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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine.
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Insbesondere stationäre Gasmotoren werden auf einen stationären Betriebspunkt mit höchstem Wirkungsgrad ausgelegt. Durch sehr hohe Verdichtungsverhältnisse werden solche Brennkraftmaschinen nahe der Klopfgrenze betrieben. Die Methanzahlverträglichkeit an diesem Betriebspunkt ist sehr gering, und es müssen daher normalerweise für das verwendete Brenngas Methanzahlen von mehr als 80 sichergestellt werden. Brenngase mit geringeren Methanzahlen, also Methanzahlen von weniger als 80, können beispielsweise durch Absenkung des Verdichtungsverhältnisses oder durch spätere Zündzeitpunkte verwendet werden. Beide Maßnahmen führen zu deutlichen Wirkungsgradeinbußen. Eine weitere Maßnahme, um ein Gas oder ein Gasgemisch mit einer geringen Methanzahl verwenden zu können, besteht darin, die Brennkraftmaschine zu „deraten“, das heißt ihre Nennleistung abzusenken. Dies geht jedoch mit Leistungseinbußen einher.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei insbesondere die oben genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer zum Betrieb mit einem Brenngas eingerichteten Brennkraftmaschine geschaffen wird, die mindestens einen Brennraum aufweist, dem mindestens ein variabel einstellbares Einlassventil zugeordnet ist. Dabei wird die Brennkraftmaschine in einem Miller-Kreisprozess betrieben. Ein Einlassschluss des mindestens einen Einlassventils liegt also vor einem Erreichen eines unteren Totpunkts eines dem Brennraum zugeordneten Kolbens in einem Ansaugtakt.
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Durch diesen frühen Einlassschluss wird eine Ladungskühlung durch Expansion bewirkt, sodass sich die Klopfgrenze der Brennkraftmaschine verschiebt. Durch das Verschieben der Klopfgrenze der Brennkraftmaschine können Gase oder Gasgemische als Brenngas verwendet werden, welche eine Methanzahl von weniger als 80, insbesondere von 50 oder mehr, haben. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auch der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine gesteigert. Dieser Wirkungsgradvorteil resultiert aus einer früheren Verbrennungslage und einer schnelleren Umsetzung der Zylindermasse im Vergleich zu einer entsprechenden Brennkraftmaschine, welche nicht im Miller-Kreisprozess betrieben wird, also bei der insbesondere das Einlassventil frühestens am oder nach dem unteren Totpunkt eines dem Brennraum zugeordneten Kolbens im Ansaugtakt geschlossen wird.
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Unter dem Begriff „Brenngas“ werden Gase und Gasgemische verstanden. Bevorzugt ist das Brenngas Erdgas, Biogas, Deponiegas, Klärgas, Grubengas, Produktgas aus der Holzvergasung, Magergas, Sondergas oder ein beliebiges Gemisch davon. Bevorzugt ist das Brenngas Erdgas und/oder Biogas. Bevorzugt wird als Brenngas ein methanhaltiges Gas verwendet.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine wird bevorzugt in einem Viertaktprozess betrieben. Zu Beginn des ersten Taktes des Viertaktprozesses, der auch als Ansaugtakt bezeichnet wird, steht ein Kolben in einem Brennraum an seinem oberen Totpunkt. Der Kolben bewegt sich anschließend in Richtung einer Kurbelwelle hin zu einem unteren Totpunkt. Bei dieser Bewegung des Kolbens wird Verbrennungsluft und/oder ein Brenngas-Verbrennungsluft-Gemisch durch das mindestens eine Einlassventil in den Brennraum, bevorzugt in den Zylinder, eingelassen. In dem hier vorgeschlagenen Miller-Kreisprozess wird das Einlassventil vor Erreichen des unteren Totpunkts des Kolbens geschlossen. Der erste Takt ist beendet, wenn der Kolben seinen unteren Totpunkt erreicht hat.
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Nach Erreichen des unteren Totpunkts bewegt sich der Kolben in einem zweiten Takt, der auch als Verdichtungstakt bezeichnet wird, zurück in Richtung seines oberen Totpunkts. Die Verbrennungsluft und/oder das Brenngas-Verbrennungsluft-Gemisch werden dadurch in dem Brennraum, bevorzugt in dem Zylinder, verdichtet. Durch die Kompression werden die Verbrennungsluft und/oder das Brenngas-Verbrennungsluft-Gemisch erwärmt. Wird dem Brennraum über das Einlassventil nur Verbrennungsluft zugeführt, erfolgt noch eine separate Zufuhr von Brenngas, beispielsweise durch einen Injektor. Bevorzugt kurz bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht erfolgt eine Zündung des Brenngas-Verbrennungsluft-Gemischs in dem Brennraum. Der genaue Zeitpunkt der Zündung ist insbesondere abhängig von einer momentanen Last- und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine.
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Nach Erreichen des oberen Totpunkts bewegt sich der Kolben in einem dritten Takt, der auch als Arbeitstakt bezeichnet wird, wieder in Richtung seines unteren Totpunkts. Dabei verrichtet das verbrennende Brenngas-Verbrennungsluft-Gemisch durch Expansion mechanische Arbeit am Kolben und kühlt sich dabei ab.
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Nach Erreichen des unteren Totpunkts des Kolbens bewegt sich der Kolben in einem vierten Takt, der auch als Ausstoßtakt bezeichnet wird, wieder in Richtung seines oberen Totpunkts, wodurch Abgas aus dem Brennraum, bevorzugt aus dem Zylinder, über ein dem Brennraum zugeordnetes Auslassventil ausgeschoben wird.
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Zeiten in den vier Arbeitstakten der Brennkraftmaschine werden typischerweise – so auch hier – in Grad Kurbelwellenwinkel (°KW) angegeben. Ein vollständiger Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine, der alle vier Takte umfasst, benötigt zwei Umdrehungen der Kurbelwelle, also 720 °KW. Die Zählung erfolgt typischerweise von 0 °KW bis 720 °KW und beginnt dann im Sinne der Periodizität der Arbeitszyklen wieder bei 0 °KW. Abweichend von der oben aufgeführten, intuitiveren Darstellung der vier Takte beginnt die Zählung typischerweise mit dem Arbeitstakt, dessen oberem Totpunkt 0 °KW zugeordnet sind. Der hier insbesondere relevante Ansaugtakt liegt dann – zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt des Kolbens – bei 360 °KW (oberer Totpunkt) bis 540 °KW (unterer Totpunkt). Es ist aber auch eine andere Zählweise möglich.
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Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das mindestens eine variabel einstellbare Einlassventil bei einem Öffnungswinkel von 50 °KW vor dem unteren Totpunkt des Kolbens in dem Ansaugtakt oder früher geschlossen wird. Dementsprechend wird das mindestens eine variabel einstellbare Einlassventil bei einem Öffnungswinkel von mindestens 50 °KW, bevor der Kolben im Ansaugtakt seinen unteren Totpunkt erreicht, beispielsweise bei 490 °KW (wenn dem oberen Totpunkt des Kolbens im Arbeitstakt 0 °KW zugeordnet ist), geschlossen. Durch dieses extrem frühe Schließen des mindestens einen Einlassventils wird einerseits die Klopfgrenze der Brennkraftmaschine deutlich verschoben und andererseits – überraschenderweise – der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zusätzlich deutlich erhöht im Vergleich zu einer Brennkraftmaschine, bei der kurz vor, das heißt bei einem Öffnungswinkel von maximal 5 °KW vor dem unteren Totpunkt, oder am unteren Totpunkt des Kolbens das Einlassventil geschlossen wird. Es können daher ohne weiteres Brenngase mit Methanzahlen auch deutlich unter 80, vorzugsweise 50 oder mehr, verwendet werden.
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Das mindestens eine variabel einstellbare Einlassventil wird bevorzugt bei einem Öffnungswinkel von 51 °KW oder früher, bevorzugt 52 °KW oder früher, bevorzugt 53 °KW oder früher, bevorzugt 54 °KW oder früher, bevorzugt 55 °KW oder früher, bevorzugt 56 °KW oder früher, bevorzugt 57 °KW oder früher, bevorzugt 58 °KW oder früher, bevorzugt 59 °KW oder früher, bevorzugt 60 °KW oder früher, bevorzugt 61 °KW oder früher, bevorzugt 62 °KW oder früher, bevorzugt 63 °KW oder früher, bevorzugt 64 °KW oder früher, bevorzugt 65 °KW oder früher, bevorzugt 66 °KW oder früher, bevorzugt 67 °KW oder früher, bevorzugt 68 °KW oder früher, bevorzugt 69 °KW oder früher, bevorzugt 70 °KW oder früher, bevorzugt 71 °KW oder früher, bevorzugt 72 °KW oder früher, bevorzugt 73 °KW oder früher, bevorzugt 74 °KW oder früher, bevorzugt 75 °KW oder früher, bevorzugt 76 °KW oder früher, bevorzugt 77 °KW oder früher, bevorzugt 78 °KW oder früher, bevorzugt 79 °KW oder früher, bevorzugt 80 °KW oder früher, bevorzugt 81 °KW oder früher, bevorzugt 82 °KW oder früher, bevorzugt 83 °KW oder früher, bevorzugt 84 °KW oder früher, bevorzugt 85 °KW oder früher, bevorzugt 86 °KW oder früher, bevorzugt 87 °KW oder früher, bevorzugt 88 °KW oder früher, bevorzugt 89 °KW oder früher, bevorzugt 90 °KW oder früher, vor dem unteren Totpunkt des Kolbens im Ansaugtakt geschlossen.
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Das mindestens eine variabel einstellbare Einlassventil wird bevorzugt bei einem Öffnungswinkel von 90 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 89 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 88 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 87 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 86 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 85 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 84 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 83 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 82 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 81 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 80 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 79 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 78 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 77 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 76 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 75 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 74 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 73 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 72 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 71 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 70 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 69 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 68 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 67 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 66 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 65 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 64 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 63 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 62 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 61 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 60 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 59 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 58 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 57 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 56 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 55 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 54 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 53 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 52 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 51 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 51 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 52 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 53 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 54 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 55 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 56 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 57 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 58 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 59 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 60 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 61 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 62 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 63 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 64 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 65 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 66 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 67 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 68 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 69 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 70 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 71 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 72 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 73 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 74 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 75 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 76 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 77 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 78 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 79 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 80 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 81 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 82 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 83 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 84 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 85 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 86 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 87 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 88 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 89 °KW, bevorzugt 90 °KW bis 50 °KW, bevorzugt 89 °KW bis 51 °KW, bevorzugt 88 °KW bis 52 °KW, bevorzugt 87 °KW bis 53 °KW, bevorzugt 86 °KW bis 54 °KW, bevorzugt 85 °KW bis 55 °KW, bevorzugt 84 °KW bis 56 °KW, bevorzugt 83 °KW bis 57 °KW, bevorzugt 82 °KW bis 58 °KW, bevorzugt 81 °KW bis 59 °KW, bevorzugt 80 °KW bis 60 °KW, bevorzugt 79 °KW bis 61 °KW, bevorzugt 78 °KW bis 62 °KW, bevorzugt 77 °KW bis 63 °KW, bevorzugt 76 °KW bis 64 °KW, bevorzugt 75 °KW bis 65 °KW, bevorzugt 74 °KW bis 66 °KW, bevorzugt 73 °KW bis 67 °KW, bevorzugt 72 °KW bis 68 °KW, bevorzugt 71 °KW bis 69 °KW, bevorzugt genau 50 °KW, bevorzugt genau 51 °KW, bevorzugt genau 52 °KW, bevorzugt genau 53 °KW, bevorzugt genau 54 °KW, bevorzugt genau 55 °KW, bevorzugt genau 56 °KW, bevorzugt genau 57 °KW, bevorzugt genau 58 °KW, bevorzugt genau 59 °KW, bevorzugt genau 60 °KW, bevorzugt genau 61 °KW, bevorzugt genau 62 °KW, bevorzugt genau 63 °KW, bevorzugt genau 64 °KW, bevorzugt genau 65 °KW, bevorzugt genau 66 °KW, bevorzugt genau 67 °KW, bevorzugt genau 68 °KW, bevorzugt genau 69 °KW, bevorzugt genau 70 °KW, bevorzugt genau 71 °KW, bevorzugt genau 72 °KW, bevorzugt genau 73 °KW, bevorzugt genau 74 °KW, bevorzugt genau 75 °KW, bevorzugt genau 76 °KW, bevorzugt genau 77 °KW, bevorzugt genau 78 °KW, bevorzugt genau 79 °KW, bevorzugt genau 80 °KW, bevorzugt genau 81 °KW, bevorzugt genau 82 °KW, bevorzugt genau 83 °KW, bevorzugt genau 84 °KW, bevorzugt genau 85 °KW, bevorzugt genau 86 °KW, bevorzugt genau 87 °KW, bevorzugt genau 88 °KW, bevorzugt genau 89 °KW, bevorzugt genau 90 °KW, vor dem unteren Totpunkt eines Kolbens im Ansaugtakt geschlossen.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Brennkraftmaschine mit einem Brenngas mit einer Methanzahl von weniger als 80 betrieben wird. Mit dem erfindungsgemäßen oder einem erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren ist es möglich, ein Brenngas mit einer geringen Methanzahl, bevorzugt einer Methanzahl von weniger als 80, zu betreiben, ohne dass ein Klopfen im Betrieb der Brennkraftmaschine auftritt. Bevorzugt wird die Brennkraftmaschine mit einem Brenngas mit einer Methanzahl von weniger als 70, bevorzugt weniger als 65, bevorzugt weniger als 60, bevorzugt mehr als 50, bevorzugt mehr als 53, bevorzugt mehr als 55, bevorzugt von 50 bis 80, bevorzugt von 53 bis 70, bevorzugt von 55 bis 60, betrieben.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Brennkraftmaschine als stationäre Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Hierbei verwirklichen sich in besonderer Weise die mit dem Verfahren verbundenen Vorteile, insbesondere da die stationäre Brennkraftmaschine typischerweise in einem stationären Leistungspunkt oder Betriebspunkt und insbesondere in ihrem Nennleistungspunkt betrieben wird, wobei das Verfahren in besonders günstiger und effizienter Weise durchführbar ist.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das mindestens eine variabel einstellbare Einlassventil einen vollvariablen Ventiltrieb aufweist. Damit ist es in besonders flexibler und effizienter Weise ansteuerbar.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das mindestens eine variabel einstellbare Einlassventil in einem ersten Verbrennungszyklus bei einem ersten Öffnungswinkel und in einem zweiten Verbrennungszyklus bei einem zweiten Öffnungswinkel geschlossen wird. Durch dieses Verfahren ist es insbesondere möglich, auf möglicherweise in dem zugeführten Brenngas vorhandene stoffliche Fluktuationen reagieren zu können und dennoch einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Klopftoleranz der Brennkraftmaschine bereitzustellen.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der erste Öffnungswinkel von dem zweiten Öffnungswinkel verschieden ist. Es ergeben sich dabei insbesondere die oben genannten Vorteile.
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Vorzugsweise erfolgt in dem erfindungsgemäßen oder einem erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren keine methanzahl-abhängige Verschiebung des Zündzeitpunkts. Vorzugsweise wird das Verdichtungsverhältnis im Betrieb der Brennkraftmaschine nicht in Abhängigkeit von der Methanzahl des verwendeten Brenngases abgesenkt. Bevorzugt wird in dem erfindungsgemäßen oder einem erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren die Nennleistung während des Betriebsverfahrens nicht abgesenkt, die Brennkraftmaschine wird also nicht „deratet“. Bevorzugt erfolgt in dem erfindungsgemäßen oder einem erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren keine methanzahl-abhängige Verschiebung des Zündzeitpunkts, Absenkung des Verdichtungsverhältnisses und Absenkung der Nennleistung. Auf jede dieser Maßnahmen kann verzichtet werden, da durch das Verfahren die Klopfgrenze in günstiger Weise auch für die Verwendung von Brenngasen mit niedrigen Methanzahlen verschoben wird, wobei zugleich bevorzugt der Wirkungsgrad angehoben wird.
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Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine, eingerichtet zum Betrieb mit einem Brenngas, geschaffen wird, die wenigstens einen Brennraum aufweist, dem mindestens ein variabel einstellbares Einlassventil zugeordnet ist, wobei die Brennkraftmaschine eingerichtet ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen oder eines erfindungsgemäß bevorzugten Verfahrens. Dabei verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
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Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, insbesondere 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, beispielswiese 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, beispielsweise Öl und/oder Gas, möglich. Auch die Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich ist beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, möglich. Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt 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.
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Besonders bevorzugt sind dem Brennraum wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei Einlassventile zugeordnet, von denen zumindest eines variabel einstellbar ist. Vorzugsweise sind beide dem Brennraum zugeordneten Einlassventile variabel einstellbar ausgebildet.
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Bevorzugt sind dem Brennraum zusätzlich oder alternativ wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei Auslassventile zugeordnet.
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Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine, welches als stationäre Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Dabei verwirklichen sich in besonderer Weise die Vorteile des Verfahrens, insbesondere wenn die stationäre Brennkraftmaschine in einem stationären Leistungspunkt, insbesondere ihrem Nennleistungspunkt, betrieben wird. Insbesondere dient die stationäre Brennkraftmaschine vorzugsweise dem Antrieb einer als Generator betriebenen elektrischen Maschine, mithin zur Bereitstellung elektrischer Leistung. Es ist auch möglich, die stationäre Brennkraftmaschine in einem Heizkraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung einzusetzen. Allerdings sind auch andere, insbesondere oben explizit genannte Anwendungen einer stationären Brennkraftmaschine möglich, wobei sich ebenfalls die genannten Vorteile verwirklichen.
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Die Beschreibung des Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, kurz auch als Betriebsverfahren bezeichnet, und die Beschreibung der Brennkraftmaschine sind komplementär zueinander zu verstehen. Verfahrensschritte des Betriebsverfahrens, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Betriebsverfahrens. Merkmale der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Betriebsverfahren beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine. Diese zeichnet sich vorzugsweise durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer bevorzugten Ausführungsform des Betriebsverfahrens bedingt ist. Das Betriebsverfahren zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal der Brennkraftmaschine bedingt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine.
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Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1. Diese weist wenigstens einen Brennraum 3 auf, dem wenigstens ein variabel einstellbares Einlassventil 5 zugeordnet ist. Dieses weist vorzugsweise einen vollvariablen Ventiltrieb 7 auf. Über das Einlassventil 5 ist der Brennraum 3 mit einem Ladepfad 9 in Fluidverbindung, wobei dem Brennraum 3 über den Ladepfad 9 Verbrennungsluft oder ein Brenngas-Verbrennungsluft-Gemisch zuführbar ist.
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Über wenigstens ein Auslassventil 11 steht der Brennraum 3 mit einem Abgasstrang 13 in Fluidverbindung.
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Die Brennkraftmaschine 1 ist vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet. Dabei ist in dem Brennraum 3 ein Kolben 15 verlagerbar angeordnet.
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Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine 1 eine Mehrzahl von – insbesondere identisch ausgebildeten – Brennräumen 3 auf. Dabei ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine 1 vier Zylinder, sechs Zylinder, acht Zylinder, zehn Zylinder, zwölf Zylinder, sechzehn Zylinder, achtzehn Zylinder, zwanzig Zylinder oder vierundzwanzig Zylinder aufweist. Es ist auch möglich, dass die Brennkraftmaschine eine kleinere, eine größere oder eine andere Zahl von Zylindern aufweist. Die Brennkraftmaschine 1 ist vorzugsweise als Reihenmotor, als V-Motor oder als W-Motor ausgebildet. Auch andere Konfigurationen der Anordnung der einzelnen Brennräume 3 für die Brennkraftmaschine 1 sind möglich.
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Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine 1 für jeden Brennraum 3 mehr als ein variabel einstellbares Einlassventil 5 auf. Insbesondere ist es möglich, dass jedem Brennraum 3 genau zwei variabel einstellbare Einlassventile zugeordnet sind. Es ist auch möglich, dass die Brennkraftmaschine 1 für jeden Brennraum 3 mehr als ein Auslassventil 11 aufweist. Insbesondere ist es möglich, dass jedem Brennraum 3 genau zwei Auslassventile 11 zugeordnet sind.
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Die Brennkraftmaschine 1 wird in einem Miller-Kreisprozess betrieben, was bedeutet, dass das Einlassventil 5 in einem Ansaugtakt vor Erreichen eines unteren Totpunkts des Kolbens 15, bevorzugt bei einem Öffnungswinkel von 50 °KW oder früher vor Erreichen des unteren Totpunkts des Kolbens 15, geschlossen wird. Hierdurch kann der Abstand zu einer Klopfgrenze durch Expansion der Ladung in dem Brennraum 3 erhöht und zudem der Wirkungsgrad erhöht werden. Weiterhin kann durch den Miller-Kreisprozess ein früher Zündzeitpunkt gewählt werden, sodass eine möglichst rasche Umsetzung eines Verbrennungsluft-Brenngas-Gemischs in dem Brennraum 3 verwirklicht werden kann. Dies trägt auch zu der Wirkungsgraderhöhung für die Brennkraftmaschine 1 bei.
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Die Brennkraftmaschine 1, welche bevorzugt als stationäre Brennkraftmaschine 1 ausgebildet ist, kann durch den Betrieb in einem Miller-Kreisprozess, das heißt durch das frühe Schließen des Einlassventils 5, mit einem Brenngas betrieben werden, das eine Methanzahl von weniger als 80, bevorzugt mehr als 50, bevorzugt von mindestens 50 bis höchstens 80, hat.
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Vorzugsweise wird das mindestens eine variabel einstellbare Einlassventil 5 in einem ersten Verbrennungszyklus bei einem ersten Öffnungswinkel und in einem zweiten Verbrennungszyklus bei einem zweiten Öffnungswinkel geschlossen, wobei der erste und der zweite Öffnungswinkel verschieden sind. Dadurch wird insbesondere erreicht, dass stoffliche Fluktuationen in dem Verbrennungsluft-Brenngas-Gemisch, Wirkungsgradoptimierungen und allgemein während des Betriebes der Brennkraftmaschine 1 auftretende, insbesondere den Wirkungsgrad beeinträchtigende Änderungen und/oder Parameter ausgeglichen, insbesondere optimiert werden können.
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Insgesamt zeigt sich, dass mit dem Verfahren und der Brennkraftmaschine 1 insbesondere Brenngase mit niedriger Methanzahl ohne den Wirkungsgrad oder die Leistung der Brennkraftmaschine erniedrigende Maßnahmen – vorzugsweise sogar bei erhöhtem Wirkungsgrad – zum Betrieb der Brennkraftmaschine 1 verwende werden können.
