DE102016221776B4

DE102016221776B4 - Verfahren zum Bewerten einer Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016221776B4
Application number: DE102016221776.3A
Authority: DE
Inventors: Anko Ernst; Mathias Frenzel; Christian Günther
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2018-09-06
Anticipated expiration: 2036-11-08
Also published as: DE102016221776A1

Abstract

Verfahren zum Bewerten einer Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten:- Betreiben eines Brennraums einer Brennkraftmaschine mit einer zu bewertenden Zündeinrichtung;- Variieren eines Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnisses (λ) über eine Mehrzahl von Arbeitszyklen in dem Brennraum;- Erfassen von wenigstens einem für einen Verbrennungsverlauf charakteristischen Messwert für den Brennraum für jedes Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis, und- Bewerten der Zündeinrichtung anhand eines Verlaufs des wenigstens einen charakteristischen Messwerts in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis (λ), dadurch gekennzeichnet, dass- als charakteristischer Messwert eine dem Brennraum zugeordnete Abgastemperatur (T) verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten einer Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine.
Möglichkeiten zur Charakterisierung von Zündeinrichtungen sind für den Bereich herkömmlicher Zündkerzen grundsätzlich bekannt. Beispielsweise werden im automobilen Bereich Zündkerzen anhand ihres Wärmewertes charakterisiert, kategorisiert und/oder bewertet. Beispielsweise bei Gasmotoren, die im Magerbetrieb betrieben werden und gerade im Bereich der stationären Energieerzeugung zunehmende Bedeutung gewinnen, kommen allerdings spezielle Zündeinrichtungen zum Einsatz, da hier die Verbrennungsluftmenge weit über den stöchiometrisch Luftbedarf angehoben wird. Dabei sinkt die spezifische Energiedichte des Frischgases, wodurch auch die Zündfähigkeit des Gasgemischs abnimmt. Um gleichwohl eine sichere Zündung zu bewirken, können beispielsweise Vorkammerzündkerzen zum Einsatz kommen, bei denen nach dem Entzünden eines Vorkammervolumens typischerweise sehr energiereiche Fackelstrahlen aus der Vorkammer in einen Hauptbrennraum austreten. Diese sind in der Lage, das Gemisch im Hauptbrennraum zu entflammen. Wegen der hohen Sensitivität solcher gasmotorischer Brennverfahren ist diese frühe Phase der Verbrennung entscheidend für den weiteren Brennverlauf. Daher ist die Applikation einer geeigneten Zündeinrichtung enorm wichtig und muss mit hohem Aufwand betrieben werden. Die Erprobung mehrerer Zündeinrichtungen ist allerdings aus Kostengründen oft unwirtschaftlich. Da insbesondere stationäre Gasmotoren im Wirkungsgradmaximum nahe der Klopfgrenze betrieben werden, und das Verhalten von nicht explizit applizierten Zündeinrichtungen hier kaum absehbar ist, gestaltet sich deren Verwendung als äußerst riskant. Es ergibt sich daher aus Sicht der Motorenhersteller und -betreiber de facto eine Abhängigkeit von bestimmten Zündeinrichtungen für bestimmte Motoren. Verschiedene Zündeinrichtungen, die geeignet sind zur Zündung sehr magerer Gemische insbesondere in Magergasmotoren können sich dabei insbesondere bezüglich der Anzahl und/oder Lage von Übertrittbohrungen einer Vorkammer, Elektrodenabständen und/oder Elektrodengeometrien, bezüglich der Wahl der Materialen und damit ihrem Wärmeableitungsverhalten, sowie mit Blick auf Geometrie- und/oder Materialparameter unterscheiden. Alle diese Eigenschaften können jeweils für sich genommen und/oder in Kombination miteinander das Zündverhalten solcher Zündeinrichtungen beeinflussen, wobei insbesondere das konkrete Strömungsverhalten innerhalb der Zündeinrichtung, insbesondere in einer Vorkammer, wichtig für die Zündung ist. Solche Zündeinrichtungen können sich insbesondere einerseits in ihrem Verhalten an der Magergrenze, ganz besonders in einem Grad der mit der Zündeinrichtung möglichen Abmagerung eines gerade noch entflammbaren Gemischs, sowie andererseits in ihrem Verhalten an der Klopfgrenze unterscheiden, wobei hier insbesondere die Wärmeableitung durch die Zündeinrichtung relevant ist. Wird diese nämlich zu heiß, kann es vor Erreichen eines vorgesehenen Zündzeitpunkts zu ungewollten Entflammungsereignissen an der heißen Zündeinrichtung kommen, wodurch Klopfereignisse entstehen. Insbesondere um die bisher de facto bestehende Abhängigkeit zwischen bestimmten Brennkraftmaschinen und bestimmten Zündeinrichtungen zu lösen, besteht ein Bedarf, eine Vergleichbarkeit für solche Zündeinrichtungen herzustellen beziehungsweise ein System zu schaffen, mit denen solche Zündeinrichtungen untereinander verglichen werden können.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 103 51 278 A1 geht ein Verfahren zur Berechnung einer Mindestzeiteinstellung für ein optimales Drehmoment hervor, welches das Kombinieren verschiedener Kriterien zur Berechnung der Mindestzeiteinstellung für optimales Drehmoment umfasst. Dabei wird auch eine zylinderspezifische Diagnose mit Blick auf die Bewertung einer Zündeinrichtung, insbesondere in Hinblick auf eine Zündkerzenverrußung, durchgeführt. Hierzu wird ein Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer zu bewertenden Zündeinrichtung betrieben. Ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis wird über eine Mehrzahl von Arbeitszyklen in dem Brennraum variiert. Mit einem Ionisationsstrom wird ein für einen Verbrennungsverlauf charakteristischer Messwert für den Brennraum erfasst, und die Zündeinrichtung wird anhand des Ionisationsstroms bewertet.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 200 603 A1 geht ein Verfahren zur Erkennung und Anzeige einer Beschädigung einer Motorzylinder-Zündkerze hervor. Als Reaktion auf ein Zylinder-Fehlzündungsereignis während ausgewählter Motor-Betriebsbedingungen, gefolgt von einem Auftreten einer Schwellwertanzahl und/oder -rate von Frühzündungsereignissen im gleichen Zylinder kann ein Regler bestimmen, dass die Zündkerze beschädigt ist.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 045 367 A1 geht eine Verbrennungsmotor-Zünddiagnosevorrichtung hervor, die in einer Weise konfiguriert ist, dass eine erste Zeitdauereinstelleinheit eine erste Detektionszeitdauer auf eine vorgegebene Zeitdauer einstellt, die einen Zeitpunkt einschließt, wenn die Zündfunkenentladung erzeugt wird, wobei eine zweite Zeitdauereinstelleinheit eine zweite Detektionszeitdauer nach der ersten Detektionszeitdauer einstellt, wobei eine Diagnoseeinheit Normalität der Zündfunkenentladung feststellt, basierend auf einem Signalzustand während der zweiten Detektionszeitdauer und unabhängig vom Signalzustand in der zweiten Detektionszeitdauer, aber Abnormalität der Zündfunkenentladung feststellt, basierend auf einem Signalzustand während der ersten Detektionszeitdauer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bewerten einer Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Bewerten einer Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Ein Brennraum einer Brennkraftmaschine wird mit einer zu bewertenden Zündeinrichtung betrieben. Über eine Mehrzahl von Arbeitszyklen in dem Brennraum wird ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis, das auch kurz als Luftverhältnis oder Lambda-Wert bezeichnet wird, variiert. Dies bedeutet insbesondere, dass eine Mehrzahl von Arbeitszyklen in dem Brennraum durchgeführt wird, wobei verschiedenen Arbeitszyklen verschiedene Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnisse zugeordnet werden. Dabei werden also in verschiedenen Arbeitszyklen verschiedene Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnisse in dem Brennraum eingestellt. Dass der Brennraum mit der zu bewertenden Zündeinrichtung betrieben wird, bedeutet insbesondere, dass während der Arbeitszyklen ein in dem Brennraum vorliegendes Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch, welches ein bestimmtes Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis aufweist, mit der zu bewertenden Zündeinrichtung gezündet wird. Es wird wenigstens ein für einen Verbrennungsverlauf charakteristischer Messwert für den Brennraum für jedes eingestellte Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis erfasst, und die Zündeinrichtung wird anhand eines Verlaufs des wenigstens einen charakteristischen Messwerts in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis bewertet. Somit wird letztlich untersucht, wie sich der wenigstens eine charakteristische Messwert für den Brennraum in Abhängigkeit von dem variierten Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis verhält, wobei dieses Verhalten des charakteristischen Messwerts herangezogen wird, um die Zündeinrichtung zu bewerten. Das hier vorgeschlagene Verfahren kann ohne weiteres für verschiedene Zündeinrichtungen und/oder für verschiedene Brennkraftmaschinen durchgeführt werden, wobei das Verhalten der verschiedenen Zündeinrichtungen vergleichbar wird. Damit wird auch die Möglichkeit einer Kategorisierung der Zündeinrichtungen eröffnet, sodass diese insbesondere im Vorfeld, anhand bereits gewonnener Daten, miteinander verglichen werden können, sodass jedenfalls in etwa vorhersagbar ist, wie sich eine bisher noch nicht eingesetzte Zündeinrichtung im Vergleich zu einer bisher eingesetzten Zündeinrichtung in einer bestimmten Anwendung verhalten wird. Auf diese Weise kann die bisher für Motorenhersteller und -betreiber de facto bestehende Abhängigkeit von bestimmten Zündeinrichtungen gelöst werden, sodass der Zugang zu Zündeinrichtungen von Drittanbietern eröffnet wird, wodurch eine größere Freiheit in der Auswahl der Zündeinrichtungen bereitgestellt wird, ohne dass sich hieraus eine Gefahr für die Brennkraftmaschinen ergibt, in welchen die Zündeinrichtungen eingesetzt werden sollen.
Es ist möglich, dass das Verfahren auf einem Prüfstand durchgeführt wird, wobei die Brennkraftmaschine als Prüfstandsmotor ausgebildet ist. In diesem Fall ist es möglich, eine Vielzahl verschiedener Zündeinrichtungen auf dem Prüfstand zu testen, für diese Zündeinrichtungen das Verhalten des wenigstens einen charakteristischen Messwerts in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis zu erfassen und so die verschiedenen Zündeinrichtungen zu kategorisieren. Die derart gewonnen Ergebnisse können gesammelt und - beispielsweise in einer Datenbank - hinterlegt werden, wodurch eine Kategorisierung der Zündeinrichtungen möglich ist. Auf solche hinterlegten Ergebnisse kann dann später bei der Auswahl einer Zündeinrichtung zurückgegriffen werden. Es können dann insbesondere auch an einer in einer konkreten Anwendung eingesetzten Brennkraftmaschine Zündeinrichtungen getestet werden, und die Testergebnisse können mit den am Prüfstand erfassten Werten verglichen werden.
Es ist aber auch möglich, dass das Verfahren an einer Brennkraftmaschine durchgeführt wird, die im Anwendungsfeld, das heißt, in einer konkreten Anwendung betrieben wird, wobei dort dann das Verhalten einer Zündeinrichtung untersucht und insbesondere mit dem Verhalten einer zuvor verwendeten Zündeinrichtung oder mit hinterlegten Daten, beispielsweise aus Prüfstandversuchen, verglichen werden kann, um die Zündeinrichtung zu kategorisieren. Dies kann die Wahl einer geeigneten oder sogar besseren Zündeinrichtung für die Brennkraftmaschine deutlich vereinfachen. Jedenfalls wird mit dem Verfahren erstmals ein Kriterium bereitgestellt, um Zündeinrichtungen gezielt miteinander vergleichen und auswählen zu können.
Während die Erfindung im Folgenden insbesondere in Bezug auf eine Fähigkeit von Zündeinrichtungen zur Zündung magerer Gemische erläutert wird, ist deren Anwendung keinesfalls auf einen Magerbetrieb einer Brennkraftmaschine beschränkt. Vielmehr können in gleicher Weise auch Zündeinrichtungen bewertet werden, die in einem stöchiometrischen Motorbetrieb eingesetzt werden. Ein solcher Motorbetrieb wird häufig unter Anhebung des Zylinderdrucks durchgeführt, was sich negativ auf die Zündbedingungen für Zündeinrichtungen auswirken kann. Auch in Hinblick auf solche Einsatzbedingungen kann die hier vorgeschlagene Bewertung von Zündeinrichtungen wertvolle Hinweise geben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als charakteristischer Messwert eine dem Brennraum zugeordnete Abgastemperatur verwendet wird. Die Abgastemperatur wird dabei bevorzugt in dem Brennraum oder unmittelbar stromabwärts des Brennraums in einem Abgastrakt gemessen, wobei bevorzugt gewährleistet wird, dass die Abgastemperatur tatsächlich dem betrachteten Brennraum zugeordnet werden kann. Die Abgastemperatur wird also insbesondere zylinderindividuell erfasst. Es zeigt sich, dass die Abgastemperatur zumindest in einem relevanten Betriebsbereich einer Brennkraftmaschine charakteristisch für den Verbrennungsverlauf in dem Brennraum ist. Dabei kommt für die Auswertung insbesondere ein Betriebszustandsbereich in Betracht, bei welchem die erste Ableitung eines Grafen in einem Abgastemperatur-Luftverhältnis-Diagramm größer als Null ist, wobei also die Abgastemperatur bei steigendem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis ebenfalls steigt. Insbesondere in diesem Bereich lässt sich eine eindeutige Zuordnung der Abgastemperatur zu einem vorbestimmten Prozentpunkt eines Gesamtenergieumsatzes auf der Kurbelwinkelskala herstellen, sodass ein unmittelbarer Rückschluss von der gemessenen Abgastemperatur auf den Schwerpunkt des Energieumsatzes möglich ist. Demnach ist die Abgastemperatur auch charakteristisch für das Zündverhalten der Zündeinrichtung.
Das angesprochene und hier relevante Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis beschreibt in für sich genommen bekannter Weise ein Verhältnis der im Brennraum tatsächlich verfügbaren Verbrennungsluft zu der stöchiometrisch für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs erforderlichen Menge an Verbrennungsluft und wird auch als Luftverhältnis oder Lambda-Wert bezeichnet. Ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis oder Lambda-Wert von 1 bezeichnet dabei die Anwesenheit einer stöchiometrischen Verbrennungsluftmenge im Brennraum, wobei Werte größer als 1 magere Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemische charakterisieren, also Gemische mit Luftüberschuss, während Werte kleiner als 1 fette Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemische, also Gemische mit Luftunterschuss oder Brennstoff-Überschuss bezeichnen.
Wird als charakteristischer Messwert eine dem Brennraum zugeordnete Abgastemperatur verwendet, hat dies den Vorteil, dass das Verfahren ohne weiteres an einer Brennkraftmaschine im Anwendungsfeld durchführbar ist, da hier entweder bereits eine entsprechende Sensorik zur zylinderindividuellen Abgastemperaturmessung verbaut ist, oder solche Messwerte ohne weiteres und insbesondere ohne großen Aufwand oder Kosten erhalten werden können. Das Verfahren ist also in einfacher und unkomplizierter Weise an einer beliebigen Brennkraftmaschine beim Anwender, insbesondere beim Motorenbetreiber, durchführbar. Somit kann in schneller und günstiger Weise beispielsweise untersucht werden, ob eine bestehende Zündeinrichtung durch eine andere Zündeinrichtung ersetzt werden kann, wobei sich ein gleiches oder sogar verbessertes Verhalten der Brennkraftmaschine ergibt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Zusammenhang zwischen dem wenigsten einen charakteristischen Messwert und dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis ermittelt wird, wobei der ermittelte erste Zusammenhang mit für eine Vielzahl von Zündeinrichtungen tabellierten, entsprechenden Zusammenhängen verglichen wird. Der erste Zusammenhang wird vorzugsweise durch Regression ermittelt. Es wird also eine Versuchsreihe unter Variation des Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnisses durchgeführt, wobei jeweils zu jedem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis der wenigstens eine charakteristische Messwert erfasst wird, wobei der erste Zusammenhang anschließend bevorzugt durch - beispielsweise lineare - Regression der Versuchsergebnisse festgestellt werden kann. Dieser erste Zusammenhang kann dann mit einer Vielzahl von entsprechenden tabellierten Zusammenhängen verglichen werden, wodurch die in der Versuchsreihe verwendete Zündeinrichtung kategorisiert und bewertet werden kann. Die tabellierten Zusammenhänge können dabei zuvor in Prüfstandversuchen gewonnen worden sein.
Auf diese Weise kann insbesondere an einer Brennkraftmaschine im Anwendungsfeld, das heißt insbesondere nicht auf einem Prüfstand, - vorzugsweise mit im Anwendungsfeld vorhandener Technik - ein Vergleich verschiedener Zündeinrichtungen ermöglicht werden, wobei insbesondere die Klopfgrenze sowie auch das Zündverhalten im mageren Bereich, insbesondere also eine Aussetzergrenze, vergleichbar wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Zusammenhang transformiert wird in einen zweiten Zusammenhang, der zwischen einem vorbestimmten Prozentpunkt eines Gesamtenergieumsatzes auf der Kurbelwinkelskala und dem charakteristischen Messwert besteht, wobei der zweite Zusammenhang mit für eine Vielzahl von Zündeinrichtungen tabellierten, entsprechenden Zusammenhängen verglichen wird. Dabei ist es insbesondere möglich, dass für eine Vielzahl von Zündeinrichtungen in Prüfstandversuchen Zusammenhänge zwischen dem vorbestimmten Prozentpunkt des Gesamtenergieumsatzes und dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis ermittelt wurden, wobei vorzugsweise zugleich Daten für den wenigstens einen charakteristischen Messwert in Abhängigkeit von dem Luftverhältnis ermittelt wurden, sodass letztlich nicht nur tabellierte Zusammenhänge zwischen dem vorbestimmten Prozentpunkt und dem charakteristischen Messwert, sondern auch Transformationsgleichungen, -formeln oder -tabellen zur Transformation des ersten Zusammenhangs in den zweiten Zusammenhang existieren. Es kann dann der erste Zusammenhang insbesondere über das Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis in den zweiten Zusammenhang transformiert werden, sodass für eine vermessene Zündeinrichtung ein Verhalten des vorbestimmten Prozentpunkts des Gesamtenergieumsatzes in Abhängigkeit von dem charakteristischen Messwert, vorzugsweise der Abgastemperatur, angegeben werden kann. Insbesondere dieser zweite Zusammenhang ist charakteristisch für das Zündverhalten der Zündeinrichtung, sodass diese kategorisiert und bewertet werden kann, indem dieser zweite Zusammenhang mit einer Vielzahl entsprechender, tabellierter Zusammenhänge verglichen wird.
Als vorbestimmter Prozentpunkt des Gesamtenergieumsatzes wird vorzugsweise der 2 %-Punkt des Gesamtenergieumsatzes, der auch als EU02 bezeichnet wird, ermittelt. Dieser stellt eine repräsentative Größe für den Beginn der Verbrennung im Hauptbrennraum und damit auch insgesamt für den Verbrennungsverlauf dar.
Auch der zweite Zusammenhang wird bevorzugt durch Regression ermittelt, wobei hier insbesondere zunächst die erfassten Werte für den charakteristischen Messwert über das Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis transformiert werden in den vorbestimmten Prozentpunkt des Gesamtenergieumsatzes, wobei anschließend der vorbestimmte Prozentpunkt des Gesamtenergieumsatzes in Abhängigkeit von den jeweiligen Werten des charakteristischen Messwerts betrachtet wird, und wobei hierüber bevorzugt eine - beispielsweise lineare - Regression durchgeführt wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für eine Vielzahl von Zündeinrichtungen in Prüfstandversuchen jeweils der erste Zusammenhang und der zweite Zusammenhang ermittelt und tabelliert werden. Insbesondere kann für jede Zündeinrichtung in Prüfstandversuchen eine Versuchsreihe durchgeführt werden, wobei für jeden eingestellten Wert des Verbrennluft-Brennstoff-Verhältnisses jeweils der wenigstens eine charakteristische Messwert, vorzugsweise die Abgastemperatur, und der vorbestimmte Prozentpunkt des Gesamtenergieumsatzes auf der Kurbelwinkelskala erfasst werden. Diese Werte können in Kennfeldern hinterlegt werden, wobei zur Charakterisierung der Zündeinrichtungen jeweils entsprechend eine Auftragung des vorbestimmten Prozentpunkts des Gesamtenergieumsatzes in Abhängigkeit von dem charakteristischen Messwert, insbesondere der Abgastemperatur, herangezogen werden kann. Dabei kann das alle drei Werte umfassende Kennfeld zur Transformation von im Anwendungsfeld gemessenen ersten Zusammenhängen zwischen dem charakteristischen Messwert und dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis in entsprechende zweite Zusammenhänge zwischen dem vorbestimmten Prozentpunkt des Gesamtenergieumsatzes und dem charakteristischen Messwert verwendet werden. Insbesondere können dabei die im Anwendungsfeld gemessenen Werte des charakteristischen Messwerts anhand ihrer Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis-Werte den entsprechenden, bezüglich des Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnisses übereinstimmenden Werten für den vorbestimmten Prozentpunkt zugeordnet werden.
Dies liefert insbesondere dann aussagekräftige Ergebnisse, wenn die Transformation für dieselbe Zündeinrichtung oder dieselbe Bauart einer Zündeinrichtung einerseits im Anwendungsfeld und andererseits auf dem Prüfstand durchgeführt wird, wobei aus der Transformation eine neue, für die konkrete Applikation der Zündeinrichtung in der konkreten Anwendung charakteristische Auftragung des vorbestimmten Prozentpunktes des Gesamtenergieumsatzes gegen den charakteristischen Messwert resultiert. Hieraus kann dann eine Aussage darüber abgeleitet werden, wie diese Zündeinrichtung sich - insbesondere im Vergleich zu einer anderen Zündeinrichtung - in dem konkreten Anwendungsfall verhält.
Daher wird im Rahmen des Verfahrens bevorzugt eine möglichst umfassende Datenbank mit Ergebnissen aus Prüfstandversuchen für sehr viele, vorzugsweise für alle gängigen Zündeinrichtungen gefüllt und/oder verwendet.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ist bevorzugt vorgesehen, dass die Zündeinrichtung anhand des ermittelten zweiten Zusammenhangs kategorisiert wird. Insbesondere kann die Zündeinrichtung anhand des für sie festgestellten zweiten Zusammenhangs im Vergleich mit den zweiten Zusammenhängen für andere Zündeinrichtungen bezüglich ihres Verhaltens eingeordnet und bewertet werden.
Während des Verfahrens wird bevorzugt der Zündzeitpunkt für alle Arbeitszyklen konstant gehalten. Dies gilt vorzugsweise sowohl für Prüfstandsversuche als auch für Versuche im Anwendungsfeld. Hierdurch kann ausgeschlossen werden, dass das Verhalten der ermittelten Messwerte durch eine Zündzeitpunktvariation beeinflusst oder gar verfälscht wird.
Die Brennkraftmaschine wird insbesondere bevorzugt in einem Ottoverfahren betrieben, wobei der Zündzeitpunkt durch eine Zündeinrichtung zur Fremdzündung bestimmt wird. Weiterhin ist die Brennkraftmaschine bevorzugt als Hubkolbenmotor, insbesondere als Viertaktmotor ausgebildet. Insbesondere handelt es sich bei der Brennkraftmaschine bevorzugt um einen Magergas-Ottomotor. Es ist aber auch möglich, dass die Brennkraftmaschine im stöchiometrischen Motorbetrieb betrieben wird.
Im Rahmen des Verfahrens wird bevorzugt als Zündeinrichtung eine Zündeinrichtung mit Vorkammer, insbesondere eine Vorkammerzündkerze, verwendet. Das hier vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere zur Kategorisierung und/oder Charakterisierung sowie Bewertung von Zündkerzen, die in einer Vorkammer oder mit einer Vorkammer eingesetzt werden, insbesondere von sogenannten Vorkammerzündkerzen. Unter einer Vorkammerzündkerze wird dabei bevorzugt eine Zündkerze verstanden, welche integral eine Vorkammer aufweist. Es ist aber auch möglich, dass das Verhalten von Zündkerzen untersucht wird, die in einer beispielsweise in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordneten Vorkammer angeordnet werden.
Die Anwendung der Erfindung ist daher keinesfalls auf elektrische Funkenzündkerzen beschränkt. Vielmehr ist es auch möglich, dass als Zündeinrichtung eine Corona-Zündkerze, eine Laser-Zündkerze, ein mikrowellengestütztes Zündsystem, oder eine andere Zündeinrichtung verwendet wird.
Wie bereits zuvor angedeutet, wird der erste Zusammenhang bevorzugt nur in einem Bereich ausgewertet, in dem die Steigung des charakteristischen Messwerts in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis positiv ist. Dieser Definitionsbereich des Verfahrens wird bevorzugt dadurch aufgefunden, dass das Verbrennungsluft-Brennstoffgemisch in den verschiedenen Arbeitszyklen solange mit Brennstoff angereichert wird, bis die entsprechende Steigung negativ wird.
Das Verfahren wird bei einer Durchführung im Anwendungsfeld bevorzugt in einem sicheren Betriebspunkt gestartet, also entfernt von einer Klopfgrenze, sodass keine Gefahr für die Brennkraftmaschine besteht.
Um eine neu einzusetzende Zündeinrichtung zu bewerten und insbesondere mit einer bisher eingesetzten Zündeinrichtung im Anwendungsfeld zu vergleichen, wird bevorzugt zunächst die standardmäßig verwendete Zündeinrichtung in einem in Prüfstandsversuchen für eine Vielzahl von Zündeinrichtungen tabellierten Kennfeld aufgefunden, wobei sie dann auf ein Verbesserungspotential durch eine alternative Zündeinrichtung untersucht werden kann. Dabei kann die Wahl einer neuen Zündeinrichtung unter verschiedenen Gesichtspunkten erfolgen. Denkbare Szenarien sind dabei insbesondere, dass bei konstantem Zündzeitpunkt und konstantem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis ein früherer Umsatzschwerpunkt zur Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht werden soll; dass bei Erhöhung des Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnisses, also weiterer Abmagerung, zur Absenkung von Stickoxid-Emissionen eine bessere Magerlauffähigkeit erreicht werden soll; oder dass eine gleiche oder ähnliche Leistung der Zündeinrichtung mit einer anderen, alternativen Zündeinrichtung erzielt werden soll, beispielsweise aus Gründen der Stückkosten oder der Standzeit der Zündeinrichtungen.
Ein sicherer Betriebspunkt für die ausgewählte, zu bewertende, neue Zündeinrichtung kann dann anhand der tabellarisch hinterlegten Werte aus den Prüfstandversuchen abgeschätzt werden, wobei der Betrieb der Brennkraftmaschine mit der neuen Zündeinrichtung in diesem sicheren Betriebspunkt begonnen wird, um ein klopfendes Verhalten und eine Beschädigung der Brennkraftmaschine nach Möglichkeit auszuschließen. Da das Verhalten der neuen Zündeinrichtung aus den Prüfstandsversuchen bekannt ist, kann hieraus zumindest näherungsweise auf das Verhalten im Vollmotor oder Anwendungsfeld geschlossen werden. Somit kann ein sicherer Betriebspunkt mit ausreichendem Abstand zur Klopfgrenze abgeschätzt werden.
Anschließend wird die Zündeinrichtung in der Brennkraftmaschine betrieben, wobei das Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis bevorzugt so lange angereichert wird, bis der Anstieg der Kurve des charakteristischen Messwerts, insbesondere der Abgastemperatur, aufgetragen gegen das Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis, negativ wird. Tritt dies ein, sind alle Einstell- und Messwerte auf Plausibilität zu prüfen. Ist diese Plausibilität gegeben, ist der gesuchte Betriebspunkt erreicht. Das Gesamtverhalten des Vollmotors mit der ausgewählten Zündeinrichtung kann nun mit dem Betrieb mit der bisher verwendeten Zündeinrichtung verglichen werden.
Das Verfahren wird bevorzugt insbesondere durchgeführt, indem das Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis von einer Aussetzergrenze bis zu einer Klopfgrenze - in dieser, umgekehrter oder wechselnder Richtung - variiert wird. Auf diese Weise können vollständige Informationen über das Verhalten der Zündeinrichtung ermittelt werden. Dabei kann insbesondere ausgehend von dem sicheren Betriebspunkt zunächst eine Variation des Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnisses in eine erste Richtung, beispielsweise zu fetteren Gemischen, und anschließend in eine zweite Richtung, beispielsweise zu magereren Gemischen, erfolgen. Dies kann in Richtung der Klopfgrenze insbesondere bis zu einem Wendepunkt oder Extremum der Kurve des charakteristischen Messwerts in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis durchgeführt werden, wobei auf diese Weise ein sicherer Abstand zur Klopfgrenze eingehalten werden kann. Hin zu der Aussetzergrenze kann das Verfahren insbesondere durchgeführt werden, bis Zündaussetzer auftreten.
Es wird schließlich eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Brennraum mit Brenngas betrieben wird.
Vorzugsweise wird als Brennkraftmaschine ein Gasmotor, insbesondere ein Magergasmotor betrieben, ganz bevorzugt ein Magergasmotor zur stationären Energieerzeugung, insbesondere zur stationären Erzeugung von elektrischer Leistung. Es kann sich aber auch um einen stationären Motor zum Antrieb stationärer Einrichtung wie Pumpen - insbesondere in der Rohstoffförderung oder als Feuerlöschpumpen auf einer Bohrinsel - handeln.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bewerten einer Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in Form eines Flussdiagramms;
2 eine diagrammatische Darstellung von in einem Prüfstandversuch gemessenen Daten sowie von im Feldversuch gemessenen Daten für eine Zündeinrichtung, und
3 eine diagrammatische Darstellung eines Bewertungsdiagramms für Zündeinrichtungen.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bewerten einer Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in Form eines Flussdiagramms. Dabei wird in einem ersten Schritt S1 eine Zündeinrichtung für eine Vermessung auf einem Prüfstand ausgewählt. In einem zweiten Schritt S2 wird die in dem ersten Schritt S1 ausgewählte Zündeinrichtung in einer Brennkraftmaschine auf einem Prüfstand verwendet, das heißt ein Brennraum der Brennkraftmaschine auf dem Prüfstand wird mit der ausgewählten Zündeinrichtung betrieben. Dabei wird ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis über eine Mehrzahl von Arbeitszyklen in dem Brennraum variiert, und es werden für jedes eingestellte Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis einerseits ein für einen Verbrennungsverlauf in dem Brennraum charakteristischer Messwert, hier insbesondere eine Abgastemperatur in dem Brennraum oder unmittelbar stromabwärts des Brennraums, und ein vorbestimmter Prozentpunkt eines Gesamtenergieumsatzes auf der Kurbelwinkelskala, hier insbesondere der 2 %-Punkt des Gesamtenergieumsatzes, der auch als EU02 bezeichnet wird, erfasst. Vorzugsweise werden in einem ersten Teilschritt S2.1 die erfassten Werte des vorbestimmten Prozentpunkts des Gesamtenergieumsatzes den eingestellten Werten für das Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis zugeordnet, beispielsweise in Form eines Diagramms oder Kennfelds, wobei in einem zweiten Teilschritt S2.2 die erfassten Werte für den charakteristischen Messwert, insbesondere die Abgastemperatur, den eingestellten Werten des Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis zugeordnet werden, beispielsweise in Form eines Diagramms oder Kennfelds. In dem zweiten Teilschritt S2.2 ergibt sich dabei insbesondere ein erster Zusammenhang zwischen dem wenigstens einen charakteristischen Messwert und dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis.
In einem dritten Schritt S3 werden die Werte für den vorbestimmten Prozentpunkt des Gesamtenergieumsatzes den Werten des charakteristischen Messwerts über das Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis zugeordnet, das heißt es werden jeweils Wertepaare für den vorbestimmten Prozentpunkt und den charakteristischen Messwert gebildet, welche bei demselben Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis gemessen wurden. Aus dem dritten Schritt S3 resultiert somit eine Zuordnung - in vorzugsweise diagrammatischer Auftragung oder Eintragung in einem Kennfeld - zwischen Werten des vorbestimmten Prozentpunkts und Werten des charakteristischen Messwerts, insbesondere des EU02 in Abhängigkeit von der Abgastemperatur. Insbesondere eine diagrammatische Darstellung dieses zweiten Zusammenhangs kann zur Bewertung der Zündeinrichtung dienen. Dabei wird vorzugsweise eine - insbesondere lineare - Regression in einem EU02/Abgastemperatur-Diagramm durchgeführt, wobei - wie im Folgenden noch erläutert werden wird - eine Lage der sich ergebenden Regressionskurve, insbesondere einer Gerade, eine Geradensteigung, ein Anfangspunkt und/oder ein Endpunkt der Geraden zur Charakterisierung und Bewertung der Zündeinrichtung herangezogen werden. Die Bezugnahme auf die lineare Regression und daraus resultierende Geraden sowie deren Eigenschaften ist im Sinne eines bevorzugten Beispiels zu verstehen - die derart beschriebene Vorgehensweise ist ohne weiteres auch auf andere Funktionen beispielsweise höherer Ordnung anwendbar.
Die Schritte S1 bis S3 werden vorzugsweise für eine Vielzahl von Zündeinrichtungen wiederholt, wobei im Ergebnis eine Vielzahl vorzugsweise in einer Datenbank hinterlegter Werte für verschiedene Zündeinrichtungen erhalten wird. Diese Daten können später, was im Folgenden erläutert wird, zur Bewertung von Zündeinrichtungen im Anwendungsfeld herangezogen werden.
Durch einen gestrichelten Pfeil ist dargestellt, dass die im Folgenden erläuterten Schritte, die im Anwendungsfeld durchgeführt werden, zeitlich nach den ersten drei Schritten S1 bis S3 oder auch parallel zu diesen durchgeführt werden können, wobei sie jedenfalls räumlich, zeitlich und/oder auch personell getrennt von den ersten drei Schritten S1 bis S3 durchgeführt werden können.
In einem vierten Schritt S4 wird dementsprechend eine Zündeinrichtung für einen Testlauf im Anwendungsfeld ausgewählt. In einem fünften Schritt S5 wird ein Brennraum einer Brennkraftmaschine im Anwendungsfeld mit der in dem vierten Schritt S4 ausgewählten, zu bewertenden Zündeinrichtung betrieben, wobei ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis über eine Mehrzahl von Arbeitszyklen in dem Brennraum variiert wird. Dabei wird der wenigstens eine für einen Verbrennungsverlauf charakteristische Messwert für den Brennraum, hier nämlich insbesondere die Abgastemperatur, für jedes eingestellte Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis erfasst, sodass eine Zuordnung von Werten des charakteristischen Messwerts zu Werten des Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis resultiert.
Es ist möglich, dass die Zündeinrichtung bereits anhand eines Verlaufs des wenigstens einen charakteristischen Messwerts in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis bewertet wird, insbesondere also anhand eines ersten Zusammenhangs zwischen diesen Größen. Dabei kann dieser erste Zusammenhang mit den zuvor für eine Vielzahl von Zündeinrichtungen ermittelten und tabellierten, entsprechenden Zusammenhängen verglichen werden.
Bevorzugt wird allerdings dieser erste Zusammenhang in einem sechsten Schritt S6 transformiert in den zuvor erläuterten zweiten Zusammenhang zwischen dem vorbestimmten Prozentpunkt des Gesamtenergieumsatzes auf der Kurbelwinkelskala und dem charakteristischen Messwert. Dabei kann diese Transformation über die Werte für das Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis erfolgen, wobei aus den in den ersten drei Schritten S1 bis S3 ermittelten Daten, welche insbesondere Datentripel voneinander zugeordneten Werten des charakteristischen Messwerts, des vorbestimmten Prozentpunkts und des Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnisses umfassen, den nun im Anwendungsfeld gemessenen Wertepaaren des charakteristischen Messwerts und des Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis jeweils ein Wert für den vorbestimmten Prozentpunkt bei dem passenden Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis zugeordnet wird. Aus dieser Zuordnung resultiert dann wiederum eine Zuordnung im Sinne des zweiten Zusammenhangs zwischen dem vorbestimmten Prozentpunkt und dem charakteristischen Messwert, wobei diese Größen insbesondere diagrammatisch gegeneinander aufgetragen werden können, und wobei eine - insbesondere lineare - Regression erfolgen kann, um eine entsprechende Gerade, wie zu dem dritten Schritt S3 erläutert, zu erhalten.
In einem siebten Schritt S7 kann dann der derart erhaltene, im Anwendungsfeld bestimmte zweite Zusammenhang verglichen werden mit für eine Vielzahl von Zündeinrichtungen tabellierten, entsprechenden zweiten Zusammenhängen, wobei hieraus eine Bewertung der Zündeinrichtung resultieren kann und bevorzugt durchgeführt wird. Dabei wird - was im Folgenden noch näher erläutert werden wird - bevorzugt zunächst die im Anwendungsfeld gemessenen Zündeinrichtung anhand der Lage der den zweiten Zusammenhang beschreibenden Gerade einer Kategorie von Zündeinrichtungen mit ähnlicher Geradenlage zugeordnet, wobei dann die betrachtete Zündeinrichtung mit den bekannten Zündeinrichtungen derselben Kategorie insbesondere anhand der Geradensteigung, der Lage des Anfangspunkts und/oder der Lage des Endpunkts der Regressionsgeraden in Hinblick auf ihre Eigenschaften verglichen wird.
Während der Vermessung von Zündeinrichtungen einerseits auf dem Prüfstand und andererseits im Anwendungsfeld werden bevorzugt die Zündzeitpunkte für alle Arbeitszyklen konstant gehalten. Ansonsten kann eine Vergleichbarkeit der Messergebnisse kaum gewährleistet werden. Besonders bevorzugt werden dabei im Anwendungsfeld dieselben Zündzeitpunkte gewählt, die auch in den Prüfstandsversuchen gewählt wurden.
Als Zündeinrichtung wird insbesondere eine Zündeinrichtung mit Vorkammer, insbesondere eine Vorkammerzündkerze, untersucht.
Der Brennraum der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise mit einem Brenngas betrieben, insbesondere mit Magergas. Bei der auf dem Prüfstand verwendeten Brennkraftmaschine und vorzugsweise der im Anwendungsfeld verwendeten Brennkraftmaschine handelt es sich bevorzugt um Gasmotoren, insbesondere um Magergasmotoren.
2 zeigt eine diagrammatische Darstellung von in einem Prüfstandsversuch gemessenen Daten sowie von in einem Feldversuch gemessenen Daten für eine Zündeinrichtung. Die 2a) und 2b) zeigen schematische Ergebnisse einer in einem Prüfstandsversuch durchgeführten Messung, wobei unter Variation des Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnisses λ einerseits der 2%-Punkt des Gesamtenergieumsatzes EU02 in Grad Kurbelwellenwinkel und andererseits die Abgastemperatur T_A gemessen wurde. Es hat sich dabei herausgestellt, dass die über das Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis λ miteinander verknüpften Werte für den vorbestimmten Prozentpunkt EU02 und die Abgastemperatur T_A stark miteinander korrelieren. Es ist daher insbesondere möglich, die einander über das Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis λ jeweils zugeordneten Werte für den vorbestimmten Prozentpunkt EU02 und die Abgastemperatur T_A - wie beispielsweise in 3 dargestellt - in einem gemeinsamen Diagramm aufzutragen, wobei sich in guter Näherung lineare Verläufe ergeben, an welche mithilfe der Methode der linearen Regression bevorzugt Geraden angepassten werden können.
2c) zeigt eine diagrammatische Auftragung von Messergebnissen aus einer Vermessung einer Zündeinrichtung im Anwendungsfeld, wobei hier bevorzugt nur die Abgastemperatur T_A in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis λ erfasst wird. Dieser erste Zusammenhang wird dabei insbesondere nur ausgewertet in einem Bereich, in welchem die Steigung des charakteristischen Messwerts - hier der Abgastemperatur T_A - in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis λ positiv ist, also hier insbesondere nicht in einem Bereich, der mit einem gestrichelten Kasten K gekennzeichnet ist, und in dem - wie ebenfalls gestrichelt angedeutet - die Abgastemperatur T_A mit abnehmenden Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis λ zunimmt. In dem ansteigenden Ast der Abgastemperaturkurve herrscht der Zusammenhang, dass der Wirkungsgrad mit zunehmendem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis λ abnimmt, was zu einer Zunahme der Abgastemperatur T_A führt. Im Minimum der Abgastemperaturkurve wird eine Situation erreicht, bei welcher der Wirkungsgradgewinn nicht mehr im Verhältnis zu dem Kraftstoffzuwachs bei weiter abnehmendem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis steht, sodass die Abgastemperatur T_A mit abnehmendem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis λ wieder zunimmt. In diesem Bereich ist auch die Klopfgrenze der Brennkraftmaschine angesiedelt, sodass aus Sicherheitsgründen - und im Übrigen zur Sicherstellung eindeutiger Versuchsergebnisse - dieser Bereich bei der Vermessung der Zündeinrichtung ausgespart wird. Im Übrigen wird das Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis bevorzugt - insbesondere ausgehend von einem sicheren Betriebspunkt als Startwert - von einer Aussetzergrenze bis zur Klopfgrenze variiert.
Es werden letztlich so im Anwendungsfeld Wertepaare für die Abgastemperatur T_A und das Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis erhalten, die mithilfe der aus den Prüfstandsversuchen in einer Datenbank hinterlegten Wertetripel des 2%-Umsatzpunktes EU02, der Abgastemperatur T_A und des Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnisses λ transformiert werden können in eine Darstellung des 2%-Umsatzpunkts EU02 in Abhängigkeit von der Abgastemperatur T_A. Insbesondere kann jedem der in dem Anwendungsfeld gemessenen Wertepaare aus der Abgastemperatur T_A und dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis λ jeweils ein Wert für den 2%-Umsatzpunkt EU02 anhand des Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnisses zugeordnet werden.
3 zeigt eine diagrammatische Darstellung eines Bewertungsdiagramms zur Bewertung von Zündeinrichtungen. Dieses Diagramm weist auf der Abszisse die Abgastemperatur T_A auf. Auf der Ordinate ist qualitativ ein Kurbelwinkelbereich der Kurbelwinkelskala dargestellt. In dem Kurbelwinkelbereich liegt der 2%-Umsatzpunkt EU02. Die Lage des 2%-Umsatzpunkts EU02 kann auf der Kurbelwinkelskala innerhalb des Kurbelwinkelbereichs variieren. Je nachdem, welche Zündbedingungen, insbesondere hervorgerufen durch das Zündverhalten der Zündeinrichtung, für ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch vorliegen, kann der 2%-Umsatzpunkt EU02 auf der Kurbelwinkelskala bei unterschiedlichen Kurbelwinkeln liegen. Im vorliegenden Diagramm nehmen die Werte der Kurbelwinkel, ausgehend vom Ursprung des Diagramms, in Richtung der Pfeilspitze der Ordinate zu. Ein erster 2%-Umsatzpunkt EU02 bei einem Kurbelwinkel nahe am Ursprung des Diagramms liegt beispielsweise relativ früher als ein zweiter 2%-Umsatzpunkt EU02 bei einem Kurbelwinkel nahe an der Pfeilspitze der Ordinate. Somit liegt der zweite 2%-Umsatzpunkt EU02 relativ später als der erste 2%-Umsatzpunkt EU02.
In ein solches Diagramm können nun einerseits die Ergebnisse der Prüfstandsversuche und andererseits Ergebnisse von Vermessungen im Anwendungsfeld - wie zuvor erläutert - eingetragen werden. Für die verschiedenen Zündeinrichtungen ergeben sich lineare, zweite Zusammenhänge, die bevorzugt mithilfe der Methode der linearen Regression mit Geraden angepasst werden. Diese Regressionsgraden sind schematisch in 3 dargestellt.
Dabei zeigt sich, dass die verschiedenen Zündeinrichtungen insbesondere anhand der Lage der ihnen zugeordneten Geraden in dem EU02/T_A-Diagramm in verschiedene Kategorien eingeteilt werden können, wobei sie in verschiedene, voneinander abgrenzbare Gruppen fallen. Dabei sind hier schematisch drei Gruppen A, B, C dargestellt, wobei die Buchstaben lediglich bezeichnende, nicht jedoch wertende Bedeutung haben.
Direkt vergleichbar miteinander sind dabei lediglich Zündeinrichtungen innerhalb einer selben Gruppe der Gruppen A, B, C, nicht jedoch Zündeinrichtungen, die verschiedenen Gruppen A, B, C zugeordnet sind.
Dabei zeigen sich folgende Zusammenhänge:
Je weiter links - also zu kleineren Abgastemperaturen T_A verschoben - ein Graph, das heißt eine Regressionsgerade, einer Zündeinrichtung in dem Diagramm gemäß 3 angeordnet ist, desto größer ist die Fähigkeit dieser Zündeinrichtung, bei magerem Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch noch zuverlässig zu zünden. Liegen zwei Graphen zweier Zündeinrichtungen eng beieinander, so zeigen sich im Brennverlauf gleiche oder zumindest stark ähnliche Verläufe. Liegt der Graph einer Zündeinrichtung im Bereich niedrigerer Abgastemperatur, so ist das Vermögen dieser Zündeinrichtung, eine schnelle Flammkernbildung zu gewährleisten, größer als bei einer Zündeinrichtung, deren Graph bei höherer Abgastemperatur liegt.
Eine große Steigung des Graphen einer Zündeinrichtung bedeutet, dass große Verlagerungen des 2%-Umsatzpunkts EU02 nur geringe Veränderungen der Abgastemperatur T_A zur Folge haben. Umgekehrt gilt für einen flachen Verlauf des Graphen, dass große Änderungen der Abgastemperatur T_A bereits durch geringe Verlagerungen des 2%-Umsatzpunktes EU02 verursacht werden.
Reicht der Graph einer Zündeinrichtung - im Vergleich zu einer anderen Zündeinrichtung, welche derselben Gruppe A, B, C zugeordnet ist - weit in den Bereich früherer 2%-Umsatzpunkte EU02 auf der Kurbelwinkelskala, hat diese Zündeinrichtung eine erweiterte Klopfgrenze. Analog verhält es sich mit der Aussetzergrenze: Reicht der Graph einer Zündeinrichtung im Vergleich zu anderen Zündeinrichtungen derselben Gruppe A, B, C weit in den späteren Bereich des 2%-Umsatzpunktes EU02 auf der Kurbelwinkelskala, besitzt diese Zündeinrichtung im Vergleich bessere Magerlaufeigenschaften. Dies wird beispielsweise deutlich anhand der drei in Kategorie A dargestellten Graphen: So offenbart beispielsweise die in Gruppe A durchgezogen dargestellte Gerade bessere Magerlaufeigenschaften der ihr zugeordneten Zündeinrichtung als die grobgestrichelte und die feingestrichelte Gerade derselben Gruppe A, wobei die durchgezogene Gerade zugleich eine im Vergleich zu der grobgestrichelten Kurve erweiterte Klopfgrenze zeigt, wobei allerdings die Klopfgrenze der Zündeinrichtung, welcher die feingestrichelte Gerade zugeordnet ist, noch stärker hinausgeschoben ist.
Die Darstellung gemäß 3 ermöglicht es insbesondere auch, Zündeinrichtungen mit ähnlichen Eigenschaften zu identifizieren und daraus Rückschlüsse zu ziehen, welche Zündeinrichtung anstelle einer momentan verbauten Zündeinrichtung verwendet werden könnte.
Insgesamt zeigt sich, dass mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren insbesondere eine Möglichkeit geschaffen wird, Vorkammer-Zündeinrichtungen zu bewerten und zu kategorisieren, sodass eine aus Motorenhersteller- und Motorenbetreibersicht de facto bestehende Abhängigkeit zwischen bestimmten Motoren einerseits und bestimmten Zündeinrichtungen andererseits aufgebrochen werden kann.

Claims

Verfahren zum Bewerten einer Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten: - Betreiben eines Brennraums einer Brennkraftmaschine mit einer zu bewertenden Zündeinrichtung; - Variieren eines Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnisses (λ) über eine Mehrzahl von Arbeitszyklen in dem Brennraum; - Erfassen von wenigstens einem für einen Verbrennungsverlauf charakteristischen Messwert für den Brennraum für jedes Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis, und - Bewerten der Zündeinrichtung anhand eines Verlaufs des wenigstens einen charakteristischen Messwerts in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis (λ), dadurch gekennzeichnet, dass - als charakteristischer Messwert eine dem Brennraum zugeordnete Abgastemperatur (T_A) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zusammenhang zwischen dem wenigstens einen charakteristischen Messwert und dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis (λ) ermittelt wird, wobei der ermittelte erste Zusammenhang mit für eine Vielzahl von Zündeinrichtungen tabellierten, entsprechenden Zusammenhängen verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zusammenhang transformiert wird in einen zweiten Zusammenhang zwischen einem vorbestimmten Prozentpunkt eines Gesamtenergieumsatzes (EU02) und dem charakteristischen Messwert, wobei der zweite Zusammenhang mit für eine Vielzahl von Zündeinrichtungen tabellierten, entsprechenden Zusammenhängen verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Vielzahl von Zündeinrichtungen in Prüfstandsversuchen jeweils der erste Zusammenhang und der zweite Zusammenhang ermittelt und tabelliert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtungen anhand der ermittelten zweiten Zusammenhänge kategorisiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zündzeitpunkt während des Verfahrens für alle Arbeitszyklen konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zündeinrichtung eine Zündeinrichtung mit Vorkammer verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zusammenhang nur ausgewertet wird in einem Bereich, in dem die Steigung des charakteristischen Messwerts in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis (λ) positiv ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis (λ) von einer Aussetzergrenze bis zu einer Klopfgrenze variiert wird.