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Die Erfindung betrifft ein Gaseinblasventil zum Einblasen eines Brenngases in eine Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Gaseinblasventil und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem solchen Gaseinblasventil.
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Ein Gaseinblasventil der hier angesprochenen Art ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2014 207 182 A1 bekannt, wobei hier ein Gasinjektor zum direkten Einblasen eines gasförmigen Mediums in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine offenbart ist. Ein Gaseinblasventil der hier angesprochenen Art kann aber auch eingerichtet sein zum Einblasen eines Brenngases in einen Ladepfad einer Brennkraftmaschine, sei es im Wege einer Mehrpunkteinblasung oder auch im Rahmen einer Einzelpunkteinblasung in ein einem Brennraum der Brennkraftmaschine separat zugeordnetes Saugrohr. Ein solches Gaseinblasventil weist ein Ventilglied auf, das zwischen einer Geschlossenstellung und einer durch einen Maximalhub des Ventilglieds bestimmten Offenstellung verlagerbar ist, wobei eine der Brennkraftmaschine zugeführte Brenngasmenge bei bekannten Gaseinblasventilen lediglich durch die Wahl von Bestromungszeiten zur Ansteuerung des Gaseinblasventils aus der Geschlossenstellung in die Offenstellung variiert werden kann. Als zusätzlicher Parameter zur Einstellung der eingeblasenen Brenngasmenge kann ein Vordruck stromaufwärts des Gaseinblasventils in einer Brenngasleitung dienen, wobei in diesem Fall aber eine aufwendige Druckregelung für die Brenngasleitung nötig ist. Herkömmliche Gaseinblasventile haben daher den Nachteil, dass sie schwer zwischen einem Leerlaufbetrieb einerseits und einem Volllastbetrieb andererseits einstellbar sind und kaum für beide Betriebsarten passend ausgelegt werden können. Da nämlich die Bestromungsdauer nicht beliebig kurz gewählt werden darf, weil ansonsten keine vollständige Ventilöffnung erfolgt und das Ventilglied sich nur im ballistischen Bereich bewegt, ist es häufig nicht möglich, im Leerlauf eine angemessen geringe Brenngasmenge beizumessen. Insbesondere wird bei der Beimessung von Kleinstmengen eine Mengenstreuung so groß, dass der Leerlauf nicht sauber gefahren werden kann. Die Gaseinblasventile können dabei auch nicht beliebig klein ausgestaltet werden, da sie im Volllastbetrieb einen bestimmten maximalen Brenngasdurchsatz gewährleisten müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gaseinblasventil, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Gaseinblasventil und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die 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 Gaseinblasventil der zuvor angesprochenen Art geschaffen wird, welches sich dadurch auszeichnet, dass der Maximalhub des Ventilglieds im Betrieb des Gaseinblasventils einstellbar ist. Dadurch ist es möglich, die Einstellung der einzublasenden Brenngasmenge nicht oder zumindest nicht nur durch die Wahl der Bestromungzeiten des Gaseinblasventils vorzunehmen, sondern insbesondere, gegebenenfalls ausschließlich, durch Einstellung des Maximalhubs. Somit wird insbesondere ein zusätzlicher Parameter bereitgestellt, der für den Betrieb einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann. Dies ermöglicht nicht nur einen definierten Leerlaufbetrieb mit geringer Mengenstreuung, insbesondere durch Einstellung eines minimalen Maximalhubs, sowie einen Volllastbetrieb insbesondere bei Einstellung eines maximalen Maximalhubs, sondern auch eine Optimierung der Bestromungszeiten zur Ansteuerung des Gaseinblasventils auf gasdynamische Bedingungen in der Brennkraftmaschine, insbesondere um eine Gemischbildung in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu optimieren. Da ein weiterer Parameter zur Einstellung der eingeblasenen Brenngasmenge zur Verfügung steht, kann auf den Vordruck in der Brenngasleitung als Parameter zur Mengensteuerung verzichtet werden. Somit bedarf es dann keiner aufwendigen Gasdruckregelung mehr, vielmehr genügt die Verwendung eines einfachen Festdruckreglers für die Brenngasleitung, wobei in dieser insbesondere ein konstanter Vordruck eingestellt werden kann. Weiterhin können Alterungseffekte, beispielsweise eine Erhöhung des Durchflusses des Gaseinblasventils über dessen Lebenszeit, durch geeignete Einstellung des Maximalhubs kompensiert, vorzugsweise ausgeregelt werden.
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Unter einer Geschlossenstellung des Ventilglieds wird hier eine Funktionsstellung verstanden, in welcher ein Durchflusspfad für Brenngas durch das Gaseinblasventil gesperrt ist. Das Ventilglied ist vorzugsweise in die Geschlossenstellung vorgespannt und kann gegen diese Vorspannung in die Offenstellung verlagert werden. Unter einer Offenstellung wird entsprechend eine Funktionsstellung des Ventilglieds verstanden, in welcher dieses einen durch den Maximalhub definierten Strömungsquerschnitt für Brenngas durch das Gaseinblasventil freigibt. Das Gaseinblasventil ist insbesondere eingerichtet, um in der Offenstellung Brenngas in die Brennkraftmaschine einzublasen. Unter einem Maximalhub wird dabei ein durch einen Verlagerungsmechanismus für das Ventilglied maximal bewirkbarer Hub verstanden, der beispielsweise durch einen Anschlag für das Ventilglied definiert sein kann. Hiervon zu unterscheiden ist der Umstand, dass das Ventilglied durch den ihm zugeordneten Verlagerungsmechanismus nicht zwingend maximal weit, also bis zu dem Maximalhub, geöffnet werden muss. Vielmehr ist es auch möglich, die Bestromungs- oder Ansteuerzeiten für das Gaseinblasventil so zu wählen, dass das Ventilglied nicht den vollen Weg bis zum Maximalhub und damit zu der bestimmten Offenstellung zurücklegt, wobei es beispielsweise in einem ballistischen Bereich bewegt werden kann. Der Maximalhub kennzeichnet dagegen die mit dem Verlagerungsmechanismus bei der momentanen Einstellung des Maximalhubs weitest mögliche Öffnung des Gaseinblasventils. Entsprechend wird unter der bestimmten Offenstellung eine bei dem bestimmten, momentan eingestellten Maximalhub maximal geöffnete Stellung des Ventilglieds verstanden, wobei insbesondere die Verlagerung des Ventilglieds begrenzt ist. Es ist also in der Offenstellung keine weitere Verlagerung des Ventilglieds durch den Verlagerungsmechanismus über die Offenstellung hinaus möglich.
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Dass der Maximalhub im Betrieb des Gaseinblasventils einstellbar ist, bedeutet insbesondere, dass dieser während des Betriebs einer das Gaseinblasventil aufweisenden Brennkraftmaschine, vorzugsweise auf einer Zeitskala von weniger als 1 Sekunde, insbesondere auf einer Zeitskala, die eine volltransiente Einstellung des Maximalhubs im Betrieb der Brennkraftmaschine erlaubt, variierbar ist. Der Maximalhub ist also keinesfalls lediglich bei der Herstellung, Einstellung oder Wartung des Gaseinblasventils einstellbar, sondern in dessen Betrieb, sodass er als Parameter zur Steuerung oder Regelung der Brennkraftmaschine verwendet werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gaseinblasventil einen ersten Anschlag aufweist, an dem das Ventilglied in der Offenstellung anschlägt. Dabei definiert der erste Anschlag den Maximalhub. Der erste Anschlag ist relativ zu einem - insbesondere motorfest an einer Brennkraftmaschine anordenbaren - Gehäuse des Gaseinblasventils in Hubrichtung des Ventilglieds gesehen verlagerbar, insbesondere um den Maximalhub einzustellen. Dabei ist der erste Anschlag insbesondere zwischen einer Minimalposition, die einem minimalen Maximalhub entspricht, und einer Maximalposition, die einem maximalen Maximalhub entspricht, verlagerbar. Über die Variation oder Einstellung des ersten Anschlags kann somit der Maximalhub eingestellt werden. Das Ventilglied schlägt vorzugsweise in der Offenstellung an dem ersten Anschlag an, sodass dessen Position die weitest mögliche Öffnung des Ventils und damit zugleich die Offenstellung und den Maximalhub definiert. Durch den ersten Anschlag kann gewährleistet werden, dass das Ventilglied stets reproduzierbar öffnet, wobei insbesondere die Offenstellung in jeder Einstellung des Maximalhubs genau definiert und reproduzierbar ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Anschlag an einem Anschlagglied angeordnet ist, wobei das Anschlagglied zwischen einem relativ zu dem Gehäuse des Gaseinblasventils raumfest angeordneten zweiten Anschlag und einem raumfest zu dem Gehäuse angeordneten dritten Anschlag verlagerbar ist. Der zweite Anschlag definiert dabei eine Minimalposition für den ersten Anschlag und somit zugleich den minimalen Maximalhub. Der dritte Anschlag definiert insbesondere eine Maximalposition für den ersten Anschlag und damit zugleich den maximalen Maximalhub. Dabei kann das Anschlagglied in definierter und reproduzierbarer Weise zwischen dem zweiten Anschlag und dem dritten Anschlag verlagert werden, vorzugsweise in eine Mehrzahl von diskreten oder kontinuierlichen Positionen, sodass entsprechend auch der Maximalhub zwischen dem minimalen Maximalhub und dem maximalen Maximalhub eine Mehrzahl von diskreten oder kontinuierlichen Werten annehmen kann.
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Vorzugsweise weist das Gaseinblasventil einen vierten Anschlag für das Ventilglied auf, wobei der vierte Anschlag einen Dichtsitz des Ventilglieds definiert, an welchem dieses in der Geschlossenstellung anschlägt. Insbesondere wird das Ventilglied in der Geschlossenstellung vorzugsweise unter Vorspannung gegen den vierten Anschlag gedrängt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gaseinblasventil einen ersten Verlagerungsmechanismus aufweist, der eingerichtet ist zur Verlagerung des Ventilglieds zwischen der Geschlossenstellung und der Offenstellung. Der erste Verlagerungsmechanismus ist vorzugsweise als elektromagnetischer Verlagerungsmechanismus ausgebildet, wobei er insbesondere einen Elektromagnet aufweisen kann, der mit einem magnetischen Anker oder Magnetanker zusammenwirkt. Bevorzugt ist dabei das Ventilglied als Anker ausgebildet oder an dem Anker angeordnet, wobei der Elektromagnet ausgebildet und relativ zu dem Ventilglied derart angeordnet ist, dass er das Ventilglied von der Geschlossenstellung in die Offenstellung verlagern kann, wenn er bestromt wird. Dies ermöglicht eine einfache, genaue und reproduzierbare Ansteuerung des Gaseinblasventils, insbesondere durch Vorgabe von Bestromungs- oder Ansteuerzeiten.
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Das Gaseinblasventil weist bevorzugt einen zweiten Verlagerungsmechanismus zur Verlagerung des ersten Anschlags, insbesondere des Anschlagglieds, auf. Der zweite Verlagerungsmechanismus ist bevorzugt eingerichtet zur Verlagerung des Anschlagglieds zwischen der Minimalposition und der Maximalposition. Mithilfe des zweiten Verlagerungsmechanismus ist es bevorzugt möglich, den Maximalhub reproduzierbar, genau und/oder automatisiert einzustellen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Verlagerungsmechanismus einen ansteuerbaren Drehantrieb, vorzugsweise einen Elektromotor, aufweist, der mit einem Gewinde, insbesondere mit einem Feingewinde, zur Verstellung des ersten Anschlags zusammenwirkt. Auf diese Weise ist die Stellung des ersten Anschlags einfach, genau und reproduzierbar einstellbar.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gaseinblasventil ein gemeinsam mit dem Anschlagglied verlagerbares Verstellelement aufweist, das ein erstes Gewinde aufweist, das mit einem relativ zu dem Gehäuse des Gaseinblasventils raumfest angeordneten zweiten Gewinde kämmt, wobei der Drehantrieb eingerichtet und angeordnet ist, um das Verstellelement drehanzutreiben. Das erste Gewinde ist vorzugsweise ein Außengewinde. Das zweite Gewinde ist vorzugsweise ein Innengewinde. Vorzugsweise sind sowohl das erste Gewinde als auch das zweite Gewinde jeweils Feingewinde. Indem der Drehantrieb das Verstellelement drehantreibt, kann dieses mit seinem ersten Gewinde mit dem zweiten Gewinde kämmen und so eine Verlagerung des Anschlagglieds in Hubrichtung des Ventilglieds bewirken. Dies kann insbesondere bei Verwendung eines Feingewindes sehr genau und reproduzierbar geschehen. Der Drehantrieb ist insbesondere mit dem Verstellelement wirkverbunden, um dieses drehanzutreiben. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Verstellelement das Anschlagglied oder Teil des Anschlagglieds ist. Insbesondere kann das Anschlagglied als Verstellelement ausgebildet sein und das erste Gewinde aufweisen, oder es kann mit dem Verstellelement verbunden oder Teil des Verstellelements sein. Auf diese Weise ist eine sehr einfache Konstruktion des Gaseinblasventils bei zugleich kostengünstiger, genauer und reproduzierbarer Ausgestaltung möglich.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche ein Gaseinblasventil nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Gaseinblasventil erläutert wurden.
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Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise wenigstens einen Brennraum, besonders bevorzugt eine Mehrzahl von Brennräumen auf, wobei dem wenigstens einen Brennraum ein Gaseinblasventil nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele zugeordnet ist. Insbesondere ist es möglich, dass jedem Brennraum einer Mehrzahl von Brennräumen jeweils ein separates, insbesondere unabhängig von den anderen Gaseinblasventilen ansteuerbares Gaseinblasventil zugeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass einer Mehrzahl von Brennräumen, beispielsweise einer Brennraumgruppe oder Zylinderbank, ein gemeinsames Gaseinblasventil zugeordnet ist.
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Das Gaseinblasventil kann eingerichtet und an der Brennkraftmaschine angeordnet sein, um eine Mehrpunkteinblasung, eine Einzelpunkteinblasung oder auch eine Direkteinblasung von Brenngas zu verwirklichen.
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Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise 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, beispielsweise 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, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, 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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Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Gaseinblasventil nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele geschaffen wird. Dabei wird eine einzublasende Gasmenge betriebspunktabhängig durch Einstellen des Maximalhubs des Ventilglieds des Gaseinblasventils eingestellt. Zugleich werden vorzugsweise Ansteuerzeiten, das heißt insbesondere Bestromungszeiten, für das Gaseinblasventil betriebspunktabhängig für eine optimierte Gemischbildung in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine gewählt. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Gaseinblasventil erläutert wurden.
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Unter einer betriebspunktabhängigen Einstellung wird insbesondere eine Einstellung verstanden, die von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, insbesondere von einem Lastpunkt derselben, vorzugsweise insbesondere von einem momentanen Drehmoment einerseits und einer momentanen Drehzahl andererseits, abhängt. Dadurch, dass der Maximalhub des Gaseinblasventils einstellbar ist und damit als Parameter zur Einstellung der einzublasenden Brenngasmenge zur Verfügung steht, ist es möglich, die Ansteuerzeiten für das Gaseinblasventil insbesondere ohne Rücksicht auf die einzublasende Brenngasmenge zu wählen und vielmehr in Hinblick auf eine optimierte Gemischbildung in dem wenigstens einen Brennraum zu variieren. Unter Ansteuerzeiten werden dabei insbesondere ein Bestromungsbeginn, ein Bestromungsende und/oder eine Bestromungsdauer für das Gaseinblasventil, insbesondere für den ersten Verlagerungsmechanismus, verstanden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass stromaufwärts des Gaseinblasventils, insbesondere unmittelbar stromaufwärts desselben, in einer Brenngasleitung der Brennkraftmaschine ein - zeitlich, und insbesondere betriebspunktunabhängig - konstanter Brenngasdruck eingestellt wird. Ein konstanter Brenngasdruck ist dabei insbesondere ein Brenngasdruck, der nicht abhängig von einem momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine variiert. Hierbei kann eine aufwendige Gasdruckregelung entfallen, vielmehr genügt ein einfacher Festdruckregler zur Konstantregelung des Brenngasdrucks.
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Zur Einstellung oder Regelung des Maximalhubs und des sich hieraus ergebenden Durchflussquerschnitts und/oder statischen Durchflusses des Gaseinblasventils wird bevorzugt die betriebspunktabhängig, das heißt insbesondere in Abhängigkeit von einer momentanen Drehzahl und einer momentanen Last der Brennkraftmaschine berechnete Brenngasmenge, insbesondere Brenngasmasse, herangezogen. Dabei ist es möglich, den Maximalhub und damit die momentane Hubhöhe für das Ventilglied unter Berücksichtigung des Vordrucks in der Brenngasleitung, eines im Ladepfad gemessenen Gegendrucks für das Brenngas, also insbesondere eines Ladedrucks, vorzugsweise gemessen im Saugrohr, und einer - vorzugsweise gemessenen - momentanen Brenngastemperatur zu ermitteln, wobei der Maximalhub vorzugsweise aus einem Ventilkennfeld ausgelesen wird. In dem Ventilkennfeld kann insbesondere ein Durchfluss des Gaseinblasventils in Abhängigkeit von dem Maximalhub und der momentanen Brenngasdichte hinterlegt sein. Aus der betriebspunktabhängig benötigten Brenngasmenge kann der einzustellende Durchfluss und damit auch die einzustellende Hubhöhe - das heißt der Maximalhub - unter Berücksichtigung der zuvor genannten Parameter berechnet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Brennräumen betrieben wird. Dabei ist jedem Brennraum oder jeder Brennraumgruppe einer Mehrzahl von Brennraumgruppen, beispielsweise Zylinderbänken, ein - vorzugsweise separates und insbesondere unabhängig von den anderen Gaseinblasventilen ansteuerbares - Gaseinblasventil zugeordnet. Dabei wird/werden die Ansteuerzeiten und/oder der Maximalhub für jedes Gaseinblasventil separat eingestellt. Auf diese Weise können die genannten Parameter, das heißt insbesondere die Ansteuerzeiten und/oder der Maximalhub zur Gleichstellung der verschiedenen Brennräume der Brennkraftmaschine genutzt werden. Insbesondere ist es möglich, durch eine Mittelwertbildung der Brenndauer aller Brennräume und entsprechender Korrektur eines jeden Gaseinblasventils auf diesen Mittelwert eine Brennraumgleichstellung zu erzielen. Somit kann ein besonders ruhiger und ausgeglichener Motorlauf für die Brennkraftmaschine verwirklicht werden.
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Das hier vorgeschlagene Brenngasventil, die Brennkraftmaschine und das Verfahren ermöglichen insbesondere einen verbesserten Motorlauf bei verringerten Emissionen, insbesondere im Leerlauf, unter Volllast und auch bei Lastaufschaltung sowie in anderen Bereichen des Motorkennfeldes der Brennkraftmaschine. Es ergibt sich eine verbesserte Langlaufstabilität, insbesondere weil Verschleißeffekte durch Einstellen des Maximalhubs herausgeregelt werden können. Eine aufwendige Gasdruckregelung kann entfallen, vielmehr reicht es, einen Festdruckregler zur Regelung des Brenngasvordrucks vorzusehen. Für das wenigstens eine Gaseinblasventil der Brennkraftmaschine können optimale Bestromungszeiten in Hinblick auf einen geeigneten Lauf der Brennkraftmaschine eingestellt werden, und dies sowohl im Leerlauf als auch unter Volllast.
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Die Beschreibung des Gaseinblasventils und der Brennkraftmaschine einerseits sowie des Verfahrens andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale des Gaseinblasventils und der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert werden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Gaseinblasventils und/oder der Brennkraftmaschine. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Gaseinblasventil oder der Brennkraftmaschine erläutert werden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeichnet sich durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal eines erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsbeispiels des Gaseinblasventils oder der Brennkraftmaschine bedingt ist. Das Gaseinblasventil und/oder die Brennkraftmaschine zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit einem Gaseinblasventil.
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Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Gaseinblasventil 3. Das Gaseinblasventil 3 ist eingerichtet zum Einblasen eines Brenngases in die Brennkraftmaschine 1. Es weist ein Ventilglied 5 auf, das verlagerbar ist zwischen einer Geschlossenstellung, in welcher ein Strömungspfad für Brenngas durch das Gaseinblasventil 3 geschlossen ist, und einer durch einen Maximalhub des Ventilglieds 5 bestimmten Offenstellung, in welcher ein Durchströmungspfad für Brenngas durch das Gaseinblasventil 3 freigegeben ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Maximalhub des Ventilglieds 5 im Betrieb des Gaseinblasventils 3 einstellbar ist. Auf diese Weise kann die Einstellung des Maximalhubs des Ventilglieds 5 als Parameter zur Mengensteuerung einer in die Brennkraftmaschine 1 einzublasenden Brenngasmenge verwendet werden. Dies ermöglicht insbesondere eine Wahl von Bestromungs- oder Ansteuerzeiten für das Gaseinblasventil 3 unabhängig von der einzublasenden Brenngasmenge, sodass diese vielmehr insbesondere optimiert auf eine Gemischbildung in einen Brennraum 7 der Brennkraftmaschine 1 gewählt werden können. Außerdem kann auf eine komplizierte Regelung eines Vordrucks für das Brenngas verzichtet werden, vielmehr ist es möglich, stromaufwärts des Gaseinblasventils 3 einen konstanten, insbesondere betriebspunktunabhängigen Brenngasdruck einzustellen, da dieser nicht mehr als Parameter für die Mengensteuerung benötigt wird. Weiterhin können Alterungseffekte eines Ladepfads 9 der Brennkraftmaschine 1 und/oder des Gaseinblasventils 3 durch Variation des Maximalhubs ausgeregelt werden.
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Das Gaseinblasventil 3 weist einen ersten Anschlag 11 auf, an dem das Ventilglied 5 in der Offenstellung anschlägt. Der erste Anschlag 11 definiert dabei den Maximalhub, wobei er relativ zu einem insbesondere motorfest an der Brennkraftmaschine 1 anordenbaren Gehäuse 13 des Gaseinblasventils 3 in Hubrichtung des Ventilglieds 5 gesehen verlagerbar ist. Insbesondere ist der erste Anschlag 11 zwischen einer in der Figur dargestellten Minimalposition, welche einen minimalen Maximalhub definiert, und einer Maximalposition, welche einen maximalen Maximalhub für das Ventilglied 5 definiert, verlagerbar.
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Der erste Anschlag 11 ist an einem Anschlagglied 15 angeordnet, das zwischen einem relativ zu dem Gehäuse 13 raumfest angeordneten zweiten Anschlag 17 und einem relativ zu dem Gehäuse 13 raumfest angeordneten dritten Anschlag 19 verlagerbar ist. Dabei sind der zweite Anschlag 17 und der dritte Anschlag 19 vorzugsweise an dem Gehäuse 13 angeordnet. Der zweite Anschlag 17 definiert die Minimalposition für den ersten Anschlag 11, wobei der dritte Anschlag 19 die Maximalposition für den ersten Anschlag 11 definiert.
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Das Gaseinblasventil 3 weist außerdem einen vierten Anschlag 21 auf, der bevorzugt als Dichtsitz für das Ventilglied 5 ausgebildet ist.
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Das Gaseinblasventil 3 weist hier einen ersten Verlagerungsmechanismus 23 zur Verlagerung des Ventilglieds 5 zwischen der Geschlossenstellung und der Offenstellung, und einen zweiten Verlagerungsmechanismus 25 zur Verlagerung des ersten Anschlags 11, insbesondere des Anschlagglieds 15, zwischen der Minimalposition und der Maximalposition auf. Der erste Verlagerungsmechanismus 23 ist vorzugsweise elektromagnetisch ausgebildet, wobei er insbesondere einen Elektromagnet 27 aufweist, wobei der Elektromagnet 27 vorzugsweise an dem Anschlagglied 15 angeordnet oder als Anschlagglied 15 ausgebildet und insbesondere mit dem Anschlagglied 15 verlagerbar ist, sowie einen Anker 29, der an dem Ventilglied 5 angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass das Ventilglied 5 als Anker 29 ausgebildet ist. Der Anker ist insbesondere ein Magnetanker, welcher durch den Elektromagnet 27 verlagerbar ist. Wird der Elektromagnet 27 bestromt, wird der Anker 29 und damit des Ventilglied 5 ausgehend von der in der Figur dargestellten Funktionsstellung in Richtung auf den Elektromagnet 27 hin angehoben, vorzugsweise bis das Ventilglied 5 an dem ersten Anschlag 11 anschlägt. Somit definiert der erste Anschlag 11 einen mit dem ersten Verlagerungsmechanismus 23 bei einer momentanen Position des ersten Anschlags 11 erreichbare, maximale Hubposition des Ventilglieds 5 und damit den Maximalhub sowie die Offenstellung.
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Der zweite Verlagerungsmechanismus 25 weist vorzugsweise einen ansteuerbaren Drehantrieb 31 auf, der vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet ist, wobei der Drehantrieb 31 mit einem Gewinde 33, das insbesondere als Feingewinde ausgebildet ist, zusammenwirkt, um den ersten Anschlag 11 zu verstellen.
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Dabei weist das Gaseinblasventil 3 insbesondere ein gemeinsam mit dem Anschlagglied 15 verlagerbares Verstellelement 35 auf, welches ein erstes Gewinde 33.1, hier nämlich ein Außengewinde, aufweist, das mit einem relativ zu dem Gehäuse 13 raumfest angeordneten, zweiten Gewinde 33.2, das hier insbesondere als Innengewinde ausgebildet ist, kämmt, wobei der Drehantrieb 31 eingerichtet und angeordnet ist, um das Verstellelement 35 drehanzutreiben. Dabei ist hier das Anschlagglied 15 als Verstellelement 35 ausgebildet. Alternativ ist es auch möglich, dass das Verstellelement 35 an dem Anschlagglied 15 angeordnet oder Teil des Anschlagglieds 15 ist.
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Wird das Verstellelement 35 durch den Drehantrieb 31 verdreht, wirkt sein erstes Gewinde 33.1 mit dem zweiten Gewinde 33.2 zusammen, sodass das Anschlagglied 15 zusammen mit dem ersten Anschlag 11 in Hubrichtung des Ventilglieds 5 verlagert wird. Dabei kann hier die Einheit aus dem Drehantrieb 31 und dem Anschlagglied 15 zwischen dem zweiten Anschlag 17 und dem dritten Anschlag 19 verlagert werden, wodurch der erste Anschlag 11 zwischen der Minimalposition und der Maximalposition verlagert wird. Auf diese Weise ist durch Ansteuerung des Drehantriebs 31 der Maximalhub des Gaseinblasventils 3 einstellbar. Dies kann insbesondere während des Betriebs des Gaseinblasventils 3 und damit auch der Brennkraftmaschine 1 erfolgen, wobei eine Verstellung des Maximalhubs vorzugsweise auf einer Zeitskala von weniger als 1 Sekunde möglich ist. Somit kann ein volltransienter Betrieb der Brennkraftmaschine 1 mit Variation des Maximalhubs gewährleistet werden.
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Im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 mit dem Gaseinblasventil 3 wird eine einzublasende Gasmenge des Brenngases betriebspunktabhängig, das heißt abhängig von einem momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1, durch Einstellen des Maximalhubs des Ventilglieds 5 eingestellt. Zugleich werden bevorzugt Ansteuerzeiten oder Bestromungszeiten für das Gaseinblasventil 3 betriebspunktabhängig, das heißt abhängig von einem momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1, mit Blick auf eine optimierte Gemischbildung in dem wenigstens einen Brennraum 7 der Brennkraftmaschine 1 gewählt. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass stromaufwärts des Gaseinblasventils 3 in einer Brenngaszuleitung 37 der Brennkraftmaschine 1 ein konstanter Brenngasdruck eingestellt wird, der demnach insbesondere nicht in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 variiert wird.
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Vorzugsweise wird eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Mehrzahl von Brennräumen 7 betrieben, wobei jedem Brennraum 7 oder jeder Brennraumgruppe von Brennräumen 7 ein insbesondere separates Gaseinblasventil 3 zugeordnet ist. Dabei werden die Ansteuerzeiten oder Bestromungszeiten für die Gaseinblasventile 3 und/oder der Maximalhub des Ventilglieds 5 für jedes Gaseinblasventil 3 der Brennkraftmaschine 1 separat eingestellt. Auf diese Weise kann insbesondere eine Brennraumgleichstellung für die Brennkraftmaschine 1 durchgeführt werden.
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Das Gaseinblasventil 3 ist bevorzugt eingerichtet zur Mehrpunkteindüsung oder Einzelpunkteindüsung in den Ladepfad 9 der Brennkraftmaschine 1. Es ist aber auch möglich, dass das Gaseinblasventil 3 eingerichtet ist zur Direkteindüsung von Brenngas in den Brennraum 7.
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Insgesamt zeigt sich, dass mit dem hier vorgeschlagenen Gaseinblasventil 3, der Brennkraftmaschine 1 und dem Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 ein verbesserter Motorlauf mit verringerten Emissionen, insbesondere bei verbessertem Leerlaufbetrieb, uneingeschränktem Volllastbetrieb und verbesserter Lastaufschaltung verwirklicht wird. Dabei wird auch eine verbesserte Langlaufstabilität sowohl des Gaseinblasventils 3 als auch der Brennkraftmaschine 1 erreicht, wobei ein Verschleiß des Ladepfads 9 und/oder des Gaseinblasventils 3 durch geeignete Einstellung des Maximalhubs herausgeregelt werden kann. Aufgrund des Maximalhubs als zusätzlichem Parameter für die Mengensteuerung der einzublasenden Brenngasmenge kann eine optimale Bestromungsdauer für das Gaseinblasventil 3 im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 1 eingestellt werden, wobei sich die Bestromungszeiten betriebspunktabhängig unterscheiden können. Dabei können insbesondere optimale Bestromungszeiten jeweils für einen Leerlaufbetrieb und für einen Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine 1 gewählt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014207182 A1 [0002]
