DE102014207272B4

DE102014207272B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Steuergerät für eine Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014207272B4
Application number: DE102014207272.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Kunkel
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2016-07-28
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: DE102014207272A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), mit folgenden Schritten: – Erfassen eines Druckverlaufs (37, 39) in einer Vorkammer (21) eines Zylinders (3) der Brennkraftmaschine (1), und – Beeinflussen einer Verbrennung in dem Zylinder (3) in Abhängigkeit von dem erfassten Druckverlauf (37, 39), wobei – die Brennkraftmaschine (1) eine Mehrzahl von Zylindern (3) aufweist, wobei in jeder Vorkammer (21) eines jeden Zylinders (3) ein Druckverlauf erfasst wird, und wobei die Zylinder (3) durch zylinderindividuelle Beeinflussung der Verbrennung in Abhängigkeit von den zylinderindividuell erfassten Druckverläufen (37, 39) einander angeglichen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 7, und eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 8.
Bei Brennkraftmaschine besteht generell das Problem, dass eine Verbrennung in einem Brennraum nach Möglichkeit geregelt werden sollte, um eine möglichst hohe Leistung bei möglichst optimalem Wirkungsgrad zu erzielen. Dieses Problem stellt sich insbesondere bei Gasmotoren und ganz besonders bei Magergasmotoren, die mit sehr magerem Gemisch betrieben werden. Die Verbrennung in solchen Brennkraftmaschinen ist dabei äußerst empfindlich auf eine Veränderung eines Lambda-Werts, also des Verhältnisses zwischen der Verbrennungsluftmasse und der Brennstoffmasse im Brennraum. Ein Magergasmotor kann also nur ein sehr enges Band von Lambda-Werten zwischen Motorklopfen und dem Auftreten von Zündaussetzern fahren, wobei insbesondere Streuungen zwischen zylinderindividuellen Brennstoffzufuhreinrichtungen und Streuungen in der den einzelnen Zylindern zugeführten Luftmenge ausgeregelt werden müssen. Zur Erhöhung der Zündenergie wird insbesondere in Magergasmotoren größerer Bauart – typischerweise mit einem Bohrungsdurchmesser von mehr als 170 mm – eine gespülte Vorkammer eingesetzt, in der ein im Vergleich zu einem Hauptbrennraum angefettetes Gemisch aus Verbrennungsluft und Brennstoff entzündet wird, wobei durch in der Vorkammerwandung ausgebildete Schusskanäle Zündstrahlen in den Hauptbrennraum eindringen, die das dort vorliegende, magerere Gemisch sicher entflammen. Eine besonders geeignete Vorgehensweise zur definierten Erzeugung eines angefetteten Gemischs in der Vorkammer besteht darin, eine gespülte Vorkammer vorzusehen, die ein eigenes Vorkammer-Brennstoffventil aufweist, mit dem separat Brennstoff unmittelbar in die Vorkammer einbringbar ist.
Aus der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 2012/097389 A2 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei eine Regelung der Verbrennung mithilfe eines Zylinderdrucksensors beschrieben wird, der einen Druckverlauf im Hauptbrennraum misst. Dies hat den Nachteil, dass wenige Informationen über einen Verbrennungsverlauf in der Vorkammer erhalten werden können, sodass die Regelung zwangsläufig unvollständig bleibt, was eine Überwachung der Funktion der Vorkammergasventile schwierig macht. Insbesondere die starke Drucküberhöhung in der Vorkammer kann mit einer Hauptbrennraumdruckmessung nur unzureichend erfasst werden.
Aus der Dissertation von Maximilian Pragerl, Analytische Modellierung des Betriebsverhaltens eines Gasmotors mit neuem Gaszündstrahlverfahren für hohe Leistungsdichte, TU-München, 2009, gehen Untersuchungen und Prüfstandsversuche, die an einem Gasmotor durchgeführt wurden, sowie analytische Modellierungen des Betriebsverhaltens eines Gasmotors hervor. Dabei werden insbesondere auch Druckverläufe – auch in Vorkammern – zur Untersuchung beziehungsweise Auswertung eines Verhaltens des Gasmotors herangezogen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 050 313 A1 gehen ein Verfahren und ein System zum Zünden eines mageren Kraftstoffgemischs in einer Hauptkammer eines Verbrennungsmotors durch Zünden eines reichen Luft-Kraftstoffgemisches in einer Vorverbrennungskammer hervor, die unter Verwendung eines gesteuerten Ventils mit Kraftstoff versorgt wird.
Aus der japanischen Patentanmeldung JP 2001-248 445 A geht eine Vorkammer mit einem Drucksensor hervor, wobei eine Kontrolleinheit eine Reaktionsstartzeit basierend auf einem von dem Drucksensor ermittelten Druck detektieren kann.
Aus der US-amerikanischen Patentanmeldung US 2014/0052362 A1 geht ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Gasmotors, mit wenigstens drei Zylindern hervor, wobei ein zylinderspezifisches Signal von jedem Zylinder aufgenommen wird. Ein Referenzwert wird von den Signalen der Zylinder erzeugt, und wenigstens ein Verbrennungsparameter eines korrespondierenden Zylinders wird als Funktion einer Abweichung eines Signals von dem Referenzwert gesteuert.
Aus der Veröffentlichung Auer, M., Wachtmeister, G., Phänomenologische Modellierung des Brennverlaufes von Magerkonzept-Gasmotoren, Motortechnische Zeitschrift MTZ, 70 (2009), Heft 06/2009, gehen Verfahren zur Vorausberechnung eines Brennverlaufs von Gasmotoren hervor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit denen die genannten Nachteile vermieden werden.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Dabei ist vorgesehen, dass ein Druckverlauf in einer Vorkammer eines Zylinders der Brennkraftmaschine erfasst wird, wobei eine Verbrennung in dem Zylinder in Abhängigkeit von dem erfassten Druckverlauf beeinflusst wird. Durch Erfassen des Druckverlaufs in der Vorkammer können sowohl Informationen über die Verbrennung in der Vorkammer als auch über die Verbrennung in dem Hauptbrennraum erhalten werden. Daher ist es möglich, mithilfe eines Vorkammer-Drucksensors vollständige Informationen über die Verbrennung in dem Zylinder zu erhalten und diese entsprechend zu beeinflussen, sodass ein stabiler Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Bereich von Lambda-Werten zwischen einem Motorklopfen und dem Auftreten von Zündaussetzern gefahren werden kann. Dabei ist es möglich, auf einen separaten Zylinderdrucksensor, der einen Druck in dem Hauptbrennraum erfasst, zu verzichten. Mit diesem Verfahren ist es insbesondere möglich, sowohl ein Vorkammer-Brennstoffventil, als auch eine Brennstoffzufuhreinrichtung für den Hauptbrennraum zu regeln und somit den Zylinder auf die optimale Verbrennung auszulegen.
Die Brennkraftmaschine weist eine Mehrzahl von Zylindern auf, wobei in jeder Vorkammer eines jeden Zylinders ein Druckverlauf erfasst wird. Dabei werden die verschiedenen Zylinder durch zylinderindividuelle Beeinflussung der Verbrennung in Abhängigkeit von den zylinderindividuell erfassten Druckverläufen einander angeglichen. Es wird also für jeden Zylinder individuell ein Druckverlauf in der diesem Zylinder zugeordneten Vorkammer erfasst, und die Verbrennung in dem Zylinder wird durch Beeinflussung insbesondere der dem Zylinder, nämlich der Vorkammer und/oder dem Hauptbrennraum, zugemessenen Brennstoffmenge in Abhängigkeit von dem für den Zylinder erfassten Druckverlauf beeinflusst, wobei die verschiedenen Zylinder aneinander angeglichen werden. Bevorzugt werden die Zylinder einander gleichgestellt. Dadurch ist es möglich, insbesondere Streuungen der Vorkammer-Brennstoffventile und/oder der zylinderindividuellen Brennstoffzufuhreinrichtungen auszugleichen, wobei auch Streuungen in der den einzelnen Zylindern zugeführten Luftmenge ausgeglichen werden können. Durch die Gleichstellung der Zylinder verringern sich zur Klopfgrenze und/oder zur Zündaussetztergrenze einzuhaltende Sicherheitsmargen, sodass alle Zylinder in einem optimalen Bereich von Lambda-Werten betrieben werden können. Insbesondere ist die Brennkraftmaschine so in Hinblick auf ihre Leistung und ihren Wirkungsgrad optimierbar.
Es ist bei einer Ausführungsform des Verfahrens möglich, dass zusätzlich ein Druckverlauf in dem Hauptbrennraum mithilfe eines zusätzlich vorgesehenen Zylinderdrucksensors erfasst wird, der unmittelbar den Druck in dem Hauptbrennraum misst. In diesem Fall kann der unmittelbar im Hauptbrennraum erfasste Druckverlauf als komplementäre Information zu dem in der Vorkammer erfassten Druckverlauf herangezogen werden, wodurch die Genauigkeit des Verfahrens noch gesteigert werden beziehungsweise eine Redundanz geschaffen werden kann.
Mithilfe des Verfahrens wird bevorzugt eine Brennkraftmaschine betrieben, die als Gasmotor, insbesondere als Magergasmotor ausgebildet ist. Hierbei verwirklichen sich in besonderer Weise die Vorteile des Verfahrens, weil dieser Typ von Brennkraftmaschine besonders empfindlich auf Variationen des Lambda-Werts reagiert und daher die Verbrennung in dem Zylinder sehr genau geregelt werden muss. Weiter können bezüglich Streuung der Vorkammer-Brennstoffventile und/oder der Hauptkammer-Brennstoffzufuhreinrichtungen weitere Toleranzen zugelassen werden, da die Streuungen ausgeregelt werden können. Dies ermöglicht günstigere Bauteile beziehungsweise macht ein Brennverfahren dieser Art, auf Grund der hohen Lambdaempfindlichkeit dieser Brennverfahren, erst möglich.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Verbrennung beeinflusst wird, indem eine mittels eines Vorkammer-Brennstoffventils in die Vorkammer eingebrachte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von dem erfassten Druckverlauf variiert wird. in diesem Fall weist die Brennkraftmaschine eine gespülte Vorkammer auf, der ein eigenes Vorkammer-Brennstoffventil zur unmittelbaren Eindosierung von Brennstoff in die Vorkammer zugeordnet ist. Dabei ist es ohne weiteres möglich, die Verbrennung in dem Zylinder zu beeinflussen, indem die in die Vorkammer eingebrachte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von dem erfassten Druckverlauf variiert wird. Insbesondere ist es so möglich, die Vorkammerverbrennung zu beeinflussen, vorzugsweise zu regeln. Bevorzugt wird ein Lambda-Wert in der Vorkammer durch Variation der in diese eingebrachten Brennstoffmenge in Abhängigkeit von dem erfassten Druckverlauf geregelt. Mithilfe des Verfahrens wird bevorzugt ein Gasmotor, insbesondere ein Magergasmotor, betrieben, der eine gespülte Vorkammer aufweist.
Alternativ oder zusätzlich wird die Verbrennung bevorzugt beeinflusst, indem eine mittels einer einem Hauptbrennraum zugeordneten Brennstoffzufuhreinrichtung in den Hauptbrennraum eingebrachte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von dem erfassten Druckverlauf variiert wird. Insbesondere ist es so möglich, die Verbrennung in dem Hauptbrennraum zu beeinflussen, vorzugsweise zu regeln. Besonders bevorzugt wird ein Lambda-Wert in dem Hauptbrennraum durch Variation der in diesen eingebrachten Brennstoffmenge in Abhängigkeit von dem erfassten Druckverlauf geregelt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als dem Hauptbrennraum zugeordnete Brennstoffzufuhreinrichtung ein Injektor zur Direkteindüsung von Brennstoff in den Hauptbrennraum verwendet. Dies ist aus Sicherheitsgründen, insbesondere bei marinen Anwendungen oder auch bei stationären Brennverfahren mit hohen Ladedrücken, insbesondere bei zweistufiger Aufladung und Anwendung des Miller-Brennverfahrens, vorteilhaft, weil stromaufwärts des Hauptbrennraums in einem Ladeluftstrang kein zündfähiges Gemisch vorliegt. Andererseits zeigt sich, dass Injektoren zur Direkteinspritzung gerade bei Gasmotoren, auf Grund des im Vergleich zu Flüssigkraftstoffen geringen volumetrischen Heizwertes von Gas, einen relativ großen Bauraum einnehmen und thermisch sowie mechanisch stark belastet sind, wobei es sich hierbei um teure Bauteile handelt. Es wird daher alternativ bevorzugt, dass als dem Hauptbrennraum zugeordnete Brennstoffzufuhreinrichtung eine Saugrohreindüsung verwendet wird, durch welche in ein einem Zylinder separat zugeordnetes Saugrohr Brennstoff eindüsbar ist. Dies ist in Hinblick auf Sicherheitsaspekte jedenfalls einer gemischverdichtenden – dies bedeutet Gaseindüsung vor Verdichter – Brennkraftmaschine oder einer zentralen Anordnung nach Verdichter vorzuziehen, da das Volumen an zündfähigem Gemisch stromaufwärts des Hauptbrennraums deutlich geringer ist. Darüber hinaus zeigt sich, dass für eine Saugrohreindüsung verwendete Ventile thermisch und mechanisch deutlich weniger belastet sind als Injektoren für die Direkteindüsung, sodass sie deutliche Kostenvorteile haben. Weiterhin steht im Bereich der Saugrohre mehr Bauraum zur Verfügung, sodass die bei Gasmotoren recht großen Ventile dort leichter untergebracht werden können als unmittelbar an den Zylindern.
Unabhängig davon, ob der Brennstoff mittels einer Saugrohreindüsung oder mittels Direkteindüsung in den Hauptbrennraum eingebracht wird, ist es mithilfe des Verfahrens jedenfalls möglich, die Verbrennung in Abhängigkeit von dem erfassten Druckverlauf sehr genau zu beeinflussen, vorzugsweise zu regeln. Dabei kann über die Menge des eindosierten Brennstoffs ohne weiteres der Lambda-Wert in dem Hauptbrennraum eingestellt, vorzugsweise geregelt werden.
Als Brennstoffzufuhreinrichtungen und/oder Vorkammer-Brennstoffventile können zwangsgesteuerte, mechanische Ventile verwendet werden, die entweder beispielsweise über eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine, oder aber über die an den Ventilen herrschenden Druckverhältnisse zwangsgesteuert sind. Letzteres ist insbesondere dann möglich, wenn in der Brennkraftmaschine ein Miller-Brennverfahren realisiert wird. Es ist auch möglich, dass elektromagnetische Ventile oder Piezoinjektoren verwendet werden. Diese sind in ihrer Ansteuerung flexibler. Insbesondere ist es hierbei im Allgemeinen ohne weiteres möglich, den Einspritzdruck, die Einspritzdauer und insbesondere den Spritzbeginn vorzugeben beziehungsweise zu beeinflussen. Insbesondere wenigstens einer dieser Parameter wird dann im Rahmen des Verfahrens in Abhängigkeit von dem erfassten Druckverlauf variiert, um die Verbrennung in dem Zylinder zu beeinflussen.
Die Zylinder der Brennkraftmaschine werden bevorzugt in Bezug auf wenigstens einen Parameter gleichgestellt, der ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Vorkammerverbrennung, einer Hauptkammerverbrennung, einer Zylinderfüllung, einer zylinderindividuellen Leistung, einem zylinderindividuellen Wirkungsgrad, und zylinderindividuellen Emissionen, insbesondere zylinderindividuellen Stickoxidemissionen. Dadurch erfolgt zugleich bevorzugt eine Gleichstellung der Zylinder in Hinblick auf die in der Vorkammer und/oder in dem Hauptbrennraum eingestellten Lambda-Werte. Auf diese Weise ist es möglich, die Leistung und/oder den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu optimieren. Es ist auch möglich, die Gesamtemissionen der Brennkraftmaschine zu verringern.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Vorkammerverbrennung anhand einer Druckspitze in dem erfassten Druckverlauf beeinflusst wird. Betrachtet man einen typischen, in der Vorkammer erfassten Druckverlauf, lassen sich im Wesentlichen drei Bereiche unterscheiden: In einem ersten Bereich erfolgt ein Druckaufbau durch die Verbrennung in der Vorkammer, die im Wesentlichen von dem Lambda-Wert in der Vorkammer und somit den Eindüsparametern des Vorkammer-Brennstoffventils abhängt. Im Falle eines zwangsgesteuerten, mechanischen Ventils sind dies insbesondere die Druckverhältnisse, im Falle eines elektromagnetischen Ventils oder eines Piezoinjektors insbesondere der am Ventil anstehenden Brennstoffdruck, die Einspritzdauer und der Einspritzbeginn. Der Druckaufbau in der Vorkammer beeinflusst den Impuls der Zündstrahlen in den Hauptbrennraum hinein und somit auch maßgeblich die Verbrennung in diesem. Dieser erste Bereich des Druckverlaufs ist geprägt durch eine Drucküberhöhung oder Druckspitze, deren Höhe und/oder Form, insbesondere deren Höhe über einem gemittelten oder gefilterten Druckverlauf in der Vorkammer, charakteristisch ist für die Vorkammerverbrennung. Es ist daher möglich, diese anhand der Höhe und/oder der Form der Druckspitze zu beeinflussen. Insbesondere ist es möglich, dass die Vorkammerverbrennung auf diese Weise geregelt wird. Besonders bevorzugt werden die Vorkammer-Brennstoffventile der Brennkraftmaschine auf der Grundlage der Druckspitze aneinander angeglichen, vorzugsweise einander gleichgestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden codierte Vorkammer-Brennstoffventile verwendet, sodass ein Steuergerät der Brennkraftmaschine bereits charakteristische Abweichungen der einzelnen Ventile von einem Mittelwert aufgrund der Codierung kennt und berücksichtigen kann.
Die Vorkammerverbrennung wird durch geeignete Ansteuerung der Vorkammer-Brennstoffventile beeinflusst, indem diese von dem Steuergerät der Brennkraftmaschine in geeigneter Weise angesteuert werden. Dadurch ist insbesondere der Lambda-Wert in der Vorkammer einstellbar, wobei er besonders bevorzugt für alle Vorkammern der Brennkraftmaschine gleichgestellt wird. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, eine Streuung zwischen den verschiedenen Vorkammer-Brennstoffventilen auszugleichen.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Druckverlauf gefiltert wird, wobei eine Verbrennung in dem Hauptbrennraum anhand des gefilterten Druckverlaufs beeinflusst wird. Diese Filterung ist insbesondere für die Erkennung des Druckes bzw. Brennverlaufes im Hauptbrennraum erforderlich. Wie oben bereits ausgeführt, lässt sich ein typischer Druckverlauf, der in der Vorkammer erfasst wurde, in drei verschiedene Bereiche unterteilen, von denen oben nur der erste Bereich erläutert wurde. An diesen ersten Bereich schließt sich ein zweiter Bereich an, in dem ein Ausschwingvorgang stattfindet: Aufgrund des hohen Impulses der Zündstrahlen in den Hauptbrennraum schwingt die Gassäule und somit auch der Druck in der Vorkammer. Insbesondere dieses Ausschwingverhalten ist für die weitere Betrachtung herauszufiltern. An den zweiten Bereich schließt sich ein dritter Bereich an, der durch den Druckaufbau im Hauptbrennraum geprägt ist.
Dieser hängt von dem bereits erläuterten Impuls- beziehungsweise Energieeintrag von der Vorkammer in den Hauptbrennraum ab, sowie außerdem vom Lambda-Wert in dem Hauptbrennraum. Während also der dritte Bereich des in der Vorkammer erfassten Druckverlaufs jedenfalls im Wesentlichen, vorzugsweise exakt, dem Druckverlauf im Hauptbrennraum entspricht, sind die ersten beiden Bereiche geprägt durch Effekte in der Vorkammer, nämlich dem Druckaufbau sowie dem Ausschwingvorgang. Wird der Druckverlauf gefiltert, werden insbesondere diese beiden Effekte durch Glätten quasi eliminiert, sodass der gefilterte Druckverlauf insgesamt zumindest im Wesentlichen – vorzugsweise genau – dem Druckverlauf im Hauptbrennraum entspricht. Es ist daher zur Regelung der Verbrennung im Hauptbrennraum nicht nötig, den dortigen Druckverlauf eigens durch einen Zylinderdrucksensor unmittelbar zu erfassen, vielmehr genügt die Erfassung des Druckverlaufs in der Vorkammer. Abhängig von dem gefilterten Druckverlauf wird die Brennstoffzufuhreinrichtung in geeigneter Weise angesteuert, um den Lambda-Wert in dem Hauptbrennraum zu beeinflussen. Dieser kann nämlich insbesondere mittels der Ansteuerparameter des Saugrohreindüsventils oder des Direkteinspritzventils beeinflusst werden. Bevorzugt wird dabei die Verbrennung in dem Hauptbrennraum geregelt.
Für den Druckverlauf im Hauptbrennraum sind geeignete Filterfunktionen zu verwenden, die das Schwingen der Gassäule durch die starke Drucküberhöhung in der Vorkammer herausfiltern. Die Filterparameter sind stark abhängig von der gewählten Vorkammer und müssen für den konkreten Motor abgestimmt werden.
Besonders bevorzugt werden die Brennstoffzufuhreinrichtungen der Brennkraftmaschine aneinander angeglichen, insbesondere einander gleichgestellt. Hierzu werden sie bevorzugt von einem Steuergerät der Brennkraftmaschine derart angesteuert, dass in allen Hauptbrennräumen der gleiche Lambda-Wert realisiert wird.
Bevorzugt wird bei der Einstellung der Verbrennung im Hauptbrennraum noch berücksichtigt, dass der Lambda-Wert im Hauptbrennraum stets auch Rückwirkungen auf die Verbrennung in der Vorkammer hat.
Vorzugsweise wird eine Druckverlaufsanalyse durchgeführt, aus der spezifische Werte resultieren, die den Brennverlauf oder Heizverlauf in dem Hauptbrennraum charakterisieren. Dabei kann es sich beispielsweise um Umsatzpunkte oder andere geeignete Parameter handeln.
Die derart ermittelte Brennverlaufs- oder Heizverlaufsform ist wiederum eine Funktion des Lambda-Werts in dem Hauptbrennraum und daher der mithilfe der Brennstoffzufuhreinrichtung eingedüsten Brennstoffmasse. Diese dient bevorzugt als Regelgröße für die Zylindergleichstellung sowie bevorzugt alternativ oder zusätzlich auch zur Einstellung der Stickoxidemissionen.
Im Rahmen des Verfahrens werden insbesondere bevorzugt Streuungen der einzelnen Brennstoffzufuhreinrichtungen ausgeglichen. Hierzu ist es auch möglich, dass codierte Ventile verwendet werden, sodass das Steuergerät der Brennkraftmaschine bereits charakteristische Abweichungen von einem Mittelwert für die einzelnen Ventile kennt und berücksichtigen kann.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die den Hauptbrennräumen zugeordneten Brennstoffzufuhreinrichtungen durch Abschalten der Vorkammer-Brennstoffventile gleichgestellt oder kalibriert werden. Insbesondere da der Lambda-Wert in dem Hauptbrennraum stets auch Rückwirkungen auf die Verbrennung in den Vorkammern hat, sind die Effekte der Streuungen der Vorkammer-Brennstoffventile einerseits und der Brennstoffzufuhreinrichtungen für die Hauptbrennräume andererseits nicht vollständig voneinander separierbar. Eine anhand der erfassten Druckverläufe stets parallel durchgeführte Steuerung oder Regelung dieser Ventile bleibt daher notwendig in gewissen Grenzen ungenau. Daraus ergibt sich auch, dass die Gleichstellung und/oder die Reduktion der Streuung dieser Ventile untereinander notwendig unvollständig bleibt, wenn stets beide Ventilarten gemeinsam betrachtet werden. Um diesem Problem zu begegnen ist es daher sinnvoll, von Zeit zu Zeit, insbesondere in vorherbestimmten Zeitabständen, nach einer vorherbestimmten Anzahl von Betriebsstunden oder einer vorherbestimmten Streckenleistung der Brennkraftmaschine die Vorkammer-Brennstoffventile abzuschalten, wobei die Vorkammern dann kurzfristig als ungespülte Vorkammern betrieben werden. Es ist dann möglich, auf der Grundlage der erfassten Druckverläufe die sich im Hauptbrennraum einstellenden Brennverläufe zu analysieren, ohne dass diese durch das Verhalten der Vorkammer-Brennstoffventile beeinflusst werden. Auf diese Weise können die Brennstoffzufuhreinrichtungen für sich genommen kalibriert und/oder gleichgestellt werden. Daraus ergibt sich eine Separation der verschiedenen Effekte, wodurch das Verfahren an Genauigkeit gewinnt. Um diese Abschaltung durchführen zu können, werden im Rahmen des Verfahrens bevorzugt Vorkammer-Brennstoffventile verwendet, die eine solche Abschaltung zulassen. Dies sind bevorzugt elektromagnetische Ventile oder Piezoinjektoren.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Leistungsregelung anhand der erfassten Druckverläufe durchgeführt wird. Im Rahmen der Leistungsregelung wird bevorzugt die Gesamtleistung der Brennkraftmaschine geregelt. Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt eine Emissionsgleichstellung der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine anhand der erfassten Druckverläufe durchgeführt. Zur Emissionsgleichstellung wird bevorzugt als ergänzende Information ein Messsignal eines stromabwärts der Zylinder in einer gemeinsamen Abgasleitung angeordneter Stickoxid-Sensor herangezogen, der vorgesehen ist, um die Gesamtemissionen der Brennkraftmaschine zu messen. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, die Verbrennung in den Zylindern derart zu beeinflussen, dass sich keine großen Schwankungen im Messsignal des nachgeschalteten Stickoxidsensors ergeben. Findet nämlich keine relevante Durchmischung des Abgases der verschiedenen Zylinder in der Abgasleitung statt, erfasst der Stickoxidsensor zeitlich nacheinander – abhängig von der Zündfolge – die Stickoxidemissionen der einzelnen Zylinder. Werden demnach die zeitlichen Schwankungen des Messsignals des Stickoxidsensors durch geeignete Ansteuerung oder Regelung der Verbrennung in den Zylindern minimiert, erfolgt auf diese Weise zugleich eine Emissionsgleichstellung der einzelnen Zylinder. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Verbrennung in den Zylindern derart gesteuert wird, dass die Gesamtstickoxidemissionen der Brennkraftmaschine kundenoptimal eingeregelt werden. Das heißt, dass die Brennkraftmaschine typischerweise im Rahmen der gesetzlichen Vorgaben auf einen maximalen Wirkungsgrad geregelt wird. Dies kann insbesondere ein Kundenvorteil sein, wenn der Motor nicht ortsfest betrieben wird und sich somit abhängig vom Ort unterschiedliche gesetzliche Grenzwerte ergeben.
Es ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass wenigstens ein Kennfeld, welches Informationen über die Entstehung von Stickoxiden in der Vorkammer und/oder im Hauptbrennraum in Abhängigkeit von den dortigen Brennverläufen enthält, durch das Steuergerät der Brennkraftmaschine zur Vorsteuerung herangezogen werden. Bevorzugt ist der Vorsteuerung dann eine Regelung überlagert, um die Genauigkeit des Verfahrens zu steigern.
Auch im Übrigen ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steuerung oder Regelung der Verbrennung in der Vorkammer und/oder in dem Hauptbrennraum sowie die Angleichung oder Gleichstellung der Zylinder der Brennkraftmaschine über in dem Steuergerät hinterlegte Kennfelder erfolgt.
Vorzugweise werden im Rahmen des Verfahrens zeitweise Zylinder der Brennkraftmaschine gezielt abgeschaltet, also nicht mit Brennstoff versorgt – weder über die Vorkammer noch direkt in den Hauptbrennraum –, wobei für die abgeschalteten Zylinder anhand des erfassten Druckverlaufs deren Funktionsweise durch Schleppdruckmessung geprüft wird. Dabei kann insbesondere anhand des erfassten Schleppdruckverlaufs festgestellt werden, ob die Ventile des Zylinders dicht schließen, ob ein Ventileinschlag vorliegt, und/oder welche Füllung der Zylinder erhält. Insbesondere lassen sich aus dem Schleppdruckverlauf auch Rückschlüsse auf die Kompressionskurve bei Verbrennungsbetrieb des Zylinders schließen.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher lediglich ein Zylinderdrucksensor verwendet wird, der in der Vorkammer angeordnet ist. Damit ist das Verfahren besonders einfach und kostengünstig durchführbar. In dem dritten Bereich des erfassten Druckverlaufs lässt sich dabei auch eine Klopferkennung sowie eine Aussetzererkennung – beispielsweise aufgrund von Nichtentflammung oder schlechter Entflammung im Hauptbrennraum – durchführen. Über den ersten Teil des Druckverlaufes können bezüglich Zündaussetzer in der Vorkammer Rückschlüsse auf die Funktion der Zündeinrichtung und/oder des Vorkammergasventiles gezogen werden.
Auf Grund der Kenntnisse der Abläufe sowohl im Hauptbrennraum als auch in der Vorkammer kann eine umfangreiche Fehleranalyse seitens des Steuergerätes durchgeführt werden, sodass die Möglichkeit besteht, entsprechende Fehlercodes für den Kundendienst zu setzen, die das defekte Bauteil direkt benennen. Eine Notlaufstrategie bzw. ein umfangreicher Motorschutz ist ebenfalls auf diese Weise realisierbar.
Alternativ wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher zusätzlich ein Druckverlauf in dem Hauptbrennraum unmittelbar mit einem dem Hauptbrennraum zugeordneten Zylinderdrucksensor erfasst wird. Hierdurch stehen dem Verfahren komplementäre Informationen direkt aus dem Hauptbrennraum zur Verfügung, wodurch die Genauigkeit des Verfahrens gesteigert werden kann. Dabei ist es mit dem unmittelbar den Druck im Hauptraum erfassenden Zylinderdrucksensor möglich, insbesondere eine Klopferkennung sowie eine Aussetzererkennung durchzuführen.
Bei stationären Brennkraftmaschinen wird vorzugsweise eine Systemüberwachung durchgeführt, indem Leistungssignale verschiedener Art miteinander verglichen werden. Beispielsweise kann die anhand eines Kennfelds ermittelte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine verglichen werden mit einer durch einen in einem mit der Brennkraftmaschine wirkverbundenen Generator erzeugten elektrischen Leistung, welche der indizierten Leistung der Brennkraftmaschine reduziert um eine Reibleistung und weiter reduziert um eine elektrische Verlustleistung gleichgesetzt werden kann. Weichen diese Leistungswerte über ein vorherbestimmtes Maß voneinander ab, kann dies zur Fehlererkennung verwendet werden. Des Weiteren ist es bei Motoren, welche keine Leistungserfassung aufweisen, möglich, über thermodynamische Zusammenhänge und über den indizierten Mitteldruck bei Kenntnis des Reibmitteldruckes die Leistung zu bestimmen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 7 geschaffen wird. Das Steuergerät ist eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dabei ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Steuergeräts ist das Verfahren fest in eine elektronische Struktur, insbesondere eine Hardwarestruktur, des Steuergeräts implementiert. Alternativ ist es möglich, dass in das Steuergerät ein Computerprogrammprodukt geladen ist, welches Anweisungen aufweist, aufgrund derer das Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Steuergerät läuft.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 8 geschaffen wird. Diese weist wenigstens zwei Zylinder mit jeweils wenigstens einer Vorkammer auf. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass jeder Vorkammer jeweils ein Drucksensor zugeordnet ist, und durch ein Steuergerät nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dadurch ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und dem Steuergerät erläutert wurden. Es ist möglich, dass das Steuergerät als Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine (engine control unit – ECU) ausgebildet ist. Alternativ ist es möglich, dass ein separates Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen ist.
Die Brennkraftmaschine weist bevorzugt eine gespülte Vorkammer mit separat der Vorkammer zugeordnetem Vorkammer-Brennstoffventil auf. Ferner weist die Brennkraftmaschine bevorzugt eine Mehrzahl von Zylindern auf, wobei jedem Zylinder eine zylinderindividuelle Brennstoffzufuhreinrichtung zugeordnet ist. Die Brennstoffzufuhreinrichtung ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Saugrohreindüsung ausgebildet. Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffzufuhreinrichtung bevorzugt als Direkteinspritzung ausgebildet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet. Besonders bevorzugt ist sie als Magergasmotor ausgebildet. Dabei verwirklichen sich in besonderer Weise die Vorteile des Verfahrens, da ein Magergasmotor überhaupt erst mithilfe eines entsprechenden Regelungsverfahrens fahrbar wird. Der sehr enge Bereich von Lambda-Werten, in denen ein Magergasmotor einerseits ohne Auftreten von Klopfen und andererseits ohne Zündaussetzer fahrbar ist, lässt sich gerade bei zylinderindividueller Brennstoffzufuhr nicht oder nur unter Einhaltung erheblicher Sicherheitsmargen und damit erhöhtem Brennstoffverbrauch ohne Rückmeldung aus dem Brennraum betreiben.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Brennkraftmaschine sowie des Steuergeräts andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Verfahrensschritte des Verfahrens, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine oder dem Steuergerät erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Verfahrensschritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Merkmale der Brennkraftmaschine oder des Steuergeräts, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine oder des Steuergeräts. Das Verfahren zeichnet sich vorzugsweise durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal der Brennkraftmaschine oder des Steuergeräts bedingt ist. Die Brennkraftmaschine oder das Steuergerät zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt des Verfahrens bedingt ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine;
2 eine schematische Darstellung zweier Druckverläufe, und
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1, die als Hubkolbenmaschine ausgebildet ist. Sie weist wenigstens einen Zylinder 3, vorzugsweise eine Mehrzahl von insbesondere identisch ausgebildeten Zylindern 3 auf, wobei in dem Zylinder 3 ein Kolben 5 in an sich bekannter Weise verlagerbar aufgenommen ist. Der Zylinder 3 und der Kolben 5 schließen einen Hauptbrennraum 7 ein.
Dem Zylinder 3 ist eine Brennstoffzufuhreinrichtung 9 individuell zugeordnet, wobei diese hier als Saugrohreindüsung ausgebildet ist. Mithilfe der Brennstoffzufuhreinrichtung wird ein Brennstoff, vorzugsweise Gas, in ein Saugrohr 11 eingedüst, welches wiederum dem Zylinder 3 separat zugeordnet ist. Von dem Saugrohr 11 wird ein Verbrennungsluft/Brennstoff-Gemisch über ein Einlassventil 13 in den Hauptbrennraum 7 eingebracht. Bei einer Verbrennung in dem Hauptbrennraum 7 entstehendes Abgas wird über ein Auslassventil 15 in ein dem Zylinder 3 separat zugeordnetes Abgasrohr 17 geleitet, welches stromabwärts in eine allen Zylindern 3 oder einer Unterauswahl von Zylindern 3 der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise einer Zylinderbank, gemeinsam zugeordnete Abgasleitung 19 mündet.
Zur Erhöhung der Zündenergie in dem Hauptbrennraum 7 ist in an sich bekannter Weise eine Vorkammer 21 vorgesehen. Diese kann als separates Bauteil in einen Zylinderkopf des Zylinders 3 eingesetzt, in dem Zylinderkopf ausgeformt oder als Teil einer Vorkammerzündkerze vorgesehen sein. Selbstverständlich sind auch andere geeigneten Ausgestaltungen der Vorkammer 21 möglich.
Die Vorkammer 21 ist hier als gespülte Vorkammer ausgebildet, wobei sie ein ihr separat zugeordnetes Vorkammer-Brennstoffventil 23 aufweist. Mithilfe des Vorkammer-Brennstoffventils 23 ist in der Vorkammer 21 ein Verbrennungsluft/Brennstoff-Gemisch erzeugbar, welches einen niedrigeren Lambda-Wert aufweist und damit fetter ist, als ein Verbrennungsluft/Brennstoff-Gemisch in dem Hauptbrennraum 7. Mithilfe einer ebenfalls der Vorkammer 21 zugeordneten Zündeinrichtung 25 kann das in der Vorkammer 21 vorliegende, fettere Gemisch gezündet werden, wobei Zündstrahlen über in einer Vorkammerwandung 27 ausgebildete Schusskanäle 29 in den Hauptbrennraum 7 eindringen und das dort vorliegende, magerere Gemisch sicher entflammen. Diese Vorgehensweise ist für sich genommen bekannt, sodass insoweit hierauf nicht näher eingegangen wird.
Es ist möglich, dass die Vorkammer 21 und die Zündeinrichtung 25 integral miteinander als Vorkammerzündkerze ausgebildet sind.
Es ist ein Drucksensor 31 derart im Bereich der Vorkammer 21 angeordnet, dass ein Druckverlauf in der Vorkammer 21 mittels des Drucksensors 31 erfassbar ist.
Die Brennkraftmaschine 1 weist ein Steuergerät 33 auf, welches eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Hierzu ist das Steuergerät 33 mit der Brennstoffzufuhreinrichtung 9, dem Vorkammer-Brennstoffventil 23, und dem Drucksensor 31 wirkverbunden. Das Steuergerät 33 ist eingerichtet zur Ansteuerung des Vorkammer-Brennstoffventils 23 und der Brennstoffzufuhreinrichtung 9 in Abhängigkeit von dem mittels des Drucksensors 31 erfassten Druckverlaufs. Dabei ist das Steuergerät 33 besonders bevorzugt eingerichtet zur Gleichstellung der Verbrennungsverläufe in einer Mehrzahl von Zylindern 3 der Brennkraftmaschine 1, insbesondere in Bezug auf eine Vorkammerverbrennung, eine Hauptkammerverbrennung, eine Zylinderfüllung, eine zylinderindividuelle Leistung, einen zylinderindividuellen Wirkungsgrad, und/oder Emissionen der einzelnen Zylinder 3, insbesondere deren Stickoxidemissionen. Über die Zylindergleichstellung werden bevorzugt insbesondere die Lambda-Werte in den Vorkammern 21 und/oder in den Hauptbrennräumen 7 der einzelnen Zylinder 3 aneinander angeglichen, vorzugsweise gleichgestellt.
Das Steuergerät 33 ist vorzugsweise auch mit der Zündeinrichtung 25 zu deren Ansteuerung wirkverbunden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 33 als Motorsteuergerät (engine control unit – ECU) der Brennkraftmaschine 1 ausgebildet.
Vorzugsweise ist in der gemeinsamen Abgasleitung 19 ein Stickoxidsensor 35 angeordnet, der ebenfalls mit dem Steuergerät 33 wirkverbunden ist. Mithilfe des Stickoxidsensors 35 können zusätzliche Informationen über die Emissionen der Zylinder 3 erhalten werden, wobei das Steuergerät bevorzugt eingerichtet ist zur Emissionsgleichstellung der Zylinder 3 und/oder zur Reduzierung der Gesamtemissionen der Brennkraftmaschine 1, insbesondere auf der Grundlage eines Messsignals des Stickoxidsensors 35.
2 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung zweier Druckverläufe, wobei ein Druck p aufgetragen ist gegen einen Kurbelwellenwinkel φ. Ein erster Druckverlauf 37 ist durchgezogen dargestellt und entspricht dem mithilfe des Drucksensors 31 in der Vorkammer erfassten Druckverlauf. Gestrichelt dargestellt ist ein zweiter Druckverlauf 39, der einem Druckverlauf in dem Hauptbrennraum 7 entspricht, insbesondere einem Druckverlauf, wie er mithilfe eines Zylinderdrucksensors gemessen werden könnte, der unmittelbar den Druck in dem Hauptbrennraum 7 erfasst.
Dabei zeigt sich Folgendes: Der erste Druckverlauf 37 weist drei Bereiche auf. Ein erster Bereich Δp₁ beschreibt einen Druckaufbau in der Vorkammer 21 aufgrund der Vorkammerverbrennung, wobei sich hier eine Druckspitze oder Drucküberhöhung 41 über das Druckniveau des zweiten Druckverlaufs 39 in dem Hauptbrennraum 7 herausbildet. Diese Druckspitze oder Drucküberhöhung 41 hängt wesentlich von dem Lambda-Wert in der Vorkammer 21 und somit den Parametern des Vorkammer-Brennstoffventils 23 ab. Dabei beeinflusst der durch die Drucküberhöhung 41 dargestellte Druckaufbau in der Vorkammer 21 den Impuls in dem Hauptbrennraum 7 und somit maßgeblich auch die Verbrennung in diesem.
In einem zweiten Bereich Δp₂ folgt der Drucküberhöhung 41 ein Ausschwingvorgang, wobei aufgrund des hohen Impulses aus der Vorkammer 21 in den Hauptbrennraum 7 eine Gassäule schwingt, wobei auch der Druck in der Vorkammer 21 moduliert wird. An den zweiten Bereich Δp₂ schließt sich ein dritter Bereich Δp₃ an, in dem der in der Vorkammer 21 mithilfe des Drucksensors 31 erfasste Druckverlauf dem Druckverlauf in dem Hauptbrennraum 7 gleich ist, was in 2 dadurch angedeutet ist, dass in dem dritten Bereich Δp₃ nur noch der zweite Druckverlauf 39 dargestellt ist. Insoweit würde hier die durchgezogene Linie des ersten Druckverlaufs 37 genau auf der gestrichelten Linie des zweiten Druckverlaufs 39 verlaufen, wobei zur besseren Veranschaulichung hier die durchgezogene Linie nicht über die gestrichelte Link gezeichnet wurde. Der Druckverlauf in dem dritten Bereich Δp₃ hängt insbesondere von dem Impuls oder Energieeintrag aus der Vorkammer 21 ab, sowie außerdem von dem Lambda-Wert in dem Hauptbrennraum 7, der sich wiederum mittels der Ansteuerparameter für die Brennstoffzufuhreinrichtung 9 beeinflussen lässt.
Auf der Grundlage der Informationen, die sich aus dem mithilfe des Drucksensors 31 erfassten Druckverlauf ergeben, können insbesondere anhand entsprechender Kennfelder die Verbrennung in der Vorkammer 21 und/oder in dem Hauptbrennraum 7 beeinflusst, insbesondere gesteuert oder geregelt, und insbesondere die Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 1 gleichgestellt werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens. Dabei wird in einem Schritt S1 der Druckverlauf 37 in der Vorkammer 21 mithilfe des Drucksensors 31 erfasst. Dieser wird in einem zweiten Schritt S2 gefiltert, wobei die Drucküberhöhung 41 in einem dritten Schritt S3 analysiert wird. Diese ist eine Funktion des Lambda-Werts in der Vorkammer 21 und somit zugleich eine Funktion der in die Vorkammer 21 mittels des Vorkammer-Brennstoffventils 3 eingebrachten Brennstoffmasse. Sie ist damit insbesondere auch eine Funktion der Ansteuerparameter für das Vorkammer-Brennstoffventil 23. Im Rahmen des Verfahrens wird das Vorkammer-Brennstoffventil 23 bevorzugt so angesteuert, dass die Drucküberhöhung 41 auf einen Sollwert geregelt wird. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, die Vorkammern 21 einer Mehrzahl von Zylindern 3 der Brennkraftmaschine 1 gleichzustellen, und insbesondere Abweichungen aufgrund von Ventilstreuungen der einzelnen Vorkammer-Brennstoffventile 23 auszugleichen.
Durch die Filterung in dem Schritt S2 wird in einem Schritt S4 ein gefilterter Druckverlauf erhalten, wobei die Drucküberhöhung 41 und der sich anschließende Ausschwingvorgang herausgefiltert sind, sodass jedenfalls im Wesentlichen, vorzugsweise genau der zweite Druckverlauf 39 aus dem ersten Druckverlauf 37 durch die Filterung erhalten wird. Man erhält so in dem Schritt S4 den Druckverlauf in dem Hauptbrennraum 7 aus der Messung mittels des der Vorkammer 21 zugeordneten Drucksensors 31. Dieser wird in einem Schritt S5 einer Druckverlaufsanalyse unterzogen, aus der bevorzugt in einem Schritt S6 spezifische Werte resultieren, die den Brennverlauf oder Heizverlauf in dem Hauptbrennraum 7 charakterisieren. Dabei kann es sich beispielsweise um Umsatzpunkte handeln. Die ermittelte Brennverlaufsform oder Heizverlaufsform ist wiederum eine Funktion des Lambda-Werts in dem Hauptbrennraum 7 und damit eine Funktion der in den Hauptbrennraum 7 mittels der Brennstoffzufuhreinrichtung 9 eingebrachten Brennstoffmasse. Diese ist wiederum eine Funktion der Ansteuerparameter der Brennstoffzufuhreinrichtung 9. Im Rahmen des Verfahrens wird die Brennstoffzufuhreinrichtung 9 bevorzugt so angesteuert, dass der Druckverlauf, der Brennverlauf und/oder der Heizverlauf in dem Hauptbrennraum 7 auf einen Sollwert geregelt wird/werden. Dabei erfolgt bevorzugt eine Gleichstellung verschiedener Hauptbrennräume 7 der Brennkraftmaschine 1, insbesondere aller Hauptbrennräume 7 der Brennkraftmaschine 1, insbesondere in Hinblick auf eine zylinderindividuelle Füllung, eine zylinderindividuelle Leistung, einen zylinderindividuellen Wirkungsgrad, und/oder zylinderindividuelle Emissionen, insbesondere Stickoxid-Emissionen. Durch geeignete Ansteuerung der Brennstoffzufuhreinrichtungen können auch Streuungen derselben von einem Mittelwert ausgeglichen werden. Damit kann die Brennkraftmaschine 1 insgesamt mit verringerten Sicherheitsmargen in einem engeren Lambda-Fenster gefahren werden, wodurch letztlich die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine insgesamt maximiert und der Wirkungsgrad optimiert werden kann.
Vorzugsweise werden im Rahmen des Verfahrens aus der Druckverlaufsanalyse 55 in einem Schritt S7 noch Zusatzwerte berechnet, beispielsweise eine zylinderindividuelle Leistungsabgabe. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, in dem Schritt S7 aus der Druckverlaufsanalyse des Schritts S5 eine Klopferkennung und/oder eine Zündaussetzererkennung durchzuführen. Hierzu wird insbesondere bevorzugt der dritte Bereich Δp₃ des Brennverlaufs herangezogen.
Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens insbesondere ein Gasmotor und ganz besonders ein Magergasmotor, insbesondere mit zylinderindividueller Saugrohreindüsung, überhaupt erst fahrbar wird. Dabei kann eine Eindüsung in die Vorkammer 21 durch die Rückmeldung des Drucksensors 31 geregelt werden. Eine Zylindergleichstellung ist sowohl in der Vorkammer 21 als auch im Hauptbrennraum 7 möglich. Für die Brennkraftmaschine 1 wird eine maximale Leistung bei einem maximalen Wirkungsgrad erzielt. Weiterhin ist eine Emissionsregelung der Brennkraftmaschine 1 möglich sowie eine Detektion der Leistung derselben. Weiterhin sind eine Klopf- und Aussetzererkennung möglich.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), mit folgenden Schritten: – Erfassen eines Druckverlaufs (37, 39) in einer Vorkammer (21) eines Zylinders (3) der Brennkraftmaschine (1), und – Beeinflussen einer Verbrennung in dem Zylinder (3) in Abhängigkeit von dem erfassten Druckverlauf (37, 39), wobei – die Brennkraftmaschine (1) eine Mehrzahl von Zylindern (3) aufweist, wobei in jeder Vorkammer (21) eines jeden Zylinders (3) ein Druckverlauf erfasst wird, und wobei die Zylinder (3) durch zylinderindividuelle Beeinflussung der Verbrennung in Abhängigkeit von den zylinderindividuell erfassten Druckverläufen (37, 39) einander angeglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung beeinflusst wird, indem eine mittels eines Vorkammer-Brennstoffventils (23) in die Vorkammer (21) eingebrachte Brennstoffmenge und/oder eine mittels einer einem Hauptbrennraum (7) zugeordneten Brennstoffzufuhreinrichtung (9) in den Hauptbrennraum (7) eingebrachte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von dem erfassten Druckverlauf (37, 39) variiert wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorkammerverbrennung anhand einer Druckspitze (41) in dem erfassten Druckverlauf (37, 39) beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf (37, 39) gefiltert wird, wobei eine Verbrennung in dem Hauptbrennraum (7) anhand des gefilterten Druckverlaufs (37, 39) beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Hauptbrennräumen (7) zugeordneten Brennstoffzufuhreinrichtungen (9) durch Abschalten der Vorkammer-Brennstoffventile (23) gleichgestellt oder kalibriert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungs- und/oder Drehzahlregelung und/oder eine Emissionsgleichstellung anhand der erfassten Druckverläufe (37, 39) durchgeführt wird/werden.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (33) eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens zwei Zylindern (3), die jeweils eine Vorkammer (21) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Vorkammer (21) jeweils ein Drucksensor (31) zugeordnet ist, durch den ein Druckverlauf in der Vorkammer (21) erfassbar ist, und dass die Brennkraftmaschine (1) ein Steuergerät (33) aufweist, wobei das Steuergerät (33) ausgebildet ist gemäß Anspruch 7.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) als Gasmotor ausgebildet ist.