Titel:

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit ei nem gasförmigen Kraftstoff mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei dem gasförmigen Kraftstoff kann es sich insbesondere um Erdgas (NG, d. h.„Natu ral Gas“) handeln.

Stand der Technik

Entwicklungen in der Motorentechnik beschäftigen sich mit der Direkteinblasung von Erdgas in den Brennraum von Verbrennungsmotoren und der Zündung des Erdgas- Luft-Gemischs mit Dieselkraftstoff. Diese Art der Verbrennung verspricht Vorteile im Hinblick auf eine Reduzierung der C0 ₂ -Emissionen sowie der Kosten.

Für die Direkteinblasung von Erdgas in den Brennraum eines Verbrennungsmotors wird typischerweise ein Druck von etwa 300-400 bar benötigt (nachfolgend als„Hoch druck“ bezeichnet). Je nach Tank bzw. Speicher, in dem der Kraftstoff an Bord eines Fahrzeugs mitgeführt wird, kann der Speicherdruck stark variieren. Bei einem NG- Druckspeicher beträgt beispielsweise der Speicherdruck 30-200 bar, während ein Flüs siggasspeicher zur Bevorratung flüssigen Erdgases (LNG, d. h.„Liquid Natural Gas“) nur einen Speicherdruck von etwa 8 bar aufweist. Vor dem Einblasen des Kraftstoffs in den Brennraum muss demnach der Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt bzw. kom primiert werden. Als Nachteil erweist sich dabei, dass die benötigte Kompressionsleis tung den Kraftstoffverbrauch spürbar erhöht. Ferner reduziert sich das eingangs ge nannte CO2- Einsparpotential. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kraftstoffverbrauch und damit die CC^-Emissionen beim Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem gasför migen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, zu senken.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor geschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit ei nem gasförmigen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas. Bei dem Verfahren wird der Kraftstoff mittels einer Kraftstofffördereinrichtung mit Hochdruck beaufschlagt und ei nem Hochdruckspeicher zugeführt, der eine Einblaseinrichtung mit mindestens einem Injektor zum Einblasen des Kraftstoffs in einen Brennraum des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff versorgt. Erfindungsgemäß wird während einer Schub- oder Bremsphase des Verbrennungsmotors ein Förderbetrieb der Kraftstofffördereinrichtung aufrecht erhalten, bis im Hochdruckspeicher ein zuvor definierter maximaler Speicherdruck er reicht ist.

Unter„aufrechterhalten“ des Förderbetriebs wird dabei allgemein ein Förderbetrieb mit einer Förderleistung größer null verstanden. Das heißt, dass der Förderbetrieb nicht eingestellt wird.

Bevorzugt wird bei fehlendem Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors die Förderleis tung der Kraftstofffördereinrichtung nicht mehr abgesenkt, sondern zumindest auf glei chem Niveau gehalten oder sogar erhöht. Das heißt, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Förderleistung der Kraftstofffördereinrichtung nicht mehr näherungsweise proportional zur Motorleistung geregelt wird. Auf diese Weise wird eine Erhöhung des Speicherdrucks im Hochdruckspeicher erreicht, der es erlaubt, zu einem späteren (im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch günstigeren) Zeitpunkt die Förderleistung der Kraftstofffördereinrichtung zu senken. In dieser Phase kann dann Kraftstoff eingespart werden. Das vorgeschlagene Verfahren nutzt dabei das Speichervermögen des Hochdruck speichers, um den für den Kraftstoffverbrauch relevanten Betriebsanteil der Kraft stofffördereinrichtung zu reduzieren. Zur Erhöhung des Kraftstoffeinsparpotentials kann das Speichervermögen des Hochdruckspeichers entsprechend angepasst werden.

Bevorzugt wird mit Erreichen des zuvor definierten maximalen Speicherdrucks im Hochdruckspeicher die Förderleistung der Kraftstofffördereinrichtung zurückgefahren, vorzugsweise auf null zurückgefahren. Dies ermöglicht eine optimale Ausnutzung des Speichervermögens des Hochdruckspeichers. Während die Förderleistung der Kraft stofffördereinrichtung abgesenkt oder auf null zurückgefahren ist - bei gleichzeitig„be feuertem“ Betrieb des Verbrennungsmotors -, wird Kraftstoff eingespart.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass vor dem Zurückfahren der Förderleistung der Kraftstofffördereinrichtung die Förderleistung der Kraftstoffförderein richtung kurzzeitig angehoben wird, vorzugsweise zu Beginn einer Schub- oder Bremsphase des Verbrennungsmotors. Durch kurzzeitiges Anheben der Förderleistung kann der maximale Speicherdruck im Hochdruckspeicher schneller erreicht werden.

Die Förderleistung der Kraftstofffördereinrichtung verhält sich in diesem Fall gegenläu fig zur Motorleistung.

Vorteilhafterweise wird nicht nur ein maximaler Speicherdruck des Hochdruckspeichers definiert, sondern ferner ein minimaler Speicherdruck. Bis dieser erreicht ist, kann die Förderleistung der Kraftstofffördereinrichtung abgesenkt oder auf null zurückgefahren werden, so dass der Kraftstoffverbrauch weiter optimiert wird. Spätestens mit Erreichen des zuvor definierten minimalen Speicherdrucks im Hochdruckspeicher wird dann die Förderleistung der Kraftstofffördereinrichtung wieder angehoben, um eine Druckabsen kung unter den Mindestwert zu verhindern.

Da der Speicherdruck im Hochdruckspeicher bis zur Lastaufnahme des Verbren nungsmotors - bei nicht fördernder Kraftstofffördereinrichtung - weitgehend konstant ist, kann auch ein im Hochdruckspeicher erreichter maximaler Speicherdruck bis zur Last aufnahme auf diesem Niveau gehalten werden. Die Nullförderphase der Kraftstoffför dereinrichtung kann damit über den Zeitpunkt der Lastaufnahme des Verbrennungsmo- tors hinaus erstreckt werden, was zu der gewünschten Senkung des Kraftstoffver brauchs führt.

Demgegenüber kann - während einer Schub- oder Bremsphase - die Bremsenergie des Verbrennungsmotors bzw. der Bremsleistungsbedarf des Kraftfahrzeugs zum Be treiben der Kraftstofffördereinrichtung genutzt werden. Daraus ergibt sich ein weiteres Einsparpotential.

In Weiterbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, dass prädiktive Steuerungs systeme, vorzugsweise in Kombination mit verfügbaren Navigations- und/oder Topo graphieinformationen, zur Druck- und Mengenregelung beim Betreiben der Kraft stofffördereinrichtung verwendet werden. Auf diese Weise kann eine angepasste, kraft stoffverbrauchsoptimierte„vorausschauende“ Druck- und Mengenregelung realisiert werden.

Mittels der vorgeschlagenen Regel-Strategie lassen sich Kraftstoffverbrauch und C0 ₂ - Emissionen reduzieren. Ferner können die Gesamtkosten beim Betrieb eines Verbren nungsmotors gesenkt werden. Einen bevorzugten Anwendungsbereich stellt der Be trieb von Nutzkraftwagen (NKW) dar, da hier die Einsparpotentiale größer als bei Per sonenkraftwagen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen verbrauchsoptimier ten Regel-Strategie und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Regel-Strategie.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die schematische Darstellung der Fig. 1 dient der Erläuterung einer erfindungsgemä ßen verbrauchsoptimierten Regel-Strategie beim Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem gasförmigen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas. In der Darstellung gibt die Kurve 1 die Motorlast des Verbrennungsmotors wieder, Kurve 2 die Förderleistung ei ner Kraftstofffördereinrichtung zur Förderung des gasförmigen Kraftstoffs auf Hoch druck und Kurve 3 den Speicherdruck in einem Hochdruckspeicher, welcher der Auf nahme des auf Hochdruck geförderten Kraftstoffs dient. Über den Hochdruckspeicher ist eine Einblaseinrichtung mit Kraftstoff versorgbar, die mindestens einen Injektor zum Einblasen des Kraftstoffs in einen Brennraum des Verbrennungsmotors umfasst.

Wird - wie in der Fig. 1 dargestellt - die Motorleistung von einer Schub-/Bremsphase unterbrochen (negative Leistungsanforderung), wird die Förderleistung der Kraft stofffördereinrichtung kurzzeitig angehoben, um auf diese Weise den Speicherdruck im Hochdruckspeicher schneller auf einen vorgegebenen Maximalwert zu steigern. Da sich der Verbrennungsmotor im„unbefeuerten“ Betriebsmodus befindet, kann die Bremsenergie für die zu erbringende Kompressionsleistung genutzt werden, ohne dass dabei Kraftstoff verbraucht wird. Ist der maximale Speicherdruck im Hochdruckspeicher erreicht, wird die Förderleistung der Kraftstofffördereinrichtung auf null heruntergefah ren. Während dieser Nullförderphase der Kraftstofffördereinrichtung bleibt der Spei cherdruck im Hochdruckspeicher zunächst konstant, da der Verbrennungsmotor keinen Kraftstoff benötigt. Mit Lastaufnahme des Verbrennungsmotors steht daher der maxi male Speicherdruck zur Verfügung. Dies ermöglicht es, die Kraftstofffördereinrichtung erst dann wieder hochzufahren, wenn der Speicherdruck im Hochdruckspeicher einen vorgegebenen Mindestwert erreicht hat. Bis zu diesem Zeitpunkt kann bei dem erfin dungsgemäßen Verfahren Kraftstoff eingespart werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird demnach das Speichervermögen des Hochdruckspeichers genutzt, um die verbrauchsrelevante Kompressionsleistung der Kraftstofffördereinrichtung zu senken.

Zum Vergleich ist in der Fig. 2 eine Regel-Strategie schematisch dargestellt, die dem Stand der Technik entspricht. Die Förderleistung der Kraftstofffördereinrichtung verhält sich in diesem Fall näherungsweise proportional zur Motorleistung. Das heißt, dass während einer Schub-/Bremsphase des Verbrennungsmotors auch die Förderleistung der Kraftstofffördereinrichtung abgesenkt bzw. auf null heruntergefahren wird. Der Speicherdruck im Hochdruckspeicher bleibt demnach unverändert. Mit Lastaufnahme des Verbrennungsmotors wird auch die Kraftstofffördereinrichtung wieder hochgefah- ren, um den Speicherdruck im Hochdruckspeicher auf dem Niveau zu halten. Das heißt, dass die Kraftstofffördereinrichtung immer dann fördert, wenn der Verbren nungsmotor im„befeuerten“ Betriebsmodus ist. Die benötigte Kompressionsarbeit ist demnach zu 100% verbrauchsrelevant.

Eine kurzzeitige Überhöhung der Förderleistung der Kraftstofffördereinrichtung im Schub-/Bremsfall gemäß der Darstellung der Fig. 1 ist zur Einsparung von Kraftstoff nicht zwingend erforderlich. Alternativ kann die Förderleistung der Kraftstoffförderein richtung einfach beibehalten (statt abgesenkt) werden. Der maximale Speicherdruck im Hochdruckspeicher wird dann ggf. zu einem späteren Zeitpunkt erreicht. Ferner ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Nullförderphase über den Zeitpunkt der Lastauf nahme hinaus beibehalten wird. Beispielsweise kann die Kraftstofffördereinrichtung bei Lastaufnahme auf einem geringen Leistungsniveau betrieben werden, bis der vorgege bene minimale Speicherdruck erreicht ist. Spätestens dann jedoch muss die Förderleis- tung wieder soweit angehoben werden, dass ein oberhalb des minimalen Speicher drucks liegender, konstanter Speicherdruck im Hochdruckspeicher gewährleistet ist.