DE102014015785A1

DE102014015785A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014015785A1
Application number: DE102014015785.7A
Authority: DE
Inventors: Dusan Mikeska; Christoph Schrott
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2016-06-09
Also published as: KR20160068646A; FI20155901A; KR102222345B1; JP6755654B2; JP2016109135A; CN105673216A; FI129130B

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, nämlich eines ausschließlich mit Diesel betreibbaren Dieselmotors oder eines wahlweise mit Diesel oder mit Gas betreibbaren Dual-Fuel-Motors, wobei Zylindern (10) der Brennkraftmaschine als Kraftstoff Diesel über ein Haupteinspritzsystem zugeführt (11) wird, und wobei in die Zylinder (10) zeitlich vor und/oder zeitlich nach der über das Haupteinspritzsystem (11) in die Zylinder (10) eingebrachten Dieselhaupteinspritzmenge über ein Piloteinspritzsystem (12) eine im Vergleich zur Dieselhaupteinspritzmenge kleinere Dieselvoreinspritzmenge und/oder Dieselnacheinspritzmenge eingebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 11.
Brennkraftmaschinen sind entweder als Dieselmotoren, die ausschließlich mit Diesel bzw. Schweröl betrieben werden können, oder als Dual-Fuel-Motoren, die wahlweise mit Diesel bzw. Schweröl oder alternativ mit Gas betrieben werden können, ausgeführt. Bei Dieselmotoren, die ausschließlich mit Diesel bzw. Schweröl betrieben werden können, wird der zu verbrennende Kraftstoff, nämlich der Diesel bzw. das Schweröl, in die Zylinder des Dieselmotors ausschließlich über ein Haupteinspritzsystem eingebracht. Von Dual-Fuel-Motoren ist es bekannt, dass zusätzlich zu einem Haupteinspritzsystem ein Piloteinspritzsystem vorhanden ist, wobei bei Dual-Fuel-Motoren bei Verwendung von Diesel bzw. Schweröl als Kraftstoff der Diesel bzw. das Schweröl ausschließlich über das Haupteinspritzsystem in die Zylinder des Dual-Fuel-Motors eingebracht wird, und wobei bei Verwendung von Gas als Kraftstoff über das Haupteinspritzsystem Gas in die Zylinder und zur Zündung des Gases über das Piloteinspritzsystem Diesel in das in die Zylinder eingebrachte Gas eingebracht wird. Dann, wenn in der Beschreibung und in den Ansprüchen der Begriff Diesel verwendet wird, soll hierunter auch Schweröl verstanden werden.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen.
Diese Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst.
Hiernach wird in die Zylinder zeitlich vor und/oder zeitlich nach der über das Haupteinspritzsystem in die Zylinder eingebrachten Dieselhaupteinspritzmenge über ein Piloteinspritzsystem eine im Vergleich zur Dieselhaupteinspritzmenge kleinere Dieselvoreinspritzmenge und/oder Dieselnacheinspritzmenge eingebracht.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, dass dann, wenn über ein Haupteinspritzsystem in die Zylinder Diesel bzw. Schweröl mit einer definierten Dieselhaupteinspritzmenge eingebracht wird, über das Piloteinspritzsystem eine im Vergleich zu der über das Haupteinspritzsystem eingebrachten Dieselhaupteinspritzmenge kleinere Dieselvoreinspritzmenge und/oder Dieselnacheinspritzmenge einzubringen. Bei Dieselmotoren wird im Sinne der Erfindung erstmals ein Piloteinspritzsystem eingesetzt. Bei Dual-Fuel-Motoren kommt im Sinne der Erfindung das Piloteinspritzsystem erstmals dann zur Anwendung, wenn über das Haupteinspritzsystem als Kraftstoff Diesel bzw. Schweröl in die Zylinder des Dual-Fuel-Motors eingebracht wird. Durch die Erfindung ist es möglich den Zylindern Diesel bzw. Schweröl hochgenau zuzuführen und so zur Reduzierung von Schadstoffemissionen die eingespritzte Kraftstoffmenge genau einzustellen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Dieselhaupteinspritzmenge mit einer Dieselhaupteinspritzrate in die Zylinder eingebracht, wobei die Dieselvoreinspritzmenge mit einer Dieselvoreinspritzrate und/oder die Dieselnacheinspritzmenge mit einer Dieselnacheinspritzrate in die Zylinder eingebracht wird, wobei die Dieselhaupteinspritzrate größer als die Dieselvoreinspritzrate und größer als die Dieselnacheinspritzrate ist. Dann, wenn die Dieselhaupteinspritzrate größer als die Dieselvoreinspritzrate und größer als die Dieselnacheinspritzrate ist, kann über das Piloteinspritzsystem der Kraftstoff, nämlich der Diesel bzw. das Schweröl, besonders vorteilhaft in die Zylinder des Motors eingebracht werden.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wir die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 gelöst. Hiernach wird in einem oberen Lastbereich der Brennkraftmaschine den Zylindern der Brennkraftmaschine als Kraftstoff Diesel bzw. Schweröl über ein Haupteinspritzsystem zugeführt wird, wohingegen in einem unteren Lastbereich der Brennkraftmaschine den Zylindern der Brennkraftmaschine als Kraftstoff Diesel bzw. Schweröl über ein Piloteinspritzsystem jedoch nicht über das Haupteinspritzsystem zugeführt wird. Hiermit ist im unteren Teillastbereich der Brennkraftmaschine den Zylindern Diesel bzw. Schweröl hochgenau zufühbar.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine stark schematisierte Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine;
2: Zeitdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Bei der zu betreibenden Brennkraftmaschine handelt es sich entweder um einen ausschließlich mit Diesel bzw. Schweröl betreibbaren Dieselmotor oder um einen wahlweise mit Diesel bzw. Schweröl oder mit Gas betreibbaren Dual-Fuel-Motor. Dann, wenn die zu betreibende Brennkraftmaschine als Dual-Fuel-Motor, der wahlweise mit Diesel bzw. Schweröl oder mit Gas betrieben werden kann, ausgebildet ist, betrifft die Erfindung den Dieselbetriebsmodus des Dual-Fuel-Motors, also einen Betriebsmodus, in welchem als Kraftstoff Diesel bzw. Schweröl verbrannt wird. Dann, wenn der Begriff Diesel verwendet wird, soll hierunter auch Schweröl verstanden werden.
1 zeigt schematisiert einen Zylinder 10 eines Motors. In den Zylinder 10 kann einerseits mit Hilfe eines Haupteinspritzsystems 11 und andererseits mit Hilfe eines Piloteinspritzsystems 12 Kraftstoff eingebracht werden. Beim Haupteinspritzsystem kann es sich zum Beispiel um ein Common-Rail-Einspritzsystem handeln, wobei dann jedem Zylinder 10 ein Injektor zugeordnet ist, mit Hilfe dessen in den jeweiligen Zylinder 10 über das Haupteinspritzsystem 11 Diesel eingespritzt werden kann. Über das Piloteinspritzsystem 12 kann unabhängig vom Haupteinspritzsystem 11 Diesel in den Zylinder 10 eingespritzt werden.
Im Sinne der Erfindung wird in die Zylinder 10 eines Dieselmotors oder im Dieselbetrieb in die Zylinder 10 eines Dual-Fuel-Motors mit Hilfe des Haupteinspritzsystems 11 als Kraftstoff Diesel eingebracht. Zusätzlich wird in die Zylinder 10 des Motors zeitlich vor und/oder zeitlich nach der über das Haupteinspritzsystem 11 eingebrachten Dieselhaupteinspritzmenge über das Piloteinspritzsystem 12 eine im Vergleich zur Dieselhaupteinspritzmenge kleinere Dieselvoreinspritzmenge und/oder Dieseleinspritzmenge eingebracht.
2 verdeutlicht für einen Zylinder eines Motors einen Einspritztakt 13, wobei in 2 über der Zeit t eine Einspritzrate dm/dt aufgetragen ist, wobei die Einspritzrate dm/dt der zeitlichen Ableitung der Einspritzmenge m entspricht.
2 zeigt für einen Einspritztakt 13 den zeitlichen Verlauf der über das Haupteinspritzsystem 11 bereitgestellten Dieselhaupteinspritzrate 14. Ferner zeigt 2 den zeitlichen Verlauf der während eines Einspritztakts 13 über das Piloteinspritzsystem 12 bereitgestellten Einspritzrate 15 bzw. 16, wobei gemäß 2 sowohl zeitlich vor der Haupteinspritzrate 14 als auch zeitlich nach der Haupteinspritzrate 14 über das Piloteinspritzsystem 12 jeweils Diesel in den jeweiligen Zylinder eingebracht wird, nämlich sowohl über die in 2 gezeigte Dieselvoreinspritzrate 15 als auch über die in 2 gezeigte Dieseleinspritzrate 16.
Es liegt im Sinne der Erfindung, in die Zylinder 10 eines Dieselmotors, der ausschließlich mit Diesel betrieben werden kann, oder in die Zylinder 10 eines im Dieselbetrieb betriebenen Dual-Fuel-Motors, während eines Einspritztakts 13 in den jeweiligen Zylinder 10 über das Haupteinspritzsystem 11 mit einer definierten Dieselhaupteinspritzrate 14 eine Dieselhaupteinspritzmenge einzuspritzen, und darüber hinaus während des Einspritztakts 13 über das unabhängig vom Haupteinspritzsystem 11 betriebene Piloteinspritzsystem 12 zeitlich vor und/oder zeitlich nach der über das Haupteinspritzsystem 11 in den jeweiligen Zylinder 10 eingebrachten Dieselhaupteinspritzmenge eine im Vergleich zur Dieselhaupteinspritzmenge kleinere Dieselvoreinspritzmenge und/oder Dieselnacheinspritzmenge einzubringen, nämlich die Dieselvoreinspritzmenge mit der Dieselvoreinspritzrate 15 und die Dieselnacheinspritzmenge mit der Dieselnacheinspritzrate 16. Die Dieselhaupteinspritzrate 14 ist dabei größer als die Dieselvoreinspritzrate 15 und größer als die Dieselnacheinspritzrate 16.
Obwohl im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel während des Einspritztakts 13 in den jeweiligen Zylinder 10 sowohl zeitlich vor als auch zeitlich nach der über das Haupteinspritzsystem 11 in den jeweiligen Zylinder 10 eingebrachten Dieselhaupteinspritzmenge über das Piloteinspritzsystem 12 eine Dieselvoreinspritzmenge und eine Dieselnacheinspritzmenge eingebracht wird, ist es auch möglich, alternativ ausschließlich vor oder ausschließlich nach der über das Haupteinspritzsystem 11 in den jeweiligen Zylinder 10 eingebrachten Dieselhaupteinspritzmenge über das Piloteinspritzsystem 12 entweder eine Dieselvoreinspritzmenge oder eine Dieselnacheinspritzmenge einzubringen.
Wie bereits ausgeführt, sind die Dieselvoreinspritzmenge und die Dieselnacheinspritzmenge jeweils kleiner als die Dieselhaupteinspritzmenge. Ferner sind, wie 2 entnommen werden kann, die Dieselvoreinspritzrate und die Dieselnacheinspritzrate jeweils kleiner als die Dieselhaupteinspritzrate.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Dieselvoreinspritzrate 15 und die Dieselnacheinspritzrate 16 gleich groß, dieselben sind jedoch durch unterschiedliche Aktivierungsdauern gekennzeichnet, sodass letztendlich die Dieselvoreinspritzmenge und die Dieselnacheinspritzmenge unterschiedlich groß sind.
So sind im Ausführungsbeispiel der 2 die Dieselvoreinspritzrate 15 und die Dieselnacheinspritzrate 16 gleich groß, die Aktivierungszeitdauer für die Dieselvoreinspritzrate 15 ist jedoch kleiner als die Aktivierungszeitdauer für die Dieselnacheinspritzrate 16, sodass die Dieselnacheinspritzmenge größer als die Dieselvoreinspritzmenge ist.
Im Unterschied zum gezeigten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass die Dieselvoreinspritzrate und die Dieselnacheinspritzrate unterschiedlich groß sind und/oder dass die Aktivierungszeitdauer für die Dieselvoreinspritzrate und die Aktivierungsdauer für die Dieselnacheinspritzrate gleich groß sind.
Die Dieselhaupteinspritzrate ist größer als die Dieselvoreinspritzrate und die Dieselnacheinspritzrate, weiterhin ist die Aktivierungsdauer für die Dieselhaupteinspritzrate größer als die Aktivierungszeitdauern der Dieselvoreinspritzrate und der Dieselnacheinspritzrate, sodass die über das Haupteinspritzsystem 11 eingebrachte Dieselhaupteinspritzmenge größer als die über das Piloteinspritzsystem 12 eingebrachte Dieselvoreinspritzmenge und/oder Dieselnacheinspritzmenge ist.
Die obige Betriebsweise ist insbesondere im Vollastbetrieb oder oberen Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine von Vorteil. Im unteren Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine kann alternativ vorgesehen sein, dass den Zylindern der Brennkraftmaschine als Kraftstoff Diesel bzw. Schweröl ausschließlich über das Piloteinspritzsystem jedoch nicht über das Haupteinspritzsystem zugeführt wird.
Im Sinne der Erfindung wird demnach insbesondere im Vollastbetrieb oder oberen Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine dann, wenn als Kraftstoff Diesel bzw. Schweröl verbrannt wird, und zwar entweder bei Dieselmotoren, die ausschließlich Diesel bzw. Schweröl verbrennen können, als auch bei Dual-Fuel-Motoren, zusätzlich zu der über das Haupteinspritzsystem 11 in die jeweiligen Zylinder 10 eingebrachten Dieselhaupteinspritzmenge zeitlich vor und/oder zeitlich nach der über das Haupteinspritzsystem 11 eingebrachten Dieselhaupteinspritzmenge über das Piloteinspritzsystem 12 eine im Vergleich zur Dieselhaupteinspritzmenge kleinere Dieselvoreinspritzmenge und/oder Dieselnacheinspritzmenge eingebracht. Die Dieselhaupteinspritzrate ist dabei größer als die Dieselvoreinspritzrate und größer als die Dieselnacheinspritzrate. Ebenso ist die Aktivierungszeitdauer für die Dieselhaupteinspritzrate größer als die jeweiligen Aktivierungsdauern für die Dieselvoreinspritzrate und die Dieselnacheinspritzrate. Eine Dieselvoreinspritzmenge und eine Dieselnacheinspritzmenge, die über das Piloteinspritzsystem 12 eingespritzt werden können, können gleich groß oder auch unterschiedlich groß sein. Auch können die Dieselvoreinspritzrate und die Dieselnacheinspritzrate sowie die Aktivierungszeitdauern für die Dieselvoreinspritzrate und die Dieselnacheinspritzrate gleich groß oder unterschiedlich groß sein. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass unter der Einspritzrate die erste zeitliche Ableitung der Einspritzmenge zu verstehen ist.
Mit der Erfindung ist es möglich, Diesel oder Schweröl hochgenau den Zylindern 10 eines Motors zuzuführen. Hierdurch können letztendlich Emissionen des Motors reduziert werden. Das Haupteinspritzsystem kann zum Beispiel als Common-Rail-Einspritzsystem oder als konventionelles Einspritzsystem mit schrägkantengesteuerten Kraftstoffpumpen ausgeführt sein. An das Haupteinspritzsystem müssen keine Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit der Haupteinspritzmenge gestellt werden. Vielmehr kann die Genauigkeit der eingebrachten Einspritzmenge über das Piloteinspritzsystem 12 realisiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Zylinder
11: Haupteinspritzsystem
12: Piloteinspritzsystem
13: Einspritztakt
14: Dieselhaupteinspritzrate
15: Dieselvoreinspritzrate
16: Dieselnacheinspritzrate

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, nämlich eines ausschließlich mit Diesel betreibbaren Dieselmotors oder eines wahlweise mit Diesel oder mit Gas betreibbaren Dual-Fuel-Motors, wobei Zylindern der Brennkraftmaschine als Kraftstoff Diesel über ein Haupteinspritzsystem zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zylinder zeitlich vor und/oder zeitlich nach der über das Haupteinspritzsystem in die Zylinder eingebrachten Dieselhaupteinspritzmenge über ein Piloteinspritzsystem eine im Vergleich zur Dieselhaupteinspritzmenge kleinere Dieselvoreinspritzmenge und/oder Dieselnacheinspritzmenge eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Haupteinspritzsystem ein konventionelles schrägkantengesteuertes Einspritzsystem oder ein Common-Rail-Einspritzsystem ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zylinder zeitlich vor und zeitlich nach der über das Haupteinspritzsystem eingebrachten Dieselhaupteinspritzmenge über das Piloteinspritzsystem eine Dieselvoreinspritzmenge und eine Dieselnacheinspritzmenge eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zylinder ausschließlich vor oder ausschließlich nach der über das Haupteinspritzsystem eingebrachten Dieselhaupteinspritzmenge über das Piloteinspritzsystem eine Dieselvoreinspritzmenge oder eine Dieselnacheinspritzmenge eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dieselhaupteinspritzmenge mit einer Dieselhaupteinspritzrate, die Dieselvoreinspritzmenge mit einer Dieselvoreinspritzrate und/oder die Dieselnacheinspritzmenge mit einer Dieselnacheinspritzrate in die Zylinder eingebracht wird, wobei die Dieselhaupteinspritzrate größer als die Dieselvoreinspritzrate und größer als die Dieselnacheinspritzrate ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dieselvoreinspritzmenge und die Dieselnacheinspritzmenge des Piloteinspritzsystems gleich groß sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dieselvoreinspritzmenge und die Dieselnacheinspritzmenge des Piloteinspritzsystems unterschiedlich groß sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dieselvoreinspritzrate und die Dieselnacheinspritzrate des Piloteinspritzsystems gleich groß sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dieselvoreinspritzrate und die Dieselnacheinspritzrate des Piloteinspritzsystems unterschiedlich groß sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierungszeitdauer des Piloteinspritzsystems für die Dieselvoreinspritzrate und eine Aktivierungszeitdauer des Piloteinspritzsystems für die Dieselnacheinspritzrate gleich groß sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierungszeitdauer des Piloteinspritzsystems für die Dieselvoreinspritzrate und eine Aktivierungszeitdauer des Piloteinspritzsystems für die Dieselnacheinspritzrate unterschiedlich groß sind.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, nämlich eines ausschließlich mit Diesel betreibbaren Dieselmotors oder eines wahlweise mit Diesel oder mit Gas betreibbaren Dual-Fuel-Motors, wobei in einem oberen Lastbereich der Brennkraftmaschine Zylindern der Brennkraftmaschine als Kraftstoff Diesel über ein Haupteinspritzsystem zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem unteren Lastbereich der Brennkraftmaschine den Zylindern der Brennkraftmaschine als Kraftstoff Diesel über ein Piloteinspritzsystem jedoch nicht über das Haupteinspritzsystem zugeführt wird.
Verfahren nach Ansprüche 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem oberen Lastbereich der Brennkraftmaschine dieselbe über das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 betrieben wird.