DE102007022230A1 - Self igniting-internal combustion engine operating method for use in motor vehicle i.e. truck, involves selecting partial desired value and amount of fuel in such manner that amount of fuel is supplied to engine is larger - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben bzw. eine Vorrichtung zum Steuern eines Selbstzünder-Verbrennungsmotors im Zweistoffbetrieb. Dabei geht es insbesondere um einen sogenannten Zündstrahlmotor, also einen Selbstzündermotor, z. B. Dieselmotor, bei dem parallel zu dem Dieselkraftstoff alternative Kraftstoffe, wie z. B. Erdgas, Methan, Biogas, Flüssiggas, Propan, Butan, Wasserstoff oder Ethanol als Luft-Kraftstoffgemisch beigemischt wird, mit dem Ziel der Treibstoffersparnis und der Reduktion von Emissionen. Selbstzünder-Verbrennungsmotoren zeichnen sich dadurch aus, dass das Luft-Kraftstoffgemisch beim Verdichtungstakt komprimiert und dabei derartig erwärmt wird, dass es sich selbständig entzündet, ohne dass es einer externen Zündung (z. B. durch Glüh- oder Zündkerzen) bedarf. Zweistoffbetrieb im Sinne der Erfindung bedeutet, dass ein neben einem selbstzündfähigen Kraftstoff ein weiterer Kraftstoff der Verbrennungskammer zugefügt wird, so dass der selbstzündfähige Kraftstoff auch als Zündstrahl dient, um den alternativen Kraftstoff zum Zünden zu bringen.The The invention relates to a method of operation or a device for controlling a compression-ignition internal combustion engine in dual-fuel operation. This is in particular a so-called ignition jet engine, So a diesel engine, z. B. diesel engine, in which parallel to the diesel fuel alternative fuels such. As natural gas, methane, biogas, LPG, propane, butane, hydrogen or ethanol is admixed as an air-fuel mixture, with the Aim of the fuel savings and the reduction of emissions. Compression-ignition internal combustion engines are characterized by the fact that the air-fuel mixture during Compression stroke is compressed and thereby heated, that it ignites independently without it an external ignition (eg by glow plugs or spark plugs) requirement. Two-component operation in the sense of the invention means that a next to an auto-ignitable fuel another Fuel is added to the combustion chamber, so that the auto-ignitable fuel also as ignition serves to ignite the alternative fuel.
Bekannte
Selbstzünder-Verbrennungsmotoren, die im Zweistoffbetrieb
arbeiten, weisen einen ersten Kraftstoff auf, der selbstzündfähig
ist, z. B. Dieselkraftstoff. In den Ansaugtrakt des Motors oder den
Zylinder wird ein zweiter Kraftstoff, z. B. Gas, zugeführt,
der von dem selbstzündfähigen Kraftstoff mit entzündet
wird. Die Einspritzzeiten und -mengen der unterschiedlichen Kraftstoffe übernimmt
dabei ein Motorsteuergerät in Abhängigkeit von
motorspezifischen Parametern, z. B. Drehzahl, Gaspedalstellung, Kraftstofftemperatur
bzw. Druck. Der Ansaugtrakt kann dabei derart sein, dass Luft mit
Umgebungsdruck, aufgeladene Luft oder wegen der unterstöchiometrischen
Verbrennung sogar zurückgeführte Abgase dem Motor
zugeführt werden. Die Verwendung eines Selbstzünder-Verbrennungsmotors
im Zweistoffbetrieb ist aus dem Stand der Technik bekannt, z. B.
aus
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Steuern eines Selbstzünder-Verbrennungsmotors im Zweistoffbetrieb sowie ein verbessertes Verfahren zum Betreiben desselben zu schaffen. Es ist ferner Aufgabe, ein vereinfachtes Verfahren zum Umrüsten eines Selbstzünder-Verbrennungsmotors auf den Zweistoffbetrieb zu schaffen.It It is therefore an object of the invention to provide an improved device for Controlling a compression-ignition internal combustion engine in dual-fuel operation and to provide an improved method of operating the same. It is a further object to provide a simplified method of retrofitting of a compression-ignition internal combustion engine to the two-fuel operation to accomplish.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen der entsprechenden unabhängigen Ansprüche sowie ein Verfahren zum Umrüsten mit den Merkmalen des entsprechenden nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These The object is achieved by a method or a device with the features of the corresponding independent claims and a method of retrofitting with the features of the corresponding sibling claim. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist zunächst vorgesehen, dass zwei separate Motorsteuergeräte eingesetzt werden. Das erste Motorsteuergerät, welches die Zuführung des ersten und selbstzündfähigen Kraftstoffes steuert, kann dabei das ursprünglich zum Serienmotor zugehörige Motorsteuergerät sein. Dieses kann dabei unverändert die für die Funktionsweise des Motors unverzichtbare Aufgabe der Regelung der zu jeder Last passenden Einspritzzeit und -menge unter Ausnutzung der erprobten Kennfelder vornehmen. Dadurch ist sichergestellt, dass stets eine Selbstzündung gewährleistet ist ohne dass die Kennfelder erst nach der Umrüstung aufwendig durch Tests ermittelt werden müssen. Erfindungsgemäß ist ferner ein zweites separates Motorsteuergerät vorgesehen, welches die zum gegebenen Lastfall passende Menge des alternativen Kraftstoffs dem Motor zuführt. Das erste Motorsteuergerät ist dazu mit dem zweiten Motorsteuergerät verbunden, kann also mit diesen Informationen, wie z. B. Drehzahl, Lastzustand, Fahrpedalstellung, etc. austauschen.According to the invention initially provided that two separate engine control units be used. The first engine control unit, which the supply of the first and auto-ignitable Fuel controls, it can originally the production engine be associated engine control unit. This can unchanged for the functioning of the Motor's indispensable task of regulating the right one for each load Injection time and amount using the proven maps make. This ensures that always a self-ignition is ensured without the maps only after the Retrofitting must be determined consuming by tests. According to the invention is also a second separate Engine control unit provided which the given Load case appropriate amount of alternative fuel to the engine. The first engine control unit is with the second engine control unit connected, so can with this information, such. B. speed, Change load condition, accelerator pedal position, etc.
Vorteilhafterweise wird dabei der serienmäßig vorgesehene direkte Informationsfluss von Fahrpedal zum ersten Motorsteuergerät unterbrochen. Das heißt, dass die Information über die Stellung des Fahrpedals, die einem (Gesamt-)Sollwert für die Dieseleinspritzung entspricht, wird nicht unmittelbar an das erste Motorsteuergerät zur Steuerung der Menge des selbstzündfähigen Kraftstoffes übermittelt. Vielmehr wird lediglich ein Teilsollwert, der geringer als der Gesamtsollwert ist, an das erste Motorsteuergerät übertragen. Dies führt beispielsweise dazu, dass wenn das Gaspedal zu 50% betätigt wurde, dem ersten Motorsteuergerät nicht der dementsprechende Wert von 50% übermittelt wird, sondern lediglich ein Teil davon, z. B. 20%. Das erste Motorsteuergerät verhält sich hier also genauso, als ob das Gaspedal lediglich leicht oder gar nicht durchgedrückt worden wäre. Dadurch wird sichergestellt, dass dem Motor weniger selbstzündfähiger Kraftstoff zugeführt wird, wobei durch hinterlegte oder errechnete Werte die Menge jedoch ausreichend gehalten wird, um den Selbstzündvorgang am Laufen zu erhalten. Das zweite Motorsteuergerät errechnet dabei die zusätzlich zuführbare Menge des zweiten Alternativkraftstoffes, die nicht zu groß sein darf, damit die Selbstzündung des nunmehr dem Motor zugeführten Gemischs aus erstem und zweitem Kraftstoff sowie Luft erfolgen kann. Die restliche Energie, die erforderlich ist, um den Motor entsprechend des durch das Fahrpedal vorgegebenen Gesamtsollwertes zu betreiben, wird also über die zweite Motorsteuerung unter Verwendung des alternativen Kraftstoffes bereitgestellt. Wird beispielsweise das Gaspedal zu 50% betätigt, so erhält das erste Original-Motorsteuergerät lediglich den Wert von 20% zugesandt, während die verbleibenden 30% durch das zweite Motorsteuergerät und den entsprechenden alternativen Kraftstoff bereitgestellt wird. Das optimale lastabhängige Verhältnis zwischen erstem und zweitem Kraftstoff kann durch systematische Versuche oder dem Fachmann geläufige theoretische Überlegungen herausgefunden werden. Entscheidend ist, dass die Menge des dem Verbrennungsmotor zugeführten ersten Kraftstoffes ausreichend groß ist, um eine Selbstzündung des Gemischs aus erstem, zweitem Kraftstoff sowie Luft zu ermöglichen, wobei vorzugsweise zur zuverlässigen Selbstzündung gerade ausreichend – also so wenig wie möglich – selbstzündfähiger Kraftstoff zugeführt wird. Dadurch wird möglichst viel preiswerterer Alternativkraftstoff eingesetzt und/oder eine sauberere Verbrennung mit geringem Partikel- und CO2-Ausstoß erreicht.Advantageously, the series-provided direct flow of information from the accelerator pedal to the first engine control unit is interrupted. That is, the information on the position of the accelerator pedal, which corresponds to a (total) setpoint for the diesel injection, is not transmitted directly to the first engine control unit for controlling the amount of auto-ignitable fuel. Rather, only a partial setpoint, which is less than the total setpoint, is transmitted to the first engine control unit. This leads for example to the fact that when the accelerator pedal has been operated to 50%, the first engine control unit is not the corresponding value of 50% is transmitted, but only a part thereof, for. 20%. The first engine control unit behaves exactly as if the accelerator pedal had been pushed slightly or not at all. This ensures that less auto-ignitable fuel is supplied to the engine, but backed-up or calculated values keep the amount sufficient to keep the auto-ignition running. The second engine control unit calculates the additional deliverable amount of the second alternative fuel, which may not be too large, so that the self-ignition of the now supplied to the engine mixture of first and second fuel and air can be done. The remaining energy required is to operate the engine according to the predetermined by the accelerator pedal total target value is thus provided via the second engine control using the alternative fuel. For example, if the accelerator pedal is operated at 50%, the first original engine control unit will only receive the value of 20%, while the remaining 30% will be provided by the second engine control unit and the corresponding alternative fuel. The optimum load-dependent ratio between the first and second fuels can be found by systematic experiments or theoretical considerations known to those skilled in the art. It is crucial that the amount of the first fuel supplied to the internal combustion engine is sufficiently large to allow auto-ignition of the mixture of first, second fuel and air, preferably sufficient for reliable auto-ignition - that is, as little as possible - auto-ignitable fuel is supplied. As a result, as much cheaper alternative fuel is used and / or a cleaner combustion with low particle and CO2 emissions is achieved.
Das Mischungsverhältnis der unterschiedlichen Kraftstoffe kann auf mehrere Weise beeinflusst werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ermittelt das zweite Motorsteuergerät aus der Fahrpedalstellung den ersten Teilsollwert und leitet diesen an das erste Original-Motorsteuergerät weiter. Gleichzeitig errechnet das zweite Motorsteuergerät die nötige Kraftstoffmenge des Alternativkraftstoffs und steuert deren Zufuhr in die Ansaugluft. Alternativ kann auch ein Splitter als separates Bauteil vorgesehen sein, der mit dem Fahrpedal verbunden ist. Dieser ermittelt aus hinterlegten Kennlinien unter Berücksichtigung des Betriebszustandes das optimale Verhältnis von erstem und zweitem Teilsollwert und führt diese den beiden Motorsteuergeräten zu, die daher Standardbauteile sein können.The Mixing ratio of different fuels can be influenced in several ways. In an advantageous embodiment determines the second engine control unit from the accelerator pedal position the first part setpoint and passes this to the first original engine control unit further. At the same time, the second engine control unit calculates the necessary fuel quantity of the alternative fuel and controls their supply into the intake air. Alternatively, a can Splitter be provided as a separate component, with the accelerator pedal connected is. This determines from stored characteristic curves under Considering the operating condition the optimal ratio of the first and second partial setpoints and leads them to the two Motor control units, which are therefore standard components can.
Beim Zweistoffbetrieb werden vorzugsweise die zweckmäßigerweise zu erfassenden Umgebungs- und Lastparameter berücksichtigt, wie z. B. die Drehzahl des Motors oder die zur Ermittlung des Massestroms an Alternativkraftstoff notwendige Kraftstoffdruck und -temperatur. Dies ist besonders bei Gasen wichtig.At the Two-component operation are preferably the expediently takes into account the environmental and load parameters to be recorded, such as As the speed of the motor or to determine the mass flow fuel pressure and temperature required for alternative fuel. This is especially important for gases.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. Vorrichtung ermöglicht eine Umrüstung von Selbstzündermotoren auf den Zweistoffbetrieb mit vergleichsweise geringem Aufwand. Das entsprechende Umrüstverfahren wird daher ebenfalls unter Schutz gestellt. Dabei ist mit wenigen geringfügigen und einfachen Eingriffen eine Umrüstung möglich. Zunächst wird die Verbindung zwischen Fahrpedal und der ersten, d. h. serienmäßigen Motorsteuerung unterbrochen. Bei einem elektrischen bzw. elektronischen Gaspedal, welches lediglich Spannungen oder Daten an die serienmäßig vorgesehene erste Motorsteuerung übermittelt, ist dies besonders einfach, da lediglich ein Stromkabel bzw. eine Datenleitung unterbrochen werden muss. Vorzugsweise weist der Umrüstsatz direkt die zum jeweiligen Fahrzeugtyp passenden Steckverbinder auf, so dass beispielsweise lediglich der Fahrpedalanschluss aus der entsprechenden Aufnahme des ersten Motorsteuergerätes herausgezogen werden muss und in den Umrüstsatz eingesteckt wird. Aber auch bei mechanischen Gaspedalgestängen ist eine analoge Umrüstung möglich, bei der beispielsweise rein mechanisch die Gaspedalposition in zwei Teilsollwerte umgewandet wird. In einem zweiten Schritt wird das zusätzliche zweite Motorsteuergerät zur Steuerung der Menge des dem Selbstzünder-Verbrennungsmotor zuzuführenden zweiten Alternativkraftstoffes eingebaut. Dieses wird, wie oben bereits beschrieben, zunächst mit dem Fahrpedal und darüber hinaus mit der ersten Original-Motorsteuerung verbunden. Das zweite Motorsteuergerät übernimmt also die Ermittlung des ersten Teilsollwertes und überträgt diesen an das erste Motorsteuergerät. Sofern bereits eine Dosiereinrichtung für den alternativen zweiten Kraftstoff zur Verfügung steht, ist nach Verbindung der zweiten Motorsteuerung mit dieser Dosiereinrichtung der Umbau bereits abgeschlossen.The inventive method or device allows a conversion of compression ignition engines on the Dual-fuel operation with comparatively little effort. The corresponding Umrüstverfahren is therefore also provided under protection. It is with a few minor and simple intervention a conversion possible. First, will the connection between accelerator pedal and the first, d. H. standard Motor control interrupted. For an electric or electronic accelerator pedal, which only voltages or data to the standard provided first engine control transmitted, this is particularly simple, as only a power cable or a data line must be interrupted. Preferably, the conversion kit directly to the appropriate vehicle type connector on so that, for example, only the accelerator pedal connection from the corresponding recording of the first engine control unit pulled out must be inserted and plugged into the conversion kit. But even with mechanical accelerator rods is an analog Conversion possible, for example, in the pure mechanically converts the accelerator pedal position into two part setpoints becomes. In a second step, the additional second engine control unit for controlling the amount of the compression-ignition internal combustion engine installed to be supplied second alternative fuel. This is, as already described above, first with the accelerator pedal and beyond with the first original engine control connected. The second engine control unit takes over So the determination of the first partial setpoint and transmits this to the first engine control unit. If already one Dosing device for the alternative second fuel is available after connecting the second motor control With this dosing of the conversion already completed.
Sofern der Motor noch keine zweite Dosiereinrichtung für den Alternativkraftstoff aufweist, muss eine entsprechende Dosiereinrichtung in den Luftzufuhrkanal eingebracht werden. Dazu ist naturgemäß eine gewisse Unterbrechung des Luftzufuhrkanals nötig, beispielsweise durch Einbringen einer entsprechenden Öffnung oder der völligen Durchtrennung oder Unterbrechung des Luftzufuhrkanals und Einsetzen der Dosiereinrichtung, die gleichzeitig einen Teil des Luftzufuhrkanals bildet. Die Dosiereinheit kann also einen hohlen Querschnitt, insbesondere mit einer strömungsbeschleunigenden Venturi-Öffnung aufweisen, wobei insbesondere der zweite Kraftstoff im Bereich der Verengung der Venturi-Öffnung zugeführt wird.Provided the engine still no second metering device for the alternative fuel has, a corresponding metering device in the air supply duct be introduced. This is naturally a certain Interruption of the air supply channel necessary, for example by introducing a corresponding opening or the complete separation or interruption of the air supply duct and inserting the metering device, which at the same time a part the air supply channel forms. The dosing unit can therefore be a hollow Cross-section, in particular with a flow-accelerating Venturi opening, in particular the second fuel fed in the area of the constriction of the Venturi opening becomes.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Dosiereinheit als kompaktes Modul aufgebaut, d. h. dass das Venturi-Rohr mit der Dosier- und Einspritzeinrichtung für den Alternativkraftstoff ausgelegt ist. Vorteilhafterweise sind dabei die notwendigen Sensoren für Temperatur und Druck des Alternativkraftstoffes eingebaut, sowie ein Absperrventil.In In an advantageous embodiment, the dosing unit is compact Module constructed, d. H. that the venturi tube with the metering and Injection device designed for the alternative fuel is. Advantageously, the necessary sensors for Temperature and pressure of the alternative fuel installed, as well a shut-off valve.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist in die kompakte Einheit auch das zweite Motorsteuergerät eingebaut, so dass lediglich eine einzige Komponente beim Umrüsten eingebaut werden muss. Aufwendiges Verkabeln und Anbringen der Sensoren und der Steuerungseinrichtungen entfällt somit. Vereinfacht ausgedrückt sind nur noch die folgenden Handgriffe nötig:
- – Öffnen bzw. Unterbrechen des Luftzufuhrkanals,
- – Einbringen der kompakten Motorsteuerungs- und Dosiereinheit in den Luftzufuhrkanal,
- – Unterbrechung der Verbindung Gaspedal zur Original-Motorsteuerung,
- – Verbinden der kompakten Steuerungs- und Dosiereinheit mit dem Original-Motorsteuergerät und dem Gaspedal sowie dem Kraftstoffbehälter für den alternativen Kraftstoff.
- Opening or interrupting the air supply channel,
- Introducing the compact engine control and metering unit into the air supply duct,
- - interruption of connection accelerator pedal to the original engine control,
- - Connect the compact control and dosing unit to the original engine control unit and the accelerator pedal and the alternative fuel tank.
Die erfindungsgemäße Steuermethode bzw. Steuervorrichtung bzw. Umrüstverfahren ermöglicht als weiteren Nutzen darüber hinaus zahlreiche Möglichkeiten zur Abregelung bzw. Leistungssteigerung der Motoren. Dabei erfolgt die Abregelung dadurch, dass das zweite Motorsteuergerät eine maximale, vorher festgelegte Menge von alternativem Kraftstoff zuführt. Durch die Zerlegung des vom Fahrpedal stammenden Gesamtsollwertes in einen ersten Teilsollwert, kann allein durch den Dieselkraftstoff nur noch ein sehr kleiner Teil der Motorleistung, für den der Motor serienmäßig vorgesehen ist, bereitgestellt werden. Die über das zweite Motorsteuergerät zugeführte Menge an Alternativ-Kraftstoff bestimmt nunmehr die Leistung des Motors.The Control method or control device according to the invention or conversion process allows as further benefits In addition, numerous options for curtailment or performance of the engines. The reduction takes place in that the second engine control unit has a maximum before supplying a fixed quantity of alternative fuel. By breaking down the total setpoint derived from the accelerator pedal in a first Teilollwert, alone by the diesel fuel only a very small part of the engine power for which the Engine is provided as standard, be provided. The supplied via the second engine control unit Amount of alternative fuel now determines the performance of Engine.
Umgekehrt ist problemlos eine Leistungssteigerung durch das zweite Motorsteuergerät möglich. Während z. B. durch Chip-Tuning, wegen der notwendigen Wärmeaufnahme nur beschränkt mehr Diesel dem Motor zugeführt werden kann, kann in vergleichsweise hohem Maße die Menge an Alternativkraftstoff gesteigert werden. Diese Leistungssteigerung fällt zwar nicht unter die ursprüngliche Aufgabenstellung der Erfindung und stellt eine separate Erfindung dar. Bei dieser Erfindung kommt es nicht vorrangig auf besseren Wirkungsgrad, preisgünstigeren Betrieb oder umweltfreundlicher Abgase an, sondern auf eine Leistungssteigerung des Motors über den Leistungsbereich hinaus, für den der Motor serienmäßig vorgesehen ist. Daher kann in diesem Fall das erste Teilsignal auch höher ausfallen bzw. identisch mit dem Gesamtsollsignal sein. Im Falle der Leistungssteigerung ist es daher auch möglich, auf die Zwischenschaltung des zweiten Motorsteuergeräts zwischen Fahrpedalausgang und entsprechenden Eingang des ersten Motorsteuergeräts zu verzichten. Das zweite Motorsteuergerät ist hier parallel mit dem Fahrpedal verbunden.Vice versa is easily an increase in performance through the second engine control unit possible. While z. B. by chip tuning, because the necessary heat absorption only limited more diesel can be supplied to the engine, can in comparatively greatly increased the amount of alternative fuel become. This performance increase does not fall under the original task of the invention and provides a separate invention. This invention does not happen primarily on better efficiency, cheaper operation or environmentally friendly exhaust gases, but on an increase in performance of the engine beyond the power range, for the engine is provided as standard. Therefore In this case, the first partial signal can also be higher or identical to the total target signal. In the case of performance increase It is therefore also possible to intervene on the second engine control unit between accelerator pedal output and corresponding input of the first engine control unit without. The second engine control unit is parallel here connected to the accelerator pedal.
Die Erfindung ist besonders für das Umrüsten von Fahrzeugen mit hohem Energiebedarf, z. B. LKW, geeignet und ermöglicht ohne großen Aufwand den Einsatz steuerbegünstigter Alternativkraftstoffe bei vorhandenen Dieselmotoren.The Invention is particularly for the conversion of vehicles with high energy requirements, eg. As truck, suitable and possible without much effort the use tax-advantaged Alternative fuels for existing diesel engines.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen. Ebenso können die vorstehend genannten und noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsbeispiele sind nicht abschließend zu verstehen und haben beispielhaften Charakter. Es zeigen:Further Advantages will be apparent from the following description and appended hereto Drawings. Similarly, the above and still further features according to the invention in each case be used individually or in any combination with each other. The mentioned embodiments are not to understand conclusively and have exemplary character. Show it:
Das
Funktionsdiagramm aus
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