AT517665B1

AT517665B1 - Dual-Fuel-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT517665B1
Application number: ATA561/2015A
Authority: AT
Inventors: Tinschmann Georg; Jubany Arribas Elisa
Original assignee: Ge Jenbacher Gmbh & Co Og
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2017-10-15
Also published as: AT517665A1

Abstract

Dual-Fuel-Brennkraftmaschine (1) mit einer Regeleinrichtung (2) zum Regeln der Brennkraftmaschine (1), wenigstens einer Kolben-Zylinder-Einheit (3), wenigstens einem dieser Kolben-Zylinder-Einheit (3) zugeordneten Kraftstoffinjektor (4) für einen flüssigen Kraftstoff, wenigstens einer dieser Kolben-Zylinder-Einheit (3) zugeordneten Gaszufuhreinrichtung (5) für gasförmigen Kraftstoff, wobei die Regeleinrichtung (2) einen Normalbetriebsmodus aufweist, in welchem sie dazu ausgebildet ist, den Kraftstoffinjektor (4) und die wenigstens eine Gaszufuhreinrichtung (5) zur Dosierung der Menge an der wenigstens einen Kolben-Zylinder-Einheit (3) zugeführtem flüssigen bzw. gasförmigen Kraftstoff anzusteuern, wobei die Regeleinrichtung (2) darüber hinaus einen Kalibriermodus aufweist, in welchem sie den Kraftstoffinjektor (4) zur veränderbaren Zuführung von flüssigem Kraftstoff in die wenigstens eine Kolben-Zylinder-Einheit (3) ansteuert, wobei in einer Zuführung eine geringe Menge an flüssigem Kraftstoff zugeführt wird und dass ein Sensor (6) vorgesehen ist, durch welchen ein bei der Verbrennung in der Kolben-Zylinder-Einheit (3) entstehendes Signal detektierbar ist und die Regeleinrichtung (2) in Abhängigkeit des vom Sensor (6) detektierten Signals den Kraftstoffinjektor (4) hinsichtlich der Menge an flüssigem Kraftstoff für die Zuführung an flüssigem Kraftstoff für den Normalbetriebsmodus kalibriert.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Dual-Fuel-Brennkraftma-schine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.

[0002] Dual-Fuel-Brennkraftmaschinen werden typischerweise in zwei Betriebsmodi betrieben. Dabei unterscheidet man einen Betriebsmodus mit primär flüssiger Kraftstoffzufuhr (kurz „Flüssigbetrieb“; im Falle der Verwendung von Diesel als flüssigem Kraftstoff „Dieselbetrieb“ genannt) und einen Betriebsmodus mit primär gasförmiger Kraftstoffzufuhr, bei welchem der flüssige Kraftstoff als Pilotkraftstoff zum Initiieren der Verbrennung dient (auch als „Gasbetrieb“, „Pilotbetrieb“, „Dual- Fuel-Betrieb“ oder „Zündstrahlbetrieb“ bezeichnet).

[0003] Für den Dieselbetrieb ist es bekannt, über eine Variation von Voreinspritzungen, Haupteinspritzungen und Nacheinspritzungen den Verbrennungsverlauf zu moderieren. Solche Betriebsmodi mit Mehrfacheinspritzungen sind beispielsweise aus der DE 602 16 437 T2 oder der WO 2003/027473 A1 bekannt.

[0004] Piloteinspritzung und Voreinspritzung sind beides Kraftstoffeinspritzungen zusätzlich zur Einbringung von Kraftstoff vorwiegend zur Leistungserbringung der Brennkraftmaschine, welche im Falle eines Gasbetriebs in Form von gasförmigem Kraftstoff und im Falle eines Flüssigbetriebs in Form von flüssigem Kraftstoff erfolgt. Es ist gebräuchlich, im Zusammenhang mit einem Gasbetrieb den Begriff „Piloteinspritzung“ und im Zusammenhang mit einem Flüssigbetrieb den Begriff „Voreinspritzung“ zu verwenden.

[0005] Es ist bekannt, dass eine von intensiven Schallereignissen begleitete raue Verbrennung im Dieselbetrieb, gekennzeichnet von großen Druckgradienten des Brennraumdruckes über der Zeit bzw. dem Kurbelwinkel, durch Hinzufügen einer Voreinspritzung von flüssigem Kraftstoff in eine ruhigere, von weniger intensiven Schallereignissen begleitete Verbrennung überführt werden kann. Ursache für eine raue Verbrennung mit großen Druckgradienten ist der sogenannte Zündverzug der Hauptkraftstoffmenge in einer Kolben-Zylinder-Einheit der Brennkraftmaschine.

[0006] Durch Einstellung einer geeigneten Kraftstoffmenge einer Voreinspritzung kann der Zündverzug der Hauptmenge an flüssigem Kraftstoff deutlich reduziert werden.

[0007] Aus der DE 19536110 A1 ist ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine bekannt, wobei mit wenigstens einem Körperschallsensor oder Klopfsensor für die Einspritzung in der Brennkraftmaschine charakteristische Größen ermittelbar sind. So ist beispielsweise ein Einspritzbeginn und/oder ein Einspritzende ableitbar. Auch können die Signale des Körperschallsensors bzw. des Klopfsensors dazu verwendet werden, einen Verbrennungsbeginn festzustellen. Ein weiteres Verfahren zur Kalibrierung einer Einspritzmenge einer Brennkraftmaschine ist durch die DE 10 2008 043 165 A1 und die EP 2 725 215 A1 gezeigt.

[0008] Aus der WO 2005/031137 ist ein Verfahren zur Quantifizierung einer Voreinspritzung bei einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein Klopfsensor das bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches im Zylinder der Brennkraftmaschine entstehende Verbrennungsgeräusch erfasst und eine Auswerteeinheit dieses Geräusch analysiert, wobei das Verbrennungsgeräusch in einem Zeitfenster erfasst wird, dessen Lage in Bezug auf den Kurbelwinkel veränderbar ausgebildet ist und wobei ein Algorithmus gebildet wird, mit dessen Hilfe aus dem Verbrennungsgeräusch die bei der Voreinspritzung abgesetzte Kraftstoffmenge quantifiziert wird.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Brennkraftmaschine bzw. ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine anzugeben.

[0010] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 bzw. ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 6 oder 7. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0011] Die Dual-Fuel-Brennkraftmaschine weist also einen Normalbetriebsmodus auf, in welchem der Kraftstoffinjektor und die wenigstens eine Gaszufuhreinrichtung individuell zur wahlweisen Dosierung der Menge an der wenigstens einen Kolben- Zylinder-Einheit zugeführtem flüssigen bzw. gasförmigen Kraftstoff angesteuert werden können. Im Kontext der vorliegenden Erfindung wird unter Normalbetriebsmodus verstanden, dass die Brennkraftmaschine im Falle eines Gasbetriebs eine Einspritzung von flüssigem Kraftstoff als Piloteinspritzung mit vorgegebener und weitgehend konstanter Menge erfolgt. Im Falle eines Dieselbetriebs bedeutet Normalbetriebsmodus, dass, neben der Haupteinspritzung von flüssigem Kraftstoff zur Leistungserbringung der Brennkraftmaschine, gegebenenfalls eine Einspritzung von flüssigem Kraftstoff als Voreinspritzung mit vorgegebener und weitgehend konstanter Menge erfolgt. Als Beispiel für den flüssigen Kraftstoff sei Diesel genannt. Es könnte auch Schweröl oder ein anderer selbst-zündfähiger Kraftstoff sein.

[0012] Der Normalbetriebsmodus kann also im Gas- oder im Dieselbetrieb stattfinden.

[0013] Bezüglich der Regeleinrichtung wird der Normalbetriebsmodus im Gasbetrieb der Brennkraftmaschine als Gasmodus bezeichnet, der Normalbetriebsmodus bezüglich der Regeleinrichtung im Dieselbetrieb der Brennkraftmaschine wird als Dieselmodus bezeichnet.

[0014] Indem die Regeleinrichtung einen Kalibriermodus aufweist, in welchem sie den Kraftstoffinjektor zur veränderbaren Zuführung von flüssigem Kraftstoff in die wenigstens eine Kol-ben-Zylinder-Einheit ansteuert, wobei in einer Zuführung eine geringe Menge an flüssigem Kraftstoff zugeführt wird und dass ein Sensor vorgesehen ist, durch welchen ein bei der Verbrennung in der Kolben-Zylinder- Einheit entstehendes Signal detektierbar ist und die Regeleinrichtung in Abhängigkeit des vom Sensor detektierten Signals den Kraftstoffinjektor hinsichtlich der Menge an flüssigem Kraftstoff für die Zuführung an flüssigem Kraftstoff für den Normalbetriebsmodus kalibriert, wird auf vorteilhafte Weise die Möglichkeit geschaffen, eine Einspritzmenge des Kraftstoff!njektors zu kalibrieren. Eine Anpassung der vom Kraftstoff!njektor abgegebenen Einspritzmenge erfolgt in der Regel über Verlängern oder Verkürzen der Bestro-mungsdauer. Insofern wird also auch indirekt die Einspritzdauer kalibriert.

[0015] Der Sensor ist dazu ausgebildet, Signale zu detektieren, die charakteristisch für die Qualität der Verbrennung in einer Kolben-Zylinder-Einheit sind.

[0016] Das Signal kann ein Schallsignal sein. Zur Detektion von Schallereignissen ist der Sensor als Beschleunigungssensor ausgebildet. Häufig sind Klopfsensoren als Körperschallsensoren ausgebildet.

[0017] Alternativ könnte ein Zylinderdruck als Maß für die Qualität bzw. den Verlauf der Verbrennung herangezogen werden. Ein zur Detektion des Zylinderdrucks geeigneter Sensor ist ein Zylinderdrucksensor, z. B ein piezoelektrisches Element wie etwa Quarz.

[0018] Auch ein durch den Verlauf der Verbrennung veränderlicher lonenstrom kann als Maß für die Qualität der Verbrennung herangezogen werden. In diesem Fall ist der Sensor als lo-nenstromsensor ausgebildet.

[0019] Der Kalibriermodus ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pilotkraftstoffmenge (für den Gasbetrieb) bzw. die Voreinspritzmenge (für den Dieselbetrieb) solange verändert wird, bis ein festlegbarer Referenzbereich des Signals, beispielsweise der Schallemission, erreicht wird wobei die zu dem oder den Referenzbereich(en) gehörige Pilotkraftstoffmenge als Zielgröße der Pilotkraftstoffmenge betrachtet wird.

[0020] In anderen Worten wird im Kalibriermodus die Pilot- bzw. die Voreinspritzmenge gezielt variiert, um aus der resultierenden Veränderung des Signals, beispielsweise der Schallemission, eine Information zur Kalibrierung der Pilot- bzw. die Voreinspritzmenge für den Normalbetriebsmodus zu gewinnen.

[0021] Kalibrierung bedeutet im Sprachgebrauch der vorliegenden Offenlegung ein Einstellen der vom Kraftstoffinjektor im Normalbetriebsmodus abzugebenden Pilot- bzw. die Voreinspritzmenge durch Bewerten eines mit der Einspritzmenge verbundenen Signals, welches charakteristisch für die Qualität der Verbrennung ist (z. B eine Schallemission etc., wie oben ausgeführt). Es ist dazu gar nicht unbedingt erforderlich, die tatsächlich abgegebene Einspritzmenge (z. B. in mm3) zu kennen, es reicht das Ergebnis hinsichtlich des Signals zu bewerten.

[0022] Der Kalibriermodus kann sowohl im Gasmodus als auch im Dieselmodus ausgeführt werden.

[0023] Durch die Erfindung wird eine Zylindergleichstellung hinsichtlich der den einzelnen Kolben-Zylinder-Einheiten zugeführten Pilotkraftstoffmenge bzw. der Voreinspritzmenge erreicht.

[0024] Es könnte auch eine gezielte Ungleichstellung der Pilotkraftstoffmenge bzw. der Voreinspritzmenge eingestellt werden, wie dies beispielsweise in der AT513359 (B1) der Anmelderin für den Zylinderdruck beschrieben ist.

[0025] Es kann vorgesehen sein, die solchermaßen gleichgestellten Kolben-Zylinder- Einheiten über einen zweiten Sensor hinsichtlich des neu eingestellten Mittelwerts zu kontrollieren. Dafür ist beispielsweise ein NOx-Sensor geeignet. Es könnte also durch Überwachen von Emissionen geprüft werden, ob sich der neu eingestellte Wert der Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge hinsichtlich der Emission der Brennkraftmaschine neutral ausgewirkt hat oder nicht. Typischerweise würde die NOx-Emission ansteigen, wenn die Pilotkraftstoffmenge zu groß ist.

[0026] Bevorzugt erfolgt die Zylindergleichstellung durch Regeln der Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge in Abhängig der vom Sensor detektierten Signale auf ein festlegbares Maß des vom Sensor detektierten Signal.

[0027] In der Praxis werden die Kolben-Zylinder-Einheiten in einen bestimmten Referenzbereich oder Streuband einer Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge geführt. Dies ergibt sich daraus, dass aus den Signalen eines Schallemissionssensors, also beispielsweise eines Klopfsensors, kein genauer Punkt für das Auftreten von Klopfen sondern ein Referenzbereich der Schallemission ermittelt werden kann. Dies ist darin begründet, dass geeignete Sensoren stets mit einer Streuung behaftet sind. Hier für einen Klopfsensor formuliert, trifft die Thematik von Signalstreuung auch auf andere Sensoren zu.

[0028] Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die am Markt erhältlichen Klopfsensoren mit einer gewissen Streuung belegt sind. Die Streuungen solcher Klopfsensoren können durch ein geeignetes Messgerät vermessen und anschließend in die Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine eingelesen werden, sodass dieses weiß, in welchen Kolben-Zylinder-Einheiten welche Sensoren verbaut sind.

[0029] Alternativ kann durch die Wahl spezieller Sensoren mit einem sehr engen Streuband der durch die Erfindung erzielbare Referenzbereich einer Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge eng gehalten werden.

[0030] Die Erfindung bewirkt Verbesserungen sowohl für den Pilotbetrieb als auch den Dieselbetrieb der Brennkraftmaschine.

[0031] So kann beispielsweise in dem Pilotbetrieb ein Verschleiß des Kraftstoffinjektors und eine damit verbundene Verschleppung der Menge der Piloteinspritzung festgestellt und kompensiert werden.

[0032] Zum anderen wird durch die Erfindung für den Dieselbetrieb die Möglichkeit geschaffen, einen stabileren Dieselbetrieb zu gewährleisten, in dem an schwankende Kraftstoffqualitäten angepasste Voreinspritzmengen abgebildet werden.

[0033] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung den Kraftstoff!njektor zylinderindividuell kalibriert. Dazu kann für jede Kolben-Zylinder-Einheit ein Sensor vorgesehen sein.

[0034] Es ist aber nicht unbedingt erforderlich, dass jede Kolben-Zylinder-Einheit einen eigenen Sensor aufweist, da die jeweilige Kurbelwinkellage der einzelnen Kolben- Zylinder-Einheiten bekannt ist und somit mit einem Sensor mehrere, beispielsweise vier Kolben-Zylinder-Einheiten abgedeckt werden können.

[0035] Schutz wird auch begehrt für ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Wenn der Normalbetriebsmodus der Dieselmodus ist, besteht der Kalibriermodus darin, dass eine Voreinspritzmenge für den Normalbetriebsmodus kalibriert wird.

[0036] Ist der Normalbetriebsmodus der Pilotmodus, besteht der Kalibriermodus darin, eine Piloteinspritzmenge für den Normalbetriebsmodus zu kalibrieren.

[0037] Demnach ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit eines vom Verbrennungsereignis verursachten Signals die von einem Kraftstoffinjektor in die wenigstens eine Kolben- Zylinder-Einheit eingebrachte Kraftstoffmenge ermittelt wird und zur Kalibrierung der vom Kraftstoff!njektor eingespritzten Pilotkraftstoffmenge in einem Kalibriermodus entweder die Pilotkraftstoffmenge solange gesteigert wird, bis ein festlegbarer Schwellwert des Signals, beispielsweise der Schallemission, unterschritten wird oder die Pilotkraftstoffmenge solange reduziert wird, bis ein festlegbarer Schwellwert des Signals, beispielsweise der Schallemission, überschritten wird, wobei die zu dem oder den Schwellwerten gehörige Pilotkraftstoffmenge als Zielgröße der Pilotkraftstoffmenge betrachtet wird.

[0038] Das Verfahren wird am Beispiel der Schallemission erklärt. Es kann, wie bereits ausgeführt, auch anhand anderer für die Verbrennung charakteristischer Signale erfolgen.

[0039] Der Kalibriermodus kann also in zwei Richtungen erfolgen: [0040] Ausgehend von einem rauen Betrieb (Annäherung „von oben“) der Brennkraftmaschine würde die Pilotkraftstoffmenge im Kalibriermodus erhöht werden, bis die Schallemission soweit absinkt, dass sie einen gewünschten Referenzbereich erreicht. Die Pilotkraftstoffmenge bei Erreichen dieses Referenzbereiches kann als Ziel-Pilotkraftstoffmenge betrachtet werden.

[0041] Ausgehend von einem ruhigen Betrieb der Brennkraftmaschine würde im Kalibriermodus die Pilotkraftstoffmenge verringert werden (wodurch die Schallemission ansteigt, Annäherung „von unten“), bis die Schallemission einen gewünschten Referenzbereich verlässt. Die Pilotkraftstoffmenge bei Erreichen dieses Referenzbereiches der Schallemission kann als Ziel-Pilotkraftstoffmenge betrachtet werden.

[0042] Dieser Referenzbereich kann der gleiche oder ein anderer sein als für die zuvor erläuterte Annäherung „von oben“.

[0043] Die Ziel- Pilotkraftstoffmenge unterscheidet sich geringfügig bei der Annäherung „von oben“ und der Annäherung „von unten“.

[0044] Somit kann durch den Kalibriermodus stets die für einen ruhigen Betrieb der Brennkraftmaschine erforderliche Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge und außerdem die für einen wirtschaftlichen Betrieb der Brennkraftmaschine geringstmögliche Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge ermittelt werden.

[0045] Es kann vorgesehen sein, dass der Kalibriermodus für in vorgebbaren Intervallen unter dem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine wiederholt wird. Auf diese Weise kann die Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge in Intervallen überprüft und gegebenenfalls nachjustiert werden. Die Wiederholung der Kalibrierung kann bevorzugt während eines stationären Betriebszustands, also mit konstanter Leistungsabgabe, erfolgen.

[0046] Bevorzugt kann vorgesehen sein, die Kalibrierung im Dieselbetrieb durchzuführen und die gewonnene Information, also die Kenntnis der zur Erzielung einer bestimmten Einspritzmenge erforderlichen Bestromungsdauer, im Dual-Fuel-Betrieb zu nutzen.

[0047] Die Erfindung ist besonders relevant für den Einsatz bei ortsfesten Brennkraftmaschinen und für marine Anwendungen oder sogenannte Non-Road-Mobile Machinery, kurz NRMM. Die Brennkraftmaschinen können als mechanische Antriebe dienen, etwa zum Betreiben von Verdichteranlagen, oder mit einem Generator zu Gensets gekoppelt sein.

[0048] Die Erfindung wird im Folgenden durch die Figuren näher erläutert. Dabei zeigt: [0049] Fig. 1a, 1b Diagramme von Einspritzmenge über Bestromungsdauer, [0050] Fig. 2a Zylinderdruckverlauf, Energiefreisetzungsrate und Schallemission der

Verbrennung für den Dieselbetrieb und [0051] Fig. 2b Zylinderdruckverlauf, Energiefreisetzungsrate, Schallemission bei der

Verbrennung für Dual-Fuel-Betrieb, [0052] Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine, [0053] Fig. 4 ein Diagramm einer Schallemission einer Brennkraftmaschine.

[0054] Fig. 1a und 1ab zeigen Diagramme der Einspritzmenge (engl, injected quantity) an flüssigem Kraftstoff in Abhängigkeit der Bestromungsdauer bei einem gewähltem Raildruck. Aufgetragen ist jeweils die Einspritzcharakteristik für einen neuen Injektor (linke Kurve) sowie die Einspritzcharakteristik für einen verschlissenen Injektor (engl, deteriorated injector) als jeweils rechte Kurve in den Diagrammen.

[0055] Figuren 1a und 1b zeigen also Beispiele, wie sich die Einspritzcharakteristik eines Kraftstoffinjektors 4 durch Verschleiß verändern kann. Auch andere Änderungen der Einspritzcharakteristik durch Verschleiß sind vorstellbar.

[0056] Während sich bei dem verschlissenen Kraftstoffinjektors 4 gemäß Figur 1a die Kurve gegenüber einem neuen Kraftstoff!njektor 4 weitgehend parallel verschiebt, so zeigt der verschlissene Kraftstoffinjektor 4 gemäß Figur 1 b einen veränderten Kurvenverlauf in der ballistischen Phase (gekrümmter erster Abschnitt der Kurve) sowie eine veränderte Steigung der Einspritzmenge über der Bestromungsdauer im geöffneten Zustand (linearer zweiter Abschnitt der Kurve).

[0057] Man erkennt, dass zur Erzielung einer bestimmten Piloteinspritzmenge, hier durch eine horizontale Hilfslinie gekennzeichnet, die Bestromungsdauer für einen verschlissenen Kraftstoffinjektor gegenüber einem unverbrauchten Kraftstoff!njektor um einen Zeitverzug (engl, offset) At verlängert wird. Dadurch kann auch mit einem verschlissenen Injektor eine annähernd gleiche Einspritzcharakteristik wie mit einem neuen Kraftstoffinjektor erzielt werden.

[0058] Als Hilfsdiagramm ist zusätzlich ein Profil einer Bestromung (Strom I) eines Injektors über der Zeit t eingezeichnet. Darin ist zu erkennen, wie eine Bestromung um einen Zeitverzug At verlängert wird.

[0059] Fig. 2a zeigt in drei der gleichen Zeitachse (ausgedrückt als Kurbelwinkel) zugeordneten Diagrammen drei charakteristische Verläufe während eines Verbrennungsereignisses in einer Brennkraftmaschine 1 im Dieselbetrieb, wobei Kurven für den Verlauf mit Voreinspritzung und für den Verlauf ohne Voreinspritzung unterschieden sind. Durch eine vertikale strichlierte Hilfslinie ist der obere Totpunkt (OT) gekennzeichnet.

[0060] Das oberste Diagramm zeigt einen Zylinderdruckverlauf.

[0061] Das Diagramm darunter zeigt eine Energiefreisetzungsrate wieder mit und ohne Voreinspritzung. Man erkennt, dass durch die Voreinspritzung eine wesentlich gleichmäßigere Energiefreisetzungsrate erzielt wird als ohne Voreinspritzung.

[0062] In der Darstellung darunter ist die Schallemission einer Verbrennung über den Kurbelwinkel aufgetragen. Das Verbrennungsereignis ohne Voreinspritzung ist durch einen scharfen Peak an der Schallemission charakterisiert.

[0063] Ursache für eine raue Verbrennung mit großen Druckgradienten ist der Zündverzug der Hauptkraftstoffmenge (in Form von flüssigem Kraftstoff, z.B Diesel) in einer Kolben-Zylinder-Einheit der Brennkraftmaschine. Durch Einstellung einer geeigneten Voreinspritzmenge kann der Zündverzug der Hauptmenge an flüssigem Kraftstoff deutlich reduziert werden. Dies wird in der Kurve zur Schallemission „mit Voreinspritzung“ deutlich offenbar.

[0064] Fig. 2b zeigt analog zur Figur 2a die Verläufe für des Zylinderdruckes, der Energiefreisetzungsrate und der Schallemission einer Verbrennung über den Kurbelwinkel für einen Ver brennungszyklus der Brennkraftmaschine 1 im Dual-Fuel- Betriebsmodus für unterschiedliche Piloteinspritzmengen (im Diagramm kurz: „Pilotmenge“). Man erkennt, dass eine größere Piloteinspritzmenge von größeren Gradienten in der Energiefreisetzungsrate sowie von größerer Schallemission begleitet ist. Es sei angemerkt, dass in einem - hier nicht dargestellten - Kurvenabschnitt mit extrem geringen Piloteinspritzmengen die Aussetzergrenze der Brennkraftmaschine erreicht wird, das Kraftstoff-Luftgemisch im Zylinder der Brennkraftmaschine also nicht mehr zündet.

[0065] Fig.3 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Regeleinrichtung 2, einem Kraftstoffinjektor für flüssigen Kraftstoff 4 und einer Gaszufuhreinrichtung 5. In der Abbildung ist lediglich eine Kolben-Zylinder-Einheit 3 gezeigt, in der Praxis weisen gattungsgemäße Brennkraftmaschinen eine Vielzahl von Kolben-Zylinder- Einheiten 3 auf. Die Kolben-Zylinder-Einheit 3 ist mit einem Sensor 6 ausgestattet, der Schallemissionen der Kolben-Zylinder-Einheit 3 detektieren und an die Regeleinrichtung 2 melden kann.

[0066] Wie in der Beschreibung weiter oben erläutert, kann der Sensor 6 auch als anderer Sensor ausgebildet sein, der geeignet ist, für die Qualität der Verbrennung charakteristische Signale zu erfassen.

[0067] Die Regeleinrichtung 2 ist über Signalleitungen mit dem Kraftstoff!njektor 4 und der Gaszufuhreinrichtung 5 verbunden. Solchermaßen kann die Regeleinrichtung 2 die jeweiligen über den Kraftstoffinjektor 4 bzw. die Gaszufuhreinrichtung 5 zugeführten Mengen an flüssigem bzw. gasförmigem Kraftstoff in Abhängigkeit der Schallemission der Kolben-Zylinder-Einheit 3 regeln.

[0068] Figur 4 zeigt ein Diagramm einer Schallemission einer Brennkraftmaschine 1 als Funktion der Voreinspritzmenge bzw. der Piloteinspritzmenge. Die Schallemission hat einen charakteristischen Verlauf mit einer Hochlage bei geringen Voreinspritzmengen bzw. Piloteinspritzmengen, gefolgt von einem steilen Abfall bei Erhöhung der Einspritzmengen. Eine weitere Erhöhung der Einspritzmengen nach dem steilen Abfall bewirkt nur noch eine geringe Reduktion der Schallemission.

[0069] Bei weiterem Ansteigen der Voreinspritzmenge bzw. der Piloteinspritzmenge steigt die Schallemission wieder an. Aus diesem Grund wird die Voreinspritzmenge bzw. der Piloteinspritzmenge für den Kalibriermodus begrenzt. Das Diagramm zeigt also einen Ausschnitt der Voreinspritzmenge bzw. der Piloteinspritzmenge zur Illustration des Überganges von einer tendenziell zu geringen Voreinspritzmenge zu einer anzustrebenden Voreinspritzmenge. Im Diagramm illustriert ist die in der Beschreibung weiter oben schon erläuterte Annäherung an einen Referenzbereich der Schallemission bzw. einen Referenzbereich der Voreinspritzmenge bzw. der Piloteinspritzmenge „von oben“ und „von unten“: [0070] Ausgehend von einem rauen Betrieb (im Diagramm links) mit einem hohen Niveau an Schallemission bewirkt ein Vergrößern der Voreinspritzmenge / Piloteinspritzmenge ein rasches Absinken der Schallemission, sobald der steile Kurvenabschnitt erreicht wird. Im Kalibriermodus kann nun beispielsweise ein bestimmter Referenzbereich der Schallemission festgelegt werden, bis zu welchem die Voreinspritzmenge / Piloteinspritzmenge erhöht wird. Die sich daraus ergebende Voreinspritzmenge / Piloteinspritzmenge, im Diagramm als „Referenzbereich der Voreinspritzmenge / Piloteinspritzmenge“ gekennzeichnet, ist die neu kalibrierte Menge für den Normalbetrieb.

[0071] Ausgehend von einem ruhigen Betrieb (im Diagramm rechts) kann auf umgekehrte Weise die Voreinspritzmenge / Piloteinspritzmenge reduziert werden, bis ein festlegbarer Referenzbereich der Schallemission erreicht wird. Die sich daraus ergebende Voreinspritzmenge / Piloteinspritzmenge, im Diagramm als „Referenzbereich der Voreinspritzmenge / Piloteinspritzmenge“ gekennzeichnet, ist die neu kalibrierte Menge für den Normalbetrieb. LISTE DER VERWENDETEN BEZUGSZEICHEN: 1 Brennkraftmaschine 2 Regeleinrichtung 3 Kolben-Zylinder-Einheit 4 Kraftstoffinjektor für flüssigen Kraftstoff 5 Gaszufuhreinrichtung 6 Sensor

Claims

Patentansprüche

1. Dual-Fuel-Brennkraftmaschine (1) mit: - einer Regeleinrichtung (2) zum Regeln der Brennkraftmaschine (1) - wenigstens einer Kolben-Zylinder-Einheit (3) - wenigstens einem dieser Kolben-Zylinder-Einheit (3) zugeordneten Kraftstoff!njektor (4) für einen flüssigen Kraftstoff, - wenigstens einer dieser Kolben-Zylinder-Einheit (3) zugeordneten Gaszufuhreinrichtung (5) für gasförmigen Kraftstoff, wobei die Regeleinrichtung (2) einen Normalbetriebsmodus aufweist, in welchem sie dazu ausgebildet ist, den Kraftstoffinjektor (4) und die wenigstens eine Gaszufuhreinrichtung (5) zur Dosierung der Menge an der wenigstens einen Kolben-Zylinder-Einheit (3) zugeführtem flüssigen bzw. gasförmigen Kraftstoff anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (2) darüber hinaus einen Kalibriermodus aufweist, in welchem sie den Kraftstoff!njektor (4) zur veränderbaren Zuführung von flüssigem Kraftstoff in die wenigstens eine Kolben-Zylinder-Einheit (3) ansteuert, wobei in einer Zuführung eine geringe Menge an flüssigem Kraftstoff zugeführt wird und dass ein Sensor (6) vorgesehen ist, durch welchen ein bei der Verbrennung in der Kolben-Zylinder-Einheit (3) entstehendes Signal detektierbar ist und die Regeleinrichtung (2) in Abhängigkeit des vom Sensor (6) de-tektierten Signals den Kraftstoff!njektor (4) hinsichtlich der Menge an flüssigem Kraftstoff für die Zuführung an flüssigem Kraftstoff für den Normalbetriebsmodus kalibriert.
2. Dual-Fuel-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei jede Kolben Zylinder-Einheit (3) mit einem Sensor (6) zur Detektion des Signals ausgestattet ist.
3. Dual-Fuel-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor (6) ein Beschleunigungssensor ist.
4. Dual-Fuel-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor (6) ein Zylinderdrucksensor ist.
5. Dual-Fuel-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor (6) ein lo-nenstromsensor ist.
6. Verfahren zum Betreiben einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine (1), wobei der Normalbetriebsmodus als Dieselbetrieb ausgebildet ist und im Kalibriermodus eine Voreinspritzmenge für den Normalbetriebsmodus kalibriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit einer von einem Kraftstoffinjektor (4) in die wenigsten eine Kolben-Zylinder-Einheit (3) eingebrachten Kraftstoffmenge die von einem Verbrennungsereignis in wenigstens einer Kolben-Zylinder-Einheit (3) verursachtes Signal ermittelt wird und in einem Kalibriermodus zur Kalibrierung einer vom Kraftstoffinjektor (4) eingespritzten Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge die Pilotkraftstoffmenge bzw. die Voreinspritzmenge solange verändert wird, bis ein festlegbarer Referenzbereich des Signals erreicht wird wobei die zu dem oder den Referenzbereich(en) gehörige Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge als Zielgröße der Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge für einen Normalbetriebsmodus betrachtet wird.
7. Verfahren zum Betreiben einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine (1), wobei der Normalbetriebsmodus als Pilotbetrieb ausgebildet ist und im Kalibriermodus eine Pilotspritzmenge für den Normalbetriebsmodus kalibriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit einer von einem Kraftstoff!njektor (4) in die wenigsten eine Kolben-Zylinder-Einheit (3) eingebrachten Kraftstoffmenge die von einem Verbrennungsereignis in wenigstens einer Kolben-Zylinder-Einheit (3) verursachtes Signal ermittelt wird und in einem Kalibriermodus zur Kalibrierung einer vom Kraftstoff!njektor (4) eingespritzten Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge die Pilotkraftstoffmenge bzw. die Voreinspritzmenge solange verändert wird, bis ein festlegbarer Referenzbereich des Signals erreicht wird wobei die zu dem oder den Referenzbereich(en) gehörige Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge als Zielgröße der Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge für einen Normalbetriebsmodus betrachtet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass als vom Verbrennungsereignis verursachtes Signal die Schallemission herangezogen wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei in dem Kalibriermodus zur Kalibrierung der vom Kraftstoffinjektor (4) eingespritzten Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge entweder die Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge solange gesteigert wird, bis ein festlegbarer Referenzbereich des Signals unterschritten wird oder die Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge solange reduziert wird, bis ein festlegbarer Referenzbereich des Signals überschritten wird, wobei die zu dem oder den Referenzbe-reich(en) des Signals gehörige Pilotkraftstoffmenge bzw. Voreinspritzmenge als Zielgröße der Pilotkraftstoffmenge bzw. der Voreinspritzmenge betrachtet wird.
10. Verfahren nach wenigstens einem vorangegangenen Ansprüche, wobei der Kalibriermodus in vorgebbaren Intervallen unter dem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1 wiederholt wird. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen