umgebungsdruck liegt unter der horizontalen Markierung 702.
Die zweite graphische Darstellung von oben der 7 repräsentiert die Einspritzmenge des flüssigen Kraftstoffs gegen die Zeit. Die Y-Achse repräsentiert die Menge des in die Kraftmaschine eingespritzten flüssigen Kraftstoffs, wobei die Menge des eingespritzten flüssigen Kraftstoffs in der Richtung des Y-Achsen-Pfeils zunimmt. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, wobei die Zeit von der linken Seite der 7 zur rechten Seite der 7 zunimmt.
Die dritte graphische Darstellung von oben der 7 repräsentiert die Einspritzmenge des gasförmigen Kraftstoffs, die über eine Kanaleinspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff in die Kraftmaschine eingespritzt wird, gegen die Zeit. Die Y-Achse repräsentiert die Menge des über eine Kanal- oder Mitteleinspritzdüse eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs. Die Menge des in die Kraftmaschine eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs nimmt in der Richtung des Y-Achsen-Pfeils zu. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, wobei die Zeit von der linken Seite der 7 zur rechten Seite der 7 zunimmt. Ein Anteil der gedrosselten Schallströmung 706, der im Folgenden beschrieben wird und im Allgemeinen vom Gastankdruck abhängt, ist in der dritten graphischen Darstellung außerdem gezeigt, um das Verfahren zu demonstrieren.
In dem Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung können die Energierate (oder die Leistung) von dem gasförmigen Kraftstoff und die Energierate (oder die Leistung) von dem flüssigen Kraftstoff addiert werden, um bei der Gesamteingangsleistung in die Kraftmaschine anzukommen, z. B. als Reaktion auf einen Pedalpositionssensor 134. Deshalb kann gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der kostengünstige Kraftstoff (z. B. der gasförmige Kraftstoff) vorzugsweise verwendet werden, während der teure Kraftstoff (z. B. der flüssige Kraftstoff) eingespart wird. In 7 kann die Kraftmaschinen-Eingangsleistung, die durch einen Einlasskrümmerdruck in der ersten graphischen Darstellung von oben der 7 angegeben ist, z. B. geschätzt werden, indem die Einspritzmenge des flüssigen Kraftstoffs, die zu der Energierate von dem flüssigen Kraftstoff in der zweiten graphischen Darstellung von oben der 7 proportional ist, zu der Einspritzmenge des Gaskraftstoffs, die zu der Energierate von dem gasförmigen Kraftstoff in der dritten graphischen Darstellung von oben der 7 proportional ist, hinzugefügt wird. Deshalb kann das Verfahren, wie darin gezeigt ist, arbeiten, um vorzugsweise den preiswerteren gasförmigen Kraftstoff zu verwenden, während der teurere flüssige Kraftstoff während des Fahrzeugbetriebs eingespart wird.
Die vierte graphische Darstellung von oben der 7 repräsentiert eine graphische Darstellung des Unterschieds zwischen der gedrosselten Schallströmung 706 und der Einspritzmenge des Gaskraftstoffs, die in der soeben beschriebenen vierten graphischen Darstellung gezeigt ist. Die Y-Achse repräsentiert einen Unterschied zwischen den zwei Massenströmungen, wobei die Werte über der horizontalen Linie die positiven Unterschiede (z. B. wo die gedrosselte Schallströmung größer als die Einspritzmenge des Gaskraftstoffs ist) angeben und die Werte unter der Linie die negativen Unterschiede (z. B. wo die gedrosselte Schallströmung kleiner als die Einspritzmenge des Gaskraftstoffs ist) angeben. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, wobei die Zeit von der linken Seite der 7 zur rechten Seite der 7 zunimmt.
Weil das Verfahren vom Bestimmen der Massendurchflussmenge zu den Einspritzdüsen abhängt, um die Einspritzrate einzustellen, wenn die CNG-Verwendung optimiert wird, stellt in einer Ausführungsform ein einfacher Vergleich der gedrosselten Schallströmung 706 mit der Einspritzmenge des gasförmigen Kraftstoffs eine Angabe dessen bereit, ob die Einspritzung des CNG zu vergrößern oder zu verkleinern ist. Bei 710 ist die Menge des eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs z. B. größer als die gedrosselte Schallströmung 706, was Probleme auf die bereits beschriebene Art darstellt, weil eine Ablesung von einem Drucksensor steil abfällt, wenn dies auftritt. Als Reaktion auf die hohe Einspritzrate für die Bedingungen kann die Steuerung 12 die Menge des durch die Einspritzdüsen 81 eingespritzten CNG verringern, wobei die Menge, um die die Steuerung 12 die CNG-Einspritzung verringert, ferner aus einem einfachen Vergleich der zwei Kurven in der dritten graphischen Darstellung bestimmt wird. In Übereinstimmung mit dem Verfahren übersteigt die Menge, um die das CNG verringert wird, die bei 712 gezeigt ist, gerade den angegebenen Unterschied. Obwohl dies hier als eine zeitliche graphische Darstellung gezeigt ist, kann die Steuerung 12 außerdem Anweisungen zum Berechnen einer durchschnittlichen CNG-Einspritzrate enthalten, die er mit der Schall-Drossel-Durchflussmenge durch die Verengung vergleicht, wenn er eine im Wesentlichen maximale durchschnittliche CNG-Einspritzrate erzwingt. In einigen Ausführungsformen kann sich die durchschnittliche CNG-Einspritzrate z. B. auf die durchschnittliche CNG-Rate über eine Anzahl von Kraftmaschinenereignissen (vielleicht 720° der Kurbeldrehung) und sich nicht auf einen Durchschnitt während der Zeit beziehen, weil die Kraftstoffeinspritzung ein diskontinuierlicher Prozess ist. Als ein weiteres Beispiel ist bei 720 die Menge des eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs kleiner als die gedrosselte Schallströmung 706, was angibt, dass die Menge des eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs die CNG-Verwendung nicht im Wesentlichen maximiert, wie sie die Inhalte des Tanks leert. Deshalb kann die Rate der CNG-Einspritzung vergrößert werden, um die CNG-Verwendung zu vergrößern und die Inhalte des Tanks für gasförmigen Kraftstoff schneller zu leeren. Das Steuersystem kann z. B. programmiert sein, um die CNG-Verwendung auf 85 % der gedrosselten Schallströmung 706 zu erhöhen, um die Linie 720 unter der Linie 706 zu halten, um den Druck der Kraftstoffeinspritzung zu regeln, während außerdem der Variabilität des Kraftstoffsystems Rechnung getragen wird. Basierend auf diesem Unterschied zeigt 722 eine beispielhafte obere Grenze der Menge, um die die CNG-Einspritzung basierend auf einem Vergleich der zwei bereits beschriebenen Massendurchflussmengen vergrößert wird. Weil das Verfahren konstruiert ist, um die Einspritzrate unter der maximalen Schallrate zu halten, die verfügbar ist, falls das Ventil 300 vollständig offen ist, kann in einer weiteren Ausführungsform die Steuerung 12 mit Anweisungen programmiert sein, um die Strömung des gasförmigen Kraftstoffs im Gegensatz zum Arbeiten auf der Linie 402 sicher auf der linken Seite der Linie 402 zu halten, was die Menge des in dem Prozess verwendeten gasförmigen Kraftstoffs im Wesentlichen maximiert. Auf diese Weise kann der Druckregler 86 im Wesentlichen nicht an das Limit gelangen oder gesättigt werden, wobei er folglich die Drucksteuerung während des Kraftstoffmanagementprozesses ausführen kann.
Die fünfte graphische Darstellung von oben der 7 repräsentiert den Gasdruck des Kraftstoffverteilers/des Lagertanks gegen die Zeit. Die Y-Achse repräsentiert den Kraftstoffdruck innerhalb des Lagertanks für gasförmigen Kraftstoff, wobei der Kraftstoffdruck in der Richtung des Y-Achsen-Pfeils zunimmt. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, wobei die Zeit von der linken Seite der 7 zur rechten Seite der 7 zunimmt. Die horizontale Markierung 704 repräsentiert einen ersten Schwellenwert (z. B. 400 psi), wo die Inhalte des Tanks für gasförmigen Kraftstoff zu einem Punkt erschöpft sind, an dem die Massendurchflussmenge von den Einspritzdüsen routinemäßig die Schall-Drossel-Durchflussmenge durch die Verengung übersteigt. Während dieses Zeitraums kann die Steuerung 12 als solcher die Strömung des CNG zu der Kraftmaschine einstellen, wenn die Last an der Kraftmaschine niedrig ist. Die horizontale Markierung 708 repräsentiert einen zweiten Schwellendruck, wo die Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs aktiviert wird, um die Sollverbrennung in der Kraftmaschine bereitzustellen. In einem Beispiel repräsentiert die horizontale Markierung 708 einen Druck des gasförmigen Kraftstoffs, bei dem weniger als eine Sollmenge des gasförmigen Kraftstoffs zu der Kraftmaschine strömt, die erwünscht ist, um ein Sollniveau des Kraftmaschinendrehmoments bereitzustellen. Obwohl gezeigt ist, dass die Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs im Vergleich dazu, wenn die Inhalte des Tanks für gasförmigen Kraftstoff unter die erste horizontale Markierung 704 fallen, zu einem späteren Zeitpunkt aktiviert wird, kann in einigen Ausführungsformen die Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs im Wesentlichen gleichzeitig aktiviert werden. Außerdem kann die Steuerung konfiguriert sein, um eine Kombination aus flüssigem und gasförmigem Kraftstoff (z. B. durch die gemeinsame Kraftstoffbeaufschlagung) basierend auf der Kraftmaschinenlast zuzuführen, um das Sollniveau des Kraftmaschinendrehmoments zu im Wesentlichen allen Zeitpunkten bereitzustellen. Der Druck des gasförmigen Kraftstoffs ist der Umgebungsdruck, wenn der Druck des gasförmigen Kraftstoffs die X-Achse erreicht. Über diesen Punkt hinaus kann der Tank für gasförmigen Kraftstoff deaktiviert sein, bis der Tank das nächste Mal aufgefüllt wird.
Bezüglich der vertikalen Markierungen, die unterschiedliche Betriebsperioden angeben, ist zum Zeitpunkt T₀ der Einlasskrümmerdruck der Kraftmaschine relativ niedrig, was eine geringe Kraftmaschinenlast angibt. Die Einspritzmenge des flüssigen Kraftstoffs ist im Wesentlichen null, wobei die Kraftmaschine ausschließlich mit gasförmigen Kraftstoff betrieben wird, obwohl die Kraftmaschine zu einem früheren Zeitpunkt (z. B. während des Startens der Kraftmaschine) mit flüssigem Kraftstoff gearbeitet haben kann. Die Einspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff ist aktiviert, wobei sich die Menge des in dem Tank für gasförmigen Kraftstoff gelagerten gasförmigen Kraftstoffs auf einem höheren Niveau befindet.
Zwischen dem Zeitpunkt T₀ und dem Zeitpunkt T₁ nimmt der Einlasskrümmerdruck der Kraftmaschine zu, was angibt, dass die Kraftmaschine bei einer höheren Kraftmaschinenlast betrieben wird. Die Menge des in den Einlasskrümmer der Kraftmaschine oder in die Einlassöffnung des Zylinders eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs nimmt zu, da der Einlasskrümmerdruck der Kraftmaschine zunimmt, so dass das Kraftmaschinen-Solldrehmoment bereitgestellt werden kann. Die Kanaleinspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff bleibt aktiv, wobei der Druck in dem Tank für gasförmigen Kraftstoff abnimmt, da durch die Kraftmaschine gasförmiger Kraftstoff verbraucht wird.
Zum Zeitpunkt T₁ übersteigt die Kraftmaschinen-Eingangsleistung einen Schwellenwert, wie z. B. durch einen Einlasskrümmerdruck angegeben wird, der einen höheren Druck erreicht, wobei die Einspritzdüse für flüssigen Kraftstoff aktiviert wird. Deshalb kann, wenn die Kraftmaschinenleistung hoch ist, die Einspritzdüse für flüssigen Kraftstoff wenigstens einen Anteil des den Zylindern zugeführten Kraftstoffs in Kombination mit dem gasförmigen Kraftstoff zuführen. Folglich nimmt die Menge des eingespritzten flüssigen Kraftstoffs zwischen dem Zeitpunkt T₁ und dem Zeitpunkt T₂ zu, um die Kraftmaschinenausgabe zu erhöhen, um einem Kraftmaschinen-Solldrehmoment zu entsprechen. Der Druck des Tanks für gasförmigen Kraftstoff wird jedoch weiterhin verringert, da gasförmiger Kraftstoff verbraucht wird.
Zum Zeitpunkt T₂ ist der Einlasskrümmerdruck der Kraftmaschine auf ein Niveau verringert, bei dem die Einspritzdüse für flüssigen Kraftstoff deaktiviert wird. Die Einspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff bleibt aktiv, wobei der Druck des Tanks für gasförmigen Kraftstoff weiterhin abnimmt, da der gasförmige Kraftstoff verbraucht wird.
Zwischen dem Zeitpunkt T₂ und dem Zeitpunkt T₃ kann der Einlasskrümmerdruck mit der Kraftmaschinenlast zunehmen und abnehmen. Die Kraftmaschinenlast kann z. B. als Reaktion auf eine Drehmomentanforderung des Fahrers zunehmen oder abnehmen. Deshalb bleibt die Einspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff aktiv, da gasförmiger Kraftstoff in die Kraftmaschine eingespritzt wird. Die Menge des in dem Lagertank für gasförmigen Kraftstoff gelagerten gasförmigen Kraftstoffs nimmt weiterhin ab, da durch die Kraftmaschine gasförmiger Kraftstoff verbraucht wird.
Zum Zeitpunkt T₃ nimmt der Druck des in dem Tank für gasförmigen Kraftstoff gelagerten gasförmigen Kraftstoffs auf ein Niveau ab, das kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist, der durch die horizontale Markierung 704 angegeben ist. Bei Drücken unter dem Schwellendruck, der durch die horizontale Markierung 704 angegeben ist, kann weniger als eine Sollmenge des Kraftstoffs von dem Lagertank für gasförmigen Kraftstoff zur Kraftmaschine strömen. Als solche und auf die bereits beschriebene Weise kann die Menge der CNG-Einspritzung eingestellt werden, um die CNG-Verwendung im Wesentlichen zu maximieren. Der Schwellendruck 704 kann sich für unterschiedliche Betriebsbedingungen ändern. Der Schwellendruck 704 kann z. B. zunehmen, wie der Einlasskrümmerdruck der Kraftmaschine zunimmt. Zum Zeitpunkt T₃ bleibt die Kanal- oder Mitteleinspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff aktiv und strömt der gasförmige Kraftstoff weiterhin zur Kraftmaschine.
Zwischen dem Zeitpunkt T₃ und dem Zeitpunkt T₄ wird die Menge des der Kraftmaschine zugeführten gasförmigen Kraftstoffs ergänzt, indem flüssiger Kraftstoff in die Kraftmaschine eingespritzt wird. Folglich wird die Einspritzdüse für flüssigen Kraftstoff aktiviert, wenn der Druck des gasförmigen Kraftstoffs unter die horizontale Markierung 708 fällt, um dem Kraftmaschinenzylinder Kraftstoff zuzuführen. Auf diese Weise können die Verbrennungsstabilität und die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf die Sollniveaus gesteuert werden. Da außerdem der Einlasskrümmerdruck mit zunehmender Kraftmaschinenlast zunimmt, kann weniger gasförmiger Kraftstoff in den Einlasskrümmer der Kraftmaschine eingeleitet werden. Deshalb wird die Menge des flüssigen Kraftstoffs als ein Prozentsatz beider Kraftstoffe, die in die Kraftmaschine eintreten, vergrößert, wie der Einlasskrümmerdruck zunimmt. Da der Einlasskrümmerdruck mit der Kraftmaschinenlast abnimmt, kann mehr gasförmiger Kraftstoff in die Kraftmaschine eingeleitet werden, wobei der Prozentsatz des flüssigen Kraftstoffs, der in die Kraftmaschine eingespritzt wird, als solcher abnimmt. Ein Sauerstoffsensor in dem Abgassystem der Kraftmaschine kann verwendet werden, um die Menge des flüssigen Kraftstoffs zu korrigieren, so dass das kombinierte Gemisch aus gasförmigem und flüssigem Kraftstoff ein Luft-Kraftstoff-Sollgemisch bereitstellt, wenn es mit der in die Kraftmaschinenzylinder eintretenden Luft kombiniert wird. Der Druck des gasförmigen Kraftstoffs, der in dem Gaslagertank gelagert ist, nimmt weiterhin ab, da durch die Kraftmaschine gasförmiger Kraftstoff verbraucht wird.
Zum Zeitpunkt T₄ nimmt der Einlasskrümmerdruck der Kraftmaschine auf einen Pegel zu, der größer als der Druck der Umgebungsluft ist, daher verringert die Kanal- oder Mitteleinspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff die Menge der Strömung des gasförmigen Kraftstoffs in die Kraftmaschine, da sie vorübergehend die Menge des zugeführten flüssigen Kraftstoffs erhöht. In Übereinstimmung mit dem Verfahren kann die Steuerung 12, wenn der gasförmige Kraftstoff verringert wird, so dass er unter die berechnete gedrosselte Schalldurchflussmenge fällt, die Menge des eingespritzten CNG vergrößern, um die Inhalte der Kraftstoffeinspritzdüse schneller zu leeren. In einigen Ausführungsformen kann jedoch die Einspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff außerdem während dieses Zeitraums deaktiviert sein, weil das Deaktivieren der Einspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff die Möglichkeit verringert, dass Umgebungsluft in den Gaslagertank eintritt, wenn der Einlasskrümmerdruck hoch ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Luft bei höheren Einlasskrümmerdrücken und niedrigeren Lagertankdrücken in den Lagertank eintritt. Der Einlasskrümmerdruck kann Drücke erreichen, die höher als der Umgebungsdruck sind, wenn ein Kompressor die in die Kraftmaschine eintretende Luft unter Druck setzt.
Kurz nach dem Zeitpunkt T₄ nimmt der Einlasskrümmerdruck der Kraftmaschine auf einen Pegel ab, der kleiner als der Umgebungsdruck ist. Weil der Einlasskrümmerdruck kleiner als der Umgebungsdruck ist, kann der Einlasskrümmer der Kraftmaschine die Strömung des gasförmigen Kraftstoffs von dem Lagertank zur Kraftmaschine unterstützen, solange wie die Massendurchflussmenge von den Einspritzdüsen unter die Massendurchflussmenge durch die Verengung zu den Einspritzdüsen fällt. Folglich kann der Druck des Kraftstoffs in dem Gaslagertank mit der Unterstützung verringert werden, die durch einen niedrigen Druck im Einlasskrümmer der Kraftmaschine bereitgestellt wird. Die Einspritzdüse für flüssigen Kraftstoff stellt der Kraftmaschine weiterhin Kraftstoff bereit, da die Menge des gasförmigen Kraftstoffs weiterhin abnimmt.
Zum Zeitpunkt T₅ ist der Druck in dem Gaslagertank auf den Umgebungsdruck verringert und wird die Einspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff deaktiviert, um zu verhindern, dass Umgebungsluft in den Gaslagertank eintritt. Ferner verhindert das Deaktivieren der Einspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff, wenn der Druck des Tanks für gasförmigen Kraftstoff den Umgebungsdruck erreicht, dass sich in dem Gaslagertank ein Unterdruck bildet, so dass keine Strömung zwischen der Atmosphäre und dem Tank für gasförmigen Kraftstoff verursacht wird. Nach dem Zeitpunkt T₅ stellt ausschließlich die Einspritzdüse für flüssigen Kraftstoff den Kraftstoff für die Kraftmaschine bereit, wobei die Menge des flüssigen Kraftstoffs mit der Kraftmaschinenlast in Beziehung steht, die in dem Einlasskrümmerdruck der Kraftmaschine widergespiegelt sein kann. In anderen Beispielen kann der Gaslagertank auf einen vorgegebenen Unterdruck verringert werden, falls gewünscht. Auf diese Weise kann der Druck in dem Tank für gasförmigen Kraftstoff verringert werden, so dass im Wesentlichen aller Kraftstoff in dem Gaslagertank verwendet werden kann, um Energie bereitzustellen, um die Kraftmaschine zu betreiben. Ferner wird auf diese Weise ein glatter Betriebsübergang zwischen dem Betreiben der Kraftmaschine ausschließlich unter Verwendung von gasförmigem Kraftstoff und dem Betreiben der Kraftmaschine ausschließlich unter Verwendung von flüssigem Kraftstoff bereitgestellt.
Die Vorteile der beschriebenen Verfahren enthalten eine genaue Steuerung der Einspritzung gasförmigen Kraftstoffs in die Kraftmaschine, insbesondere wenn die Inhalte des Lagertanks gering sind. Dadurch kann die eingespritzte Massendurchflussmenge im Wesentlichen maximiert werden, um den Zeitraum für das Leeren des Kraftstofftanks im Wesentlichen zu minimieren. Ferner kann durch das Begrenzen der durchschnittlichen Massendurchflussmenge des CNG von den Einspritzdüsen, so dass sie kleiner als die Massendurchflussmenge durch die Verengung (oder zu den Einspritzdüsen) ist, und die gemeinsame Kraftstoffbeaufschlagung mit einem flüssigen Kraftstoff, um einen Kraftmaschinen-Sollbetrieb im Wesentlichen zu erreichen – wie z. B. eine Soll-Luft-/Kraftstoff-Steuerung oder eine Solldrehmoment-Steuerung, der Bestand des Systems für gasförmigen Kraftstoff erschöpft werden.
In einem Beispiel kann ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftmaschine, während ein Tank für gasförmigen Kraftstoff geleert wird, das Koppeln eines gasförmigen Kraftstoffs von dem Tank durch einen Druckregler mit einer Verengung an eine Kraftstoffeinspritzdüse und nur während ausgewählter Bedingungen eines niedrigen Tankdrucks (z. B. kleiner als ein Schwellenwert) das Einstellen der Einspritzung des gasförmigen Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzdüse zu der Kraftmaschine, um eine Massendurchflussmenge, die kleiner als eine gedrosselte Schall-Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs durch die Verengung ist, zu erzeugen, und ferner das Einstellen der Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs in die Kraftmaschine während des Einstellens der Einspritzung des gasförmigen Kraftstoffs basierend auf der eingestellten Gaseinspritzmenge und einem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis umfassen, um eine Verbrennung aufrechtzuerhalten, die um das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis oszilliert. Die Einstellung der Einspritzung des gasförmigen Kraftstoffs kann darauf basieren, die Massendurchflussmenge um einen Schwellenbetrag unter dem Schallniveau zu halten, um die Einspritzung gasförmigen Kraftstoffs weiter fortzusetzen, wie der Kraftstofftankdruck auf relativ niedrige Pegel fällt, um den Tank vollständiger zu leeren. Insbesondere kann die Einspritzung eingestellt werden, wie der Kraftstofftankdruck fällt, um die Durchflussmenge durch die Öffnung proportional zum Schallströmungsniveau entsprechend zu verringern.
Wie durch einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkannt wird, können die hier beschriebenen Routinen eine oder mehrere aus irgendeiner Anzahl der Steuerungen der Einstellung der Kraftstoffeinspritzung repräsentieren. Als solches können die veranschaulichten verschiedenen Schritte oder Handlungen in der veranschaulichten Reihenfolge ausgeführt werden, parallel ausgeführt werden, oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Steuerung nicht notwendigerweise erforderlich, um die hier beschriebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern sie ist für die Leichtigkeit der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, dass einer oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Handlungen in Abhängigkeit von der verwendeten besonderen Strategie wiederholt ausgeführt werden können und Code repräsentieren können, der im Speicher der Steuerung gespeichert ist.
Dies beschließt die Beschreibung. Den Fachleuten auf dem Gebiet würden beim Lesen der Beschreibung viele Änderungen und Modifikationen klar werden, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Beschreibung abzuweichen. Die vorliegende Beschreibung könnten z. B. R3-(I3-), R4-(I4-), R5-(I5-), V6-, V8-, V10- und V12-Kraftmaschinen, die mit Erdgas, Benzin, Diesel oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen arbeiten, vorteilhaft verwenden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Kraftmaschine, während ein Tank für gasförmigen Kraftstoff geleert wird, das Folgendes umfasst: Koppeln eines gasförmigen Kraftstoffs von dem Tank an eine Kraftstoffeinspritzdüse durch eine Verengung; und Steuern der Massendurchflussmenge von der Kraftstoffeinspritzdüse zu der Kraftmaschine, damit sie im Durchschnitt kleiner als eine gedrosselte Schall-Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs durch die Verengung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das im Wesentlichen Maximieren der Massendurchflussmenge von der Kraftstoffeinspritzdüse umfasst, um den Zeitraum für das Leeren des Kraftstofftanks im Wesentlichen zu minimieren, während die Massendurchflussmenge von der Kraftstoffeinspritzdüse im Durchschnitt aufrechterhalten wird, damit sie kleiner als die gedrosselte Schall-Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs durch die Verengung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs durch die Verengung aus dem Druck des Tanks für gasförmigen Kraftstoff bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen der Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs durch die Verengung umfasst, das auf dem gasförmigen Kraftstoff, der bei einer im Wesentlichen gedrosselten Schalldurchflussmenge mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit und mit einer Massendurchflussmenge, die mit dem Druck des Tanks für gasförmigen Kraftstoff in Beziehung steht, durch die Verengung strömt, basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffeinspritzdüse an einen Einlasskrümmer der Kraftmaschine gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffeinspritzdüse direkt an eine Verbrennungskammer der Kraftmaschine gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verengung in einem Kraftstoffdruckregler enthalten ist.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Koppeln des gasförmigen Kraftstoffs von dem Tank um die Verengung und um den Regler umfasst, wenn der Tankdruck kleiner als ein vorgegebener Druck ist.
Verfahren zum Steuern einer Kraftmaschine, während ein Tank für gasförmigen Kraftstoff geleert wird, das Folgendes umfasst: Koppeln eines gasförmigen Kraftstoffs von dem Tank an eine Einspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff durch eine Verengung; Steuern einer Massendurchflussmenge von der Kraftstoffeinspritzdüse zur Kraftmaschine, damit sie im Durchschnitt kleiner als eine gedrosselte Schall-Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs durch die Verengung ist; Einspritzen eines flüssigen Kraftstoffs durch eine Einspritzdüse für flüssigen Kraftstoff in die Kraftmaschine; und Steuern der Einspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff und der Einspritzdüse für flüssigen Kraftstoff, um im Wesentlichen einen Kraftmaschinen-Sollbetrieb zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Kraftmaschinen-Sollbetrieb der Kraftmaschinenbetrieb bei einem Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Kraftmaschinen-Sollbetrieb der Kraftmaschinenbetrieb ist, um ein Kraftmaschinen-Solldrehmoment zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 9, das das im Wesentlichen Maximieren der Massendurchflussmenge von der Kraftstoffeinspritzdüse umfasst, um den Zeitraum für das Leeren des Kraftstofftanks im Wesentlichen zu minimieren, während die Massendurchflussmenge von der Kraftstoffeinspritzdüse im Wesentlichen aufrechterhalten wird, damit sie kleiner als die gedrosselte Schall-Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs durch die Verengung ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Einspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff mit einem Einlasskrümmer der Kraftmaschine verbunden ist, um gasförmigen Kraftstoff durch ein Einlassventil der Kraftmaschine der Kraftmaschine zuzuführen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Einspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff mit einer Verbrennungskammer der Kraftmaschine verbunden ist, um gasförmigen Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer zuzuführen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Verengung in dem Kraftstoffdruckregler enthalten ist.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner das Koppeln des gasförmigen Kraftstoffs von dem Tank um die Verengung und um den Regler umfasst, wenn der Tankdruck kleiner als ein vorgegebener Druck ist.
Verfahren zum Steuern einer Kraftmaschine, während ein Tank für gasförmigen Kraftstoff geleert wird, das Folgendes umfasst: Koppeln eines gasförmigen Kraftstoffs von dem Tank durch eine Verengung und einen Druckregler an eine Einspritzdüse für gasförmigen Kraftstoff; im Wesentlichen Maximieren der Massendurchflussmenge von der Kraftstoffeinspritzdüse, um den Zeitraum für das Leeren des Kraftstofftanks im Wesentlichen zu minimieren, während die Massendurchflussmenge von der Einspritzdüse im Wesentlichen aufrechterhalten wird, damit sie kleiner als eine schallbegrenzte Massendurchflussmenge des gasförmigen Kraftstoffs durch die Verengung ist; Einspritzen eines flüssigen Kraftstoffs durch eine Einspritzdüse für flüssigen Kraftstoff in die Kraftmaschine; und Steuern der Einspritzdüse für flüssigen Kraftstoff, um im Wesentlichen einen Kraftmaschinen-Sollbetrieb zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Kraftmaschinen-Sollbetrieb ein Kraftmaschinenbetrieb bei einem Luft/Kraftstoff-Sollverhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Kraftmaschinen-Sollbetrieb ein Kraftmaschinenbetrieb ist, um ein Kraftmaschinen-Solldrehmoment zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Kraftmaschinen-Sollbetrieb ein Kraftmaschinenbetrieb ist, um eine Soll-Leerlaufdrehzahl zu erreichen.