DE102017110668A1 - Verfahren zum Betrieb einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine und Einrichtung hierzu - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine und Einrichtung hierzu Download PDF

Info

Publication number
DE102017110668A1
DE102017110668A1 DE102017110668.5A DE102017110668A DE102017110668A1 DE 102017110668 A1 DE102017110668 A1 DE 102017110668A1 DE 102017110668 A DE102017110668 A DE 102017110668A DE 102017110668 A1 DE102017110668 A1 DE 102017110668A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
exhaust gas
gas
tract
internal combustion
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102017110668.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Marcus Umierski
Bertold Hüchtebrock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FEV Europe GmbH
Original Assignee
FEV Europe GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FEV Europe GmbH filed Critical FEV Europe GmbH
Publication of DE102017110668A1 publication Critical patent/DE102017110668A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D21/00Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas
    • F02D21/06Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air
    • F02D21/08Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air the other gas being the exhaust gas of engine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/026Measuring or estimating parameters related to the fuel supply system
    • F02D19/029Determining density, viscosity, concentration or composition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/027Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using knock sensors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0027Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures the fuel being gaseous
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0052Feedback control of engine parameters, e.g. for control of air/fuel ratio or intake air amount
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0203Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0215Mixtures of gaseous fuels; Natural gas; Biogas; Mine gas; Landfill gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0611Fuel type, fuel composition or fuel quality
    • F02D2200/0612Fuel type, fuel composition or fuel quality determined by estimation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/06Low pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust downstream of the turbocharger turbine and reintroduced into the intake system upstream of the compressor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer wenigstens teilweise gasbetriebenen Brennkraftmaschine (1) und eine Einrichtung (100) hierzu, wobei eine Gaszufuhrleitung (10) und eine Luftzufuhrleitung (11) eines Zufuhrtraktes (2) zur Speisung der Brennkraftmaschine (1) vorgesehen sind, und wobei der Brennkraftmaschine (1) über die Gaszufuhrleitung (10) ein Brenngas (G) und über die Luftzufuhrleitung (11) Verbrennungsluft (L) zugeführt wird, und wobei ein Abgastrakt (14) vorgesehen ist, über den Abgas (A) der Brennkraftmaschine (1) abgeführt wird. Erfindungsgemäß wird dem Zufuhrtrakt (2) in Abhängigkeit einer Methanzahl des Brenngases (G) über eine Abgasrückführleitung (15) ein Teil des Abgases (A) aus dem Abgastrakt (14) zugemischt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer wenigstens teilweise gasbetriebenen Brennkraftmaschine und eine Einrichtung hierzu, wobei eine Gaszufuhrleitung und eine Luftzufuhrleitung eines Zufuhrtraktes zur Speisung der Brennkraftmaschine vorgesehen sind, und wobei der Brennkraftmaschine über die Gaszufuhrleitung ein Brenngas und über die Luftzufuhrleitung Verbrennungsluft zugeführt wird, und wobei ein Abgastrakt vorgesehen ist, über den Abgas der Brennkraftmaschine abgeführt wird.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die US 2013/0086893 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine, wobei eine Gaszufuhrleitung und eine Luftzufuhrleitung vorgesehen sind, so dass der Brennkraftmaschine durch eine Mischung des Brenngases und der Verbrennungsluft ein Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt werden kann. Die Brennkraftmaschine wird dabei mit einem Kraftstoff betrieben, der Methan im Abgas enthält und über eine Abgasrückführung wird die Methanzahlkonzentration im Brennstoff-Luft-Gemisch spezifiziert. Damit wird eine Vorrichtung geschaffen, mit der die Methanzahlkonzentration über eine Steuereinheit geregelt werden kann, wenn ein steuerseitig erkannter Wert der Konzentration größer oder gleich einem Referenzwert ist. Nachteilhafter Weise ist ein spezieller Kraftstoff notwendig, der Methan im Abgas enthält. Weiterhin ist eine Methangasabscheidevorrichtung erforderlich, und darüber hinaus muss die Methanzahl im Abgas dauerhaft gemessen werden, um eine entsprechende Menge an Methan dem Brenngas beizumischen. Insgesamt entsteht folglich ein erhöhter Anlagenaufwand.
  • Grundsätzlich können gasbetriebene Brennkraftmaschinen mit verschiedenen Gasqualitäten betrieben werden, sofern die Brennkraftmaschinen auf die entsprechende Gasqualität eingestellt sind. Idealerweise sollte die Brennkraftmaschine dabei an einem optimalen Wirkungsgrad ausgerichtet und betrieben werden, was jedoch eine Mindest- Methanzahl im zugeführten Brenngas erforderlich macht.
  • In den letzten Jahren hat sich die Erdgasversorgung jedoch stark diversifiziert. Konnte zuvor für Leitungsgas eines Standortes eine stationär mit Gas betriebene Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Blockheizkraftwerkes, mit einer nur geringen Schwankungsbreite der Gasqualität gerechnet werden, insbesondere mit einer geringen Schwankungsbreite der Methanzahl, so hat sich in jüngerer Zeit gezeigt, dass starke Abweichungen der Methanzahl auch sprunghaft auftreten können. Die Ursache dafür sind vielfältige Lieferbeziehungen und Stoffströme, insbesondere aber auch die Einbringung von LNG-Gas (Liquid Natural Gas). LNG weist prozessbedingt einen höheren Anteil von langkettigen Molekülen auf, die die Methanzahl verringern. Bei der Speisung einer Brennkraftmaschine und dem Betrieb einer entsprechenden Einrichtung mit einer solchen Brennkraftmaschine, beispielsweise ein Blockheizkraftwerk, muss mit Methanzahlen von 63 bis 70 Einheiten gerechnet werden, wodurch sich ebenfalls Verlagerungen des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine ergeben.
  • Anlagen der Energieversorgung, also speziell Blockheizkraftwerke, sind typischerweise auf eine Methanzahl von 75 bis 90 Einheiten ausgelegt, wobei die Auslegung insbesondere standortabhängig vorgenommen wird. Höhere Methanzahlen erlauben ein höheres Verdichtungsverhältnis und/oder eine höhere Auslastung des Verbrennungsmotors, so dass sich folglich auch der Wirkungsgrad verbessern lässt. Standardauslegungspunkt der Methanzahl üblicher Brennkraftmaschinen von Blockheizkraftwerken beträgt 80 Einheiten, wobei Werte bis zu 75 Einheiten herunter über eine Steuereinheit der Einrichtung mit der Brennkraftmaschine ausgeregelt werden können. Ein kurzfristiger, signifikanter Abfall der Methanzahl unter diese Werte kann von der Einrichtung nicht grundsätzlich ausgeregelt werden, da dafür das Verdichtungsverhältnis zu hoch ist und ein Klopfen der Brennkraftmaschine entsteht, das von der Steuerung und innerhalb des physikalisch sinnvollen Regelbereichs des Zündsystems nicht mehr nachgeregelt werden kann. Die Anlage schaltet dann aus Motorschutzgründen ab, wenn Schübe von sehr niedrigen Methanzahlen in die Gaszufuhrleitung gelangen. Diese Abschaltungen sind höchst unerwünscht, insbesondere dann, wenn die Brennkraftmaschine zur Objektversorgung dient, insbesondere auch wenn die Brennkraftmaschine zur Energieversorgung im öffentlichen Stromnetz dient.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zum Betrieb einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine und eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens, wobei das Verfahren eine vereinfachte Ausregelung von zeitweise zu niedrigen Methanzahlen im Brenngas ermöglichen soll. Insbesondere ist es die Aufgabe, eine Einrichtung zu schaffen, mit der das Verfahren zum Ausregeln zu niedriger Methanzahlen ausgeführt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einer Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung sieht hierzu vor, dass dem Zufuhrtrakt in Abhängigkeit einer Methanzahl des Brenngases über eine Abgasrückführleitung ein Teil des Abgases aus dem Abgastrakt zugemischt wird.
  • Kerngedanke der Erfindung ist dabei die Nutzung einer Abgasrückführung zur Einregelung einer sich ergebenen, effektiven Methanzahl im Brenngas. Sinkt die Methanzahl im zugeführten Brenngas unter einen Grenzwert, beispielsweise unter 75, so kann durch die Zumischung von rückgeführtem Abgas die effektive Methanzahl durch die Anreicherung des Brenngases mittels Komponenten wie CO2 oder N2, die klopfhemmend wirken, wieder angehoben werden. Die Anhebung kann entweder mit entsprechender Sensorik vorausberechnet werden, so dass eine Dosierung der Abgasrückführung gemäß der geforderten Methanzahlanhebung ausgeführt werden kann, oder in einem einfachen Fall wird, sobald die Motorsteuerungseinheit eine niedrige Methanzahl über die Informationen Zündverstellung und Motorklopfen oder weitere Sensoren erhält, die Abgasrückführstrecke komplett oder in Stufen zugeschaltet. In diesem einfachen Fall ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch nachrüstbar, da die Motorsteuerung nur einen weiteren Aktuator in einem einfachen Signal ansteuern muss, im einfachsten Fall nur ein/aus. Dies ist deswegen möglich, weil auch eine zu 100% zugeschaltete Einrichtung zwar je nach Auslegung einen Methanzahlsprung um 5. . . 15 Einheiten veranlasst, dies aber für den Verbrennungsmotor hinsichtlich der Betriebspunktverschiebung tolerabel ist Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in einem sehr einfachen Anlagenaufbau, da die Einrichtung lediglich zusätzlich eine Abgasrückführung umfassen muss, und die Einrichtung muss dafür ausgebildet sein, dass die Rückführung des Abgases in Abhängigkeit der Methanzahl des Brenngases erfolgt.
  • Die Brennkraftmaschine kann insbesondere mit einem gespülten oder ungespülten Vorkammerverfahren betrieben werden. Auch ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine vorkammerlos ausgeführt wird und eine Zündquelle zum Zünden des Brennstoffes kann durch eine Zündkerze gebildet sein oder die Zündung erfolgt mittels einer Selbstentzündung per eingebrachtem Dieselkraftstoff, sodass die Brennkraftmaschine wenigstens teilweise mit Brenngas und teilweise oder zeitweise mit Dieselkraftstoff betrieben wird. Es ist auch denkbar, dass ein Oberflächenzündverfahren als gesteuerte oder ungesteuerte Glühzündung zum Einsatz kommt und der Betrieb kann sowohl mit einem Luftüberschuss als auch stöchiometrisch ausgeführt werden.
  • Vorteilhafterweise weist der Zufuhrtrakt einen Mischer auf, in den die Gaszufuhrleitung und die Luftzufuhrleitung geführt sind und in dem das Brenngas und die Verbrennungsluft zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch vermischt werden, wobei das rückgeführte Abgas in den Mischer eingespeist wird. Auch ist es denkbar, dass die Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader betrieben wird, und dass die Verbrennungsluft mit einem Verdichter des Abgasturboladers verdichtet wird, wobei das Brenngas der Verbrennungsluft stromaufwärts des Verdichters zugemischt wird, und wobei das Abgas stromaufwärts oder stromabwärts der Zuführung des Brenngases an die Verbrennungsluft zugeführt wird. Im Ergebnis kann das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig davon betrieben werden, wo die Mischung der Verbrennungsluft mit dem Brenngas und die Zumischung des Abgases erfolgt, und die Mischung und die Zumischung muss nicht ortsgleich erfolgen. Auch kann eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung eingesetzt werden, und die Zumischung des Abgases in die Verbrennungsluft erfolgt an einer beliebigen Stelle im Zufuhrtrakt.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Abgas-Zumesseinrichtung in der Abgasrückführleitung eingerichtet, und die Menge des rückgeführten und dem Brennstoff-Luft-Gemisch zugemischten Abgases wird mit der Abgas-Zumesseinrichtung geregelt. Weiterhin ist eine Steuereinheit vorgesehen, mittels der über einen Klopfsensor an der Brennkraftmaschine die Methanzahl des Brenngases überwacht wird, wobei die Steuereinheit die Menge des rückgeführten und dem Zufuhrtrakt zugeführten Abgases in Abhängigkeit der unmittelbar oder mittelbar überwachten Methanzahl regelt. Die Steuereinheit ist dabei mit der Abgas-Zumesseinrichtung verbunden und steuert diese an, und über einen Regelkreis wird ein Methanzahlwert ermittelt, der als Basisgröße zur Ansteuerung der Abgas-Zumesseinrichtung dient.
  • Beginnt ein Klopfen der Brennkraftmaschine, so wird die Abgas-Zumesseinrichtung von der Steuereinheit angesteuert und geöffnet, so dass dem Mischer ein Teil des Abgases zugeführt wird, wodurch sich die effektive Methanzahl wieder erhöht. Folglich wird das Klopfen der Brennkraftmaschine beendet, wobei das Klopfen weiter überwacht wird, und steigt die Methanzahl im zugeführten Brenngas wieder an, kann über die Steuereinheit die Abgas-Zumesseinrichtung wieder geschlossen werden oder die Menge an zugeführtem Abgas wird verringert. Damit wird vermieden, dass dauerhaft Abgas in den Mischer gelangt und dem Zufuhrtrakt zugemischt wird. Eine dauerhafte Zumischung könnte Verschmutzungen auslösen, außerdem verringert sich der Luftaufwand des Verbrennungsmotors geringfügig, weswegen bei Brenngas mit einer ausreichenden Methanzahl die Zumischung nicht vorteilhaft ist. Ein möglicher Trigger für die Verringerung oder Abschaltung der AGR ist die Signalerfassung der Klopfregelung, die auch eine positive Veränderung der Methanzahl des Brenngases zu detektieren in der Lage ist.
  • Zur Ansteuerung der Abgas-Zumesseinrichtung sind mehrere Möglichkeiten gegeben. Auf einfachste Weise kann die Abgas-Zumesseinrichtung ein einfaches Zu- und Abschalten des rückgeführten Abgases ermöglichen, so dass die Abgas-Zumesseinrichtung beispielsweise lediglich als Ein-Aus-Schaltventil ausgeführt wird. Weiterbildend besteht auch die Möglichkeit, dass mit der Abgas-Zumesseinrichtung eine veränderliche Menge des rückgeführten und dem Zufuhrtrakt zugemischten Abgases in Abhängigkeit der erkannten Methanzahl geregelt wird.
  • Das Verfahren sieht insbesondere vor, dass 0,1 bis 1,5 Anteile an Abgas in Bezug auf einen Anteil an Brenngas rückgeführt und dem Zufuhrtrakt zugemischt wird, wenn die Abgas-Zumesseinrichtung geöffnet wird. Insbesondere dann, wenn die Abgas-Zumesseinrichtung zur Zumischung einer veränderlichen Menge an Abgas ausgelegt ist, kann in Abhängigkeit der gemessenen Methanzahl und der Klopfneigung der Brennkraftmaschine der Wert des Anteils des Abgases in Bezug auf den Anteil des Brenngases von 0,1 bis 1,5 Anteile eingeregelt werden.
  • Durch die rückgeführte und dem Zufuhrtrakt zugemischte Menge an Abgas kann die effektive Methanzahl um 10 bis 20 Einheiten, vorzugsweise um 15 Einheiten angehoben werden. Folglich wird erreicht, dass die Steuereinheit die Menge an rückgeführtem und dem Zufuhrtrakt zugemischtem Abgas über die Abgas-Zumesseinrichtung so einregeln kann, dass eine effektive Methanzahl von 75 bis 90 Einheiten und vorzugsweise von 80 Einheiten vorherrscht.
  • Die Klopfregelung, die mit der Steuereinheit und dem Klopfsensor gebildet wird, bleibt für den Betrieb der Brennkraftmaschine folglich dauerhaft aktiv.
  • Die Abgas-Zumesseinrichtung wird über die Steuereinheit dann abgeschaltet, wenn die Klopfregelung, bestehend aus der Steuereinheit und dem Klopfsensor, feststellt, dass die Zündzeitpunktvorverstellung des Zündsystems der Brennkraftmaschine einen hohen klopffreien Wert annehmen kann, woraus geschlossen wird, dass die Methanzahl des Brenngases wieder angestiegen ist und kein rückgeführtes Abgas mehr notwendig ist. Somit wird erreicht, dass die Abgasrückführung nur zeitweise aktiv ist.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin Einrichtung zum Betrieb einer wenigstens teilweise gasbetriebenen Brennkraftmaschine, wobei eine Gaszufuhrleitung und eine Luftzufuhrleitung eines Zufuhrtraktes zur Speisung der Brennkraftmaschine vorgesehen sind, indem der Brennkraftmaschine über die Gaszufuhrleitung ein Brenngas und über die Luftzufuhrleitung Verbrennungsluft zuführbar ist, und wobei ein Abgastrakt vorgesehen ist, über den Abgas der Brennkraftmaschine abführbar ist. Erfindungsgemäß weist die Einrichtung eine Abgasrückführleitung auf, über die in Abhängigkeit einer Methanzahl des Brenngases dem Zufuhrtrakt ein Teil des Abgases aus dem Abgastrakt zumischbar ist.
  • Vorteilhafterweise weist der Zufuhrtrakt einen Mischer auf, in den die Gaszufuhrleitung und die Luftzufuhrleitung geführt sind und in dem das Brenngas und die Verbrennungsluft zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch mischbar sind, wobei das rückgeführte Abgas in den Mischer einspeisbar ist. Auch ist es denkbar, dass die Brennkraftmaschine einen Abgasturbolader aufweist, und dass die Verbrennungsluft mit einem Verdichter des Abgasturboladers verdichtbar ist, wobei das Brenngas der Verbrennungsluft stromaufwärts des Verdichters zumischbar ist, und wobei das Abgas stromaufwärts oder stromabwärts der Zuführung des Brenngases an die Verbrennungsluft zuführbar ist.
  • Mit weiterem Vorteil weist die Einrichtung eine Abgas-Zumesseinrichtung in der Abgasrückführung auf, wobei eine Menge des rückgeführten und dem Zufuhrtrakt zugemischten Abgases mit der Abgas-Zumesseinrichtung regelbar ist. Insbesondere weist die Einrichtung eine Steuereinheit auf, mittels der über einen Klopfsensor an der Brennkraftmaschine die Methanzahl des Brenngases überwachbar ist, und wobei mit der Steuereinheit die Menge des rückgeführten und dem Zufuhrtrakt zugemischten Abgases in Abhängigkeit der überwachten Methanzahl regelbar ist.
  • BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Es zeigt die
  • Figur eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens zum Betrieb einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der Erfindung.
  • Die Figur zeigt eine schematische Ansicht der Einrichtung 100 zum Betrieb einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine 1 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Brennkraftmaschine 1 ist in schematischer Weise gezeigt und zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 1 dient ein Steuergerät 17. Zur Überwachung der Brennkraftmaschine 1 durch die Steuereinheit 17 weist die Einrichtung 100 einen Klopfsensor 18 und einen Drehzahlsensor 26 auf. Ein Zündsystem 25 als Teil der Brennkraftmaschine 1 ist ebenfalls mit der Steuereinheit 17 verbunden, und mit der Steuereinheit 17 kann insbesondere der Zündzeitpunkt des Zündsystems 25 für eine interne Anpassung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine 1 an eine Methanzahl im Versorgungsgemisch eingestellt werden. Weiterhin ist die Steuereinheit 17 mit einer Lambdasonde 21 verbunden, die an einem Abgastrakt 14 angeordnet ist.
  • Zur Speisung der Brennkraftmaschine 1 dient ein Brennstoff-Luft-Gemisch 13, welches über einen Zufuhrtrakt 2 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird, und in diesem mittels eines Verdichters 23 eines Abgasturboladers verdichtet wird, und anschließend durchströmt das Brennkraft-Luft-Gemisch 13 eine Drosselklappe 28, die mit der Steuereinheit 17 interagiert, und das Brennkraft-Luft-Gemisch 13 durchströmt einen Ladeluftkühler 24, um schließlich in die Brennkraftmaschine 1 zu gelangen. Der Zufuhrtrakt 2 umfasst dabei den gesamten Trakt, den die Verbrennungsluft von einer Einsaugstelle 3 bis in den Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 hinein durchströmt.
  • Zur Aufbereitung des Brennstoff-Luft-Gemischs 13 dient ein Mischer 12, und über eine Gaszufuhrleitung 10 wird ein Brenngas G und über eine Luftzufuhrleitung 11 wird eine Verbrennungsluft L in den Mischer 12 geführt. In der Gaszufuhrleitung 10 ist ein Gaszufuhrventil 27 eingerichtet, das mit der Steuereinheit 17 verbunden ist, so dass die Steuereinheit 17 bei Bedarf die Gaszufuhr mit dem Gaszufuhrventil 27 ändern kann.
  • Das Abgas A der Brennkraftmaschine 1 wird durch den Abgastrakt 14 geleitet, wobei das Abgas A zunächst eine Turbine 22 des Abgasturboladers durchströmt, und anschließend wird das Abgas A über einen Katalysator 20 abgeführt.
  • Erfindungsgemäß weist die Einrichtung 100 eine Abgasrückführleitung 15 auf, über die eine Teilmenge des Abgases A aus dem Abgastrakt 14 dem Mischer 12 zugeführt werden kann. In der Abgasrückführleitung 15 ist eine Abgaskühleinrichtung 19 angeordnet, weiterhin befindet sich in der Abgasrückführleitung 15 eine Abgas-Zumesseinrichtung 16, die mit der Steuereinheit 17 verbunden ist. Die Zugabe des Abgases A in den Mischer 12 stellt dabei nur eine mögliche Variante dar, und das Abgas A kann auch an einer anderen Stelle im gesamten Zufuhrtrakt 2 zwischen der Einsaugstelle 3 und dem Brennraum 4 der Verbrennungsluft oder dem Brennstoff-Luft-Gemisch zugegeben werden.
  • Sensiert die Steuereinheit 17 insbesondere über den Klopfsensor 18 einen Abfall der Methanzahl im zugeführten Brenngas G, so kann die Steuereinheit 17 die Abgas-Zumesseinrichtung 16 ansteuern und die Abgasrückführleitung 15 zum Mischer 12 hin öffnen, so dass ein Teil des Abgases A aus dem Abgastrakt 14 dem Mischer 12 zugeführt wird. Durch die Beimischung von Abgas A in das Brennstoff-Luft-Gemisch 13 erhöht sich die effektive Methanzahl in dem Brennstoff-Luft-Gemisch 13, so dass die Brennkraftmaschine 1 auch mit niedrigen Methanzahlen im zugeführten Brenngas G selbst weiterbetrieben werden kann.
  • Die Steuereinheit 17 ist dabei so ausgelegt, dass mit dieser über den Klopfsensor 18 an der Brennkraftmaschine 1 eine dauerhafte Überwachung der Klopfneigung im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ausgeführt wird. Sensiert die Steuereinheit 17 über den Klopfsensor 18 ein Klopfen, so kann bei Überschreiten eines Grenzwerts die Steuereinheit 17 die Abgas-Zumesseinrichtung 16 zum Beispiel teilweise geregelt oder direkt vollständig öffnen, so dass ein Teil des Abgases 14 in den Mischer 12 gelangt, um gemeinsam mit dem Brenngas G und der Verbrennungsluft L gemischt zu werden, um das Brennstoff-Luft-Gemisch 13 zu bilden. Die Abgas-Zumesseinrichtung 16 kann gemäß einer ersten Variante ein einfaches Ein- und Ausschalten der Zumischung von Abgas A ermöglichen, wobei es auch denkbar ist, dass die Abgas-Zumesseinrichtung 16 eine bestimmte Menge an Abgas A dem Brennstoff-Luft-Gemisch 13 beimischt, die abhängig ist von der errechneten Methanzahl, die bestimmt wird auf Grundlage des Klopfverhaltens der Brennkraftmaschine 1. Die Steuereinheit 17 steuert dabei die Abgas-Zumesseinrichtung 16 so an, dass eine entsprechende Menge an Abgas A rückgeführt wird.
  • Das gezeigte Ausführungsbeispiel stellt eine mögliche Ausführungsform der Erfindung dar, wobei weiterführend auch die Möglichkeit besteht, einen Verdichter in der Abgasrückführleitung 15 einzubringen, so dass in kurzer Zeit auch eine größere Menge an Abgas A dem Brennstoff-Luft-Gemisch 13 beigemischt werden kann, um plötzliche Sprünge in der Methanzahl des Brenngases G ohne wesentliche zeitliche Verzögerung auszugleichen. Zudem besteht die Möglichkeit, das rückgeführte Abgas A auch nach dem Mischer 12 unmittelbar in die Brennstoff-Luft-Gemischleitung einzuspeisen.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Zufuhrtrakt
    3
    Einsaugstelle
    4
    Brennraum
    10
    Gaszufuhrleitung
    11
    Luftzufuhrleitung
    12
    Mischer
    13
    Brennstoff-Luft-Gemisch
    14
    Abgastrakt
    15
    Abgasrückführleitung
    16
    Abgas-Zumesseinrichtung
    17
    Steuereinheit
    18
    Klopfsensor
    19
    Abgaskühleinrichtung
    20
    Katalysator
    21
    Lambdasonde
    22
    Turbine
    23
    Verdichter
    24
    Ladeluftkühler
    25
    Zündsystem
    26
    Drehzahlsensor
    27
    Gasregelventil
    28
    Drosselklappe
    100
    Einrichtung
    A
    Abgas
    G
    Brenngas
    L
    Verbrennungsluft
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2013/0086893 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betrieb einer wenigstens teilweise gasbetriebenen Brennkraftmaschine (1), wobei eine Gaszufuhrleitung (10) und eine Luftzufuhrleitung (11) eines Zufuhrtraktes (2) zur Speisung der Brennkraftmaschine (1) vorgesehen sind, indem der Brennkraftmaschine (1) über die Gaszufuhrleitung (10) ein Brenngas (G) und über die Luftzufuhrleitung (11) Verbrennungsluft (L) zugeführt wird, und wobei ein Abgastrakt (14) vorgesehen ist, über den Abgas (A) der Brennkraftmaschine (1) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zufuhrtrakt (2) in Abhängigkeit einer Methanzahl des Brenngases (G) über eine Abgasrückführleitung (15) ein Teil des Abgases (A) aus dem Abgastrakt (14) zugemischt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufuhrtrakt (2) einen Mischer (12) aufweist, in den die Gaszufuhrleitung (10) und die Luftzufuhrleitung (11) geführt sind und in dem das Brenngas (G) und die Verbrennungsluft (L) zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch (13) vermischt werden, wobei das rückgeführte Abgas (A) in den Mischer (12) eingespeist wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft (L) mit einem Verdichter (23) eines Abgasturboladers verdichtet wird, wobei das Brenngas (G) der Verbrennungsluft (L) stromaufwärts des Verdichters (23) zugemischt wird, und wobei das Abgas (A) stromaufwärts oder stromabwärts der Zuführung des Brenngases (G) an die Verbrennungsluft (L) zugeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgas-Zumesseinrichtung (16) in der Abgasrückführleitung (15) eingerichtet ist, wobei die Menge des rückgeführten und dem Zufuhrtrakt (2) zugemischten Abgases (A) mit der Abgas-Zumesseinrichtung (16) geregelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (17) eingerichtet ist, mittels der über einen Klopfsensor (18) an der Brennkraftmaschine (1) die Methanzahl des Brenngases (G) überwacht wird, wobei die Steuereinheit (17) die Menge des rückgeführten und dem Zufuhrtrakt (2) zugemischten Abgases (A) in Abhängigkeit der überwachten Methanzahl regelt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas-Zumesseinrichtung (16) von der Steuereinheit (17) in Abhängigkeit einer erkannten Methanzahl angesteuert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Abgas-Zumesseinrichtung (16) eine Zu- und Abschaltung des rückgeführten und dem Zuführtrakt (2) zugeführten Abgases (A) ausgelöst wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Abgas-Zumesseinrichtung (16) eine veränderliche Menge des rückgeführten und dem Zuführtrakt (2) zugeführten Abgases (A) in Abhängigkeit der erkannten Methanzahl geregelt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 0,1 bis 1,5 Anteile an Abgas (A) in Bezug auf einen Anteil an Brenngas (G) rückgeführt und dem Zuführtrakt (2) zugeführt wird, wenn die Abgas-Zumesseinrichtung (16) geöffnet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die rückgeführte und dem Zuführtrakt (2) zugeführte Menge an Abgas (A) die effektive Methanzahl um 10 bis 20 Einheiten und/oder um 15 Einheiten angehoben wird.
  11. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) die Menge an rückgeführtem und dem Zuführtrakt (2) zugeführten Abgas (A) über die Abgas-Zumesseinrichtung (16) so einregelt, dass eine effektive Methanzahl von 75 bis 90 Einheiten und/oder von 80 Einheiten vorherrscht.
  12. Einrichtung (100) zum Betrieb einer wenigstens teilweise gasbetriebenen Brennkraftmaschine (1), wobei eine Gaszufuhrleitung (10) und eine Luftzufuhrleitung (11) eines Zufuhrtraktes (2) zur Speisung der Brennkraftmaschine (1) vorgesehen sind, indem der Brennkraftmaschine (1) über die Gaszufuhrleitung (10) ein Brenngas (G) und über die Luftzufuhrleitung (11) Verbrennungsluft (L) zuführbar ist, und wobei ein Abgastrakt (14) vorgesehen ist, über den Abgas (A) der Brennkraftmaschine (1) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (100) eine Abgasrückführleitung (15) aufweist, über die in Abhängigkeit einer Methanzahl des Brenngases (G) dem Zufuhrtrakt (2) ein Teil des Abgases (A) aus dem Abgastrakt (14) zumischbar ist.
  13. Einrichtung (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufuhrtrakt (2) einen Mischer (12) aufweist, in den die Gaszufuhrleitung (10) und die Luftzufuhrleitung (11) geführt sind und in dem das Brenngas (G) und die Verbrennungsluft (L) zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch (13) mischbar ist, wobei das rückgeführte Abgas (A) in den Mischer (12) führbar ist.
  14. Einrichtung (100) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (100) eine Abgas-Zumesseinrichtung (16) in der Abgasrückführleitung (15) aufweist, wobei eine Menge des rückgeführten und dem Zufuhrtrakt (2) zugemischten Abgases (A) mit der Abgas-Zumesseinrichtung (16) regelbar ist.
  15. Einrichtung (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (100) eine Steuereinheit (17) aufweist, mittels der über einen Klopfsensor (18) an der Brennkraftmaschine (1) die Methanzahl des Brenngases (G) überwachbar ist, und wobei mit der Steuereinheit (17) die Menge des rückgeführten und dem Zufuhrtrakt (2) zugemischten Abgases (A) in Abhängigkeit der überwachten Methanzahl regelbar ist.
DE102017110668.5A 2016-05-24 2017-05-17 Verfahren zum Betrieb einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine und Einrichtung hierzu Pending DE102017110668A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016109470.6 2016-05-24
DE102016109470 2016-05-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017110668A1 true DE102017110668A1 (de) 2017-07-06

Family

ID=59069097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017110668.5A Pending DE102017110668A1 (de) 2016-05-24 2017-05-17 Verfahren zum Betrieb einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine und Einrichtung hierzu

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102017110668A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4219921A1 (de) * 2022-01-31 2023-08-02 Winterthur Gas & Diesel Ltd. Verbrennungsmotor und verfahren zum betrieb eines verbrennungsmotors

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130086893A1 (en) 2010-06-18 2013-04-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130086893A1 (en) 2010-06-18 2013-04-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4219921A1 (de) * 2022-01-31 2023-08-02 Winterthur Gas & Diesel Ltd. Verbrennungsmotor und verfahren zum betrieb eines verbrennungsmotors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015206074B4 (de) Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102012021778B4 (de) Gemischaufgeladener Gasmotor und Verfahren zur Kompensation von Liefergradabweichungen in einem gemischaufgeladenen Gasmotor
DE112012004089T5 (de) Kraftstoffinjektor mit Einzelaktuator für Zweikraftstoffmotoren
EP3256714A1 (de) Einspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine
EP1799981B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur entflammung von kraftstoff-luft-gemischen bei einem verbrennungsmotor mit vorkammerzündung
DE112012004984T5 (de) Motor, der mehrere Kraftstoffe nutzt, und zugehöriges Verfahren
DE102018109939B4 (de) Verbrennungsmotor
DE112011105137B4 (de) Steuersystem für einen Mehrkraftstoff-Verbrennungszylinder
DE102011056519A1 (de) Diesel-Benzin-Hybridmotor
EP3267017A1 (de) Verfahren zum betreiben eines dual-fuel grossdieselmotors sowie grossdieselmotor
AT506472B1 (de) Brennkraftmaschine
EP3872330A1 (de) Verfahren zum betreiben eines grossdieselmotors, sowie grossdieselmotor
DE102004043934A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
DE102008045915A1 (de) Brennkraftmaschine mit Vorkammerzündung
DE102022201852A1 (de) Verfahren und Steuereinheit zum Steuern eines turboaufgeladenen Wasserstoffmotors
DE10339854A1 (de) Brennkraftmaschine
EP2677141A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Zweitakt-Grossdieselmotors sowie Zweitakt-Grossdieselmotor
DE102012001650B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine
DE102017110668A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine und Einrichtung hierzu
EP3693596A1 (de) Grossmotor mit hilfsgebläse sowie betriebsverfahren
DE102013219982A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
DE102017130403A1 (de) Hybrides verbrennungssystem und verfahren dafür
DE2450956C3 (de) Brennkraftmaschine
DE112014000757T5 (de) Motor-Steuerung mit variabler Öffnung
DE102014207748B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Steuergerät für eine Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
R230 Request for early publication
R084 Declaration of willingness to licence
R012 Request for examination validly filed