DE102019208472B4 - Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine for carrying out such a method - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), wobei- einer Vorkammer (7) eines jeden Brennraums (3) einer Mehrzahl von Brennräumen (3) der Brennkraftmaschine (1) ein Brenngas separat von einer Brenngaszufuhr (21) zu einem Hauptbrennraum (5) des Brennraums (3) zugeführt wird, wobei- das Brenngas der Vorkammer (7) über ein differenzdruckgesteuertes Ventil (15) zugeführt wird, wobei- jedem Brennraum (3) mindestens ein Einlassventil (17) zugeordnet ist, wobei- ein Ziel-Schließpunkt des Einlassventils (17) für jeden Brennraum (3) mittels einer Regelung ermittelt wird, wobei eine Regelgröße verwendet wird, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Spitzendruck oder einer zeitlichen Spitzendruckposition in der Vorkammer (7); einem Spitzendruck oder einer zeitlichen Spitzendruckposition in dem Hauptbrennraum (5); einem Mitteldruck in der Vorkammer (7) oder in dem Hauptbrennraum (5); einem brennraum-individuellen Wirkungsgrad; einem zeitlichen Druckverlauf in der Vorkammer (7) oder in dem Hauptbrennraum (5); und einer brennraum-individuellen Stickoxid-Konzentration im Abgas, sodass- den Vorkammern (7) der Brennräume (3) jeweils zugeführte Brenngasmengen einander angeglichen werden.A method for operating an internal combustion engine (1), wherein - a prechamber (7) of each combustion chamber (3) of a plurality of combustion chambers (3) of the internal combustion engine (1) a fuel gas separately from a fuel gas supply (21) to a main combustion chamber (5) of the Combustion chamber (3) is supplied, wherein- the fuel gas is supplied to the prechamber (7) via a differential pressure controlled valve (15), wherein- at least one inlet valve (17) is assigned to each combustion chamber (3), wherein- a target closing point of the inlet valve (17) is determined for each combustion chamber (3) by means of a control system, a control variable being used which is selected from a group consisting of: a peak pressure or a temporal peak pressure position in the antechamber (7); a peak pressure or a temporal peak pressure position in the main combustion chamber (5); an intermediate pressure in the antechamber (7) or in the main combustion chamber (5); a combustion chamber-specific efficiency; a pressure curve over time in the antechamber (7) or in the main combustion chamber (5); and a combustion chamber-specific nitrogen oxide concentration in the exhaust gas, so that the fuel gas quantities supplied to the antechambers (7) of the combustion chambers (3) are matched to one another.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine and an internal combustion engine for carrying out such a method.
Eine Brennkraftmaschine der hier angesprochenen Art weist eine Mehrzahl von Brennräumen auf, wobei jedem Brennraum eine Vorkammer zugeordnet ist. Jeder Vorkammer wird im Betrieb der Brennkraftmaschine ein Brenngas separat von einer Brenngaszufuhr zu einem Hauptbrennraum des der Vorkammer zugeordneten Brennraums über ein differenzdruckgesteuertes Ventil zugeführt. Die Vorkammern sind demnach als sogenannte gespülte Vorkammern ausgebildet, die durch ein passives Ventil mit Brenngas versorgt werden. Insbesondere aufgrund geringfügiger, nicht zu vermeidender baulicher Unterschiede sowie der spezifischen Anordnung der verschiedenen Brennräume, insbesondere mit Bezug auf einen Frischmassepfad, durch welchen den Brennräumen Verbrennungsluft oder ein Verbrennungsluft-Brenngas-Gemisch zuführbar ist, ergeben sich im Betrieb zumindest geringfügig verschiedene Druckverhältnisse in den verschiedenen Brennräumen der Brennkraftmaschine. Es ist daher schwierig, in den verschiedenen Vorkammern eine exakt bestimmte und insbesondere für alle Vorkammern gleiche Brenngasmenge bereitzustellen. Zwar kann grundsätzlich versucht werden, die unterschiedlichen Bedingungen in den Brennräumen durch statische Drosseln auszugleichen; dies funktioniert jedoch - wenn überhaupt - nur jeweils für einen stationären Betriebspunkt zufriedenstellend. Eine ungleiche Versorgung der Vorkammern mit Brenngas birgt die Gefahr von Fehlzündungen oder ungewollt hohen Schadstoffemissionen, insbesondere von Stickoxiden.An internal combustion engine of the type discussed here has a plurality of combustion chambers, each combustion chamber being assigned an antechamber. When the internal combustion engine is operating, each prechamber is supplied with a fuel gas separately from a fuel gas feed to a main combustion chamber of the combustion chamber assigned to the prechamber via a differential pressure-controlled valve. The antechambers are accordingly designed as so-called purged antechambers, which are supplied with fuel gas by a passive valve. In particular, due to minor, unavoidable structural differences and the specific arrangement of the various combustion chambers, in particular with reference to a fresh mass path through which combustion air or a combustion air-combustion gas mixture can be supplied to the combustion chambers, at least slightly different pressure conditions result in the various combustion chambers Combustion chambers of the internal combustion engine. It is therefore difficult to provide an exactly determined amount of fuel gas in the various antechambers and, in particular, the same amount of fuel gas for all antechambers. In principle, attempts can be made to compensate for the different conditions in the combustion chambers by means of static throttles; however, this only works satisfactorily - if at all - for one steady-state operating point. An unequal supply of fuel gas to the antechambers harbors the risk of misfiring or unintentionally high emissions of pollutants, in particular nitrogen oxides.
Aus
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.The invention is based on the object of creating a method for operating an internal combustion engine and an internal combustion engine, the disadvantages mentioned not occurring.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die technische Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.The object is achieved in that the present technical teaching is provided, in particular the technical teaching of the independent claims and the embodiments disclosed in the dependent claims and the description.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem für jeden Brennraum ein Schließpunkt von mindestens einem Einlassventil, das dem jeweiligen Brennraum zugeordnet ist, separat eingestellt wird, sodass den Vorkammern der Brennräume jeweils zugeführte Brenngasmengen einander angeglichen werden. Dies wird durchgeführt, indem ein Ziel-Schließpunkt für das mindestens eine Einlassventil für jeden Brennraum mittels einer Regelung ermittelt, wobei eine Regelgröße verwendet wird, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Spitzendruck oder einer zeitlichen Spitzendruckposition in der Vorkammer; einem Spitzendruck oder einer zeitlichen Spitzendruckposition in dem Hauptbrennraum; einem Mitteldruck in der Vorkammer oder in dem Hauptbrennraum; einem brennraum-individuellen Wirkungsgrad; einem zeitlichen Druckverlauf in der Vorkammer oder in dem Hauptbrennraum; und einer brennraum-individuellen Stickoxid-Konzentration im Abgas. Jedem Brennraum ist also mindestens ein Einlassventil zugeordnet, dessen Schließpunkt separat, insbesondere unabhängig von der Einstellung der Schließpunkte der anderen Einlassventile, eingestellt wird. Durch Einstellen des Schließpunkts des mindestens einen Einlassventils kann der Druck in dem Brennraum beeinflusst werden, wodurch wiederum die über das differenzdruckgesteuerte Ventil der Vorkammer zugeführte Brenngasmenge beeinflusst wird. Somit ist es in einfacher, funktionssicherer und dynamischer Weise - insbesondere nicht nur in stationären Betriebspunkten, sondern vorzugsweise sogar in transienten Betriebsbereichen - möglich, die den einzelnen Vorkammern zugeführten Brenngasmengen zu beeinflussen und insbesondere aneinander anzugleichen. Beispielsweise kann durch einen nach Früh verlegten Schließpunkt des Einlassventils der Druck im Brennraum während eines Einlasstakts abgesenkt werden, wodurch die der Vorkammer zugeführte Brenngasmenge aufgrund der erhöhten Druckdifferenz zwischen einem Brenngasversorgungsdruck stromaufwärts des differenzdruckgesteuerten Ventils und dem Brennraumdruck angehoben wird. In analoger Weise kann durch ein späteres Schließen des Einlassventils der Brennraumdruck angehoben und somit die der Vorkammer zugeführte Brenngasmenge reduziert werden. Durch die Gleichstellung der den Vorkammern zugeführten Brenngasmengen wird effektiv das Risiko von Fehlzündungen oder unerwünscht hohen Schadstoffemissionen, insbesondere Stickoxid-Emissionen, deutlich reduziert. Zugleich erfolgt eine Harmonisierung der einzelnen Brennräume, sodass der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine beispielsweise durch Anfetten oder Frühverstellen eines Zündzeitpunkts angehoben werden kann. Zugleich wird die Laufruhe der Brennkraftmaschine erhöht und die Belastung der Brennräume harmonisiert.The object is achieved in particular in that a closing point of at least one inlet valve assigned to the respective combustion chamber is set separately for each combustion chamber, so that the respective fuel gas quantities supplied to the antechambers of the combustion chambers are matched to one another. This is carried out in that a target closing point for the at least one inlet valve for each combustion chamber is determined by means of a control, using a controlled variable selected from a group consisting of: a peak pressure or a temporal peak pressure position in the prechamber; a peak pressure or a temporal peak pressure position in the main combustion chamber; an intermediate pressure in the antechamber or in the main combustion chamber; a combustion chamber-specific efficiency; a pressure curve over time in the antechamber or in the main combustion chamber; and a combustion chamber-specific nitrogen oxide concentration in the exhaust gas. Each combustion chamber is therefore assigned at least one inlet valve, the closing point of which is set separately, in particular independently of the setting of the closing points of the other inlet valves. By setting the closing point of the at least one inlet valve, the pressure in the combustion chamber can be influenced, which in turn influences the amount of fuel gas supplied to the prechamber via the differential pressure-controlled valve. It is thus possible in a simple, functionally reliable and dynamic manner - in particular not only in stationary operating points, but preferably even in transient operating ranges - to influence the fuel gas quantities supplied to the individual antechambers and, in particular, to adjust them to one another. For example, the pressure in the combustion chamber can be lowered during an intake stroke by moving the closing point of the intake valve to an early stage, whereby the amount of fuel gas supplied to the prechamber is increased due to the increased pressure difference between a fuel gas supply pressure upstream of the differential pressure-controlled valve and the combustion chamber pressure. In an analogous manner, by closing the inlet valve later, the combustion chamber pressure can be increased and thus the amount of fuel gas supplied to the prechamber can be reduced. By equalizing the fuel gas quantities supplied to the antechamber, the risk of misfiring or undesirably high pollutant emissions, in particular nitrogen oxide emissions, is effectively reduced significantly. At the same time, the individual combustion chambers are harmonized so that the efficiency of the internal combustion engine can be increased, for example, by enriching or advancing an ignition point. Simultaneously the smoothness of the internal combustion engine is increased and the load on the combustion chambers is harmonized.
Das Einlassventil ist insbesondere eingerichtet und angeordnet, um den ihm zugeordneten Brennraum strömungstechnisch wahlweise mit dem Frischmassepfad zu verbinden oder von dem Frischmassepfad zu trennen. Insbesondere ist jedem Brennraum mindestens ein Einlassventil zugeordnet. Es ist möglich, dass einem Brennraum mehr als ein Einlassventil, insbesondere zwei Einlassventile, zugeordnet sind.The inlet valve is set up and arranged in particular to connect the combustion chamber assigned to it to the fresh mass path or to separate it from the fresh mass path in terms of flow. In particular, at least one inlet valve is assigned to each combustion chamber. It is possible for more than one intake valve, in particular two intake valves, to be assigned to a combustion chamber.
Das Einstellen des Schließpunkts zur Angleichung der den Vorkammern jeweils zugeführten Brenngasmengen erfolgt in bevorzugter Ausgestaltung geregelt, insbesondere über wenigstens einen Regler, bevorzugt durch jeweils einen Regler pro Brennraum. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung erfolgt das Einstellen des Schließpunkts mittels vorbestimmter Daten, die in einem Kennfeld hinterlegt sind. Diese Ausgestaltung ist technisch einfacher und kostengünstiger durchzuführen als eine Regelung; eine Regelung ist allerdings flexibler und gegebenenfalls genauer.In a preferred embodiment, the closing point is set to adjust the fuel gas quantities supplied to the antechambers in a controlled manner, in particular by means of at least one regulator, preferably by means of one regulator per combustion chamber. According to another preferred embodiment, the closing point is set by means of predetermined data that are stored in a characteristic map. This refinement is technically simpler and more cost-effective to carry out than a regulation; however, a regulation is more flexible and, if necessary, more precise.
Jeder Brennraum der Brennkraftmaschine ist unterteilt in einen Hauptbrennraum und die dem Brennraum jeweils zugeordnete Vorkammer. Der Hauptbrennraum und die Vorkammer sind durch eine Vorkammerwandung voneinander abgeteilt, und durch wenigstens eine in der Vorkammerwandung ausgebildete Überströmbohrung strömungstechnisch miteinander verbunden.Each combustion chamber of the internal combustion engine is subdivided into a main combustion chamber and the prechamber assigned to the combustion chamber. The main combustion chamber and the antechamber are separated from one another by an antechamber wall and are fluidically connected to one another by at least one overflow bore formed in the antechamber wall.
Dem Hauptbrennraum wird vorzugsweise Brenngas - separat von der Vorkammer - über eine Brenngaszufuhr zugeführt, vorzugsweise über den Frischmassepfad, insbesondere über das mindestens eine Einlassventil, insbesondere als vorgemischtes, vorzugsweise verdichtetes Verbrennungsluft-Brenngas-Gemisch. Dass der Vorkammer Brenngas separat von der Brenngaszufuhr zu dem Hauptbrennraum zugeführt wird, bedeutet insbesondere, dass zusätzlich zu der Brenngaszufuhr eine Vorkammer-Brenngaszufuhr eingerichtet ist, über welche der Vorkammer direkt Brenngas zugeführt wird. Brenngas gelangt also in die Vorkammer jedenfalls nicht ausschließlich vermittelt über den Hauptbrennraum und die wenigstens eine Überströmbohrung, sondern jedenfalls auch über einen Vorkammer-Brenngaspfad, der zusätzlich zu der Brenngaszufuhr besteht. Der Vorkammer wird also Brenngas separat und zusätzlich zu der Brenngaszufuhr zu dem Hauptbrennraum zugeführt. Insbesondere wird der Vorkammer Brenngas separat und zusätzlich zu der Brenngaszufuhr zu dem Hauptbrennraum desselben Brennraums zugeführt, dem auch die Vorkammer zugeordnet ist. Eine solche Vorkammer, der eine eigene Vorkammer-Brenngaszufuhr zugeordnet ist, wird auch als gespülte Vorkammer bezeichnet.The main combustion chamber is preferably supplied with fuel gas - separately from the antechamber - via a fuel gas supply, preferably via the fresh material path, in particular via the at least one inlet valve, in particular as a premixed, preferably compressed combustion air / fuel gas mixture. The fact that the prechamber fuel gas is fed separately from the fuel gas feed to the main combustion chamber means in particular that a prechamber fuel gas feed is set up in addition to the fuel gas feed, via which fuel gas is fed directly to the prechamber. In any case, fuel gas does not get into the antechamber exclusively via the main combustion chamber and the at least one overflow hole, but in any case also via an antechamber fuel gas path that exists in addition to the fuel gas supply. The antechamber is therefore supplied with fuel gas separately and in addition to the fuel gas supply to the main combustion chamber. In particular, fuel gas is fed to the antechamber separately and in addition to the fuel gas supply to the main combustion chamber of the same combustion chamber to which the antechamber is also assigned. Such an antechamber, which is assigned its own antechamber fuel gas supply, is also referred to as a purged antechamber.
Unter einem differenzdruckgesteuerten Ventil wird ein Ventil verstanden, welches in einen geschlossenen Zustand vorgespannt ist und abhängig von einem über dem Ventil abfallenden Differenzdruck öffnet, wenn der über dem Ventil abfallende Differenzdruck eine Kraft auf ein Ventilglied des Ventils ausübt, welche die in die geschlossene Funktionsstellung wirkende Vorspannung übersteigt. Das Ventil öffnet insbesondere, wenn der Brenngasversorgungsdruck in der Vorkammer-Brenngaszufuhr um einen durch die Bauart des Ventils und dessen Vorspannung vorbestimmten Differenzdruck größer ist als der Brennraumdruck in dem Hauptbrennraum. Der Brenngasversorgungsdruck wird vorzugsweise weitgehend konstant gehalten, kann aber auch betriebspunktabhängig angepasst werden. Durch Variation des Brennraumdrucks in dem Hauptbrennraum ist es somit möglich, das Öffnungsverhalten des differenzdruckgesteuerten Ventils und damit die der Vorkammer zugeführte Brenngasmenge zu beeinflussen. Ein solches differenzdruckgesteuertes Ventil wird auch als passives Ventil bezeichnet.A differential pressure-controlled valve is understood to mean a valve which is preloaded into a closed state and opens depending on a differential pressure dropping across the valve when the differential pressure dropping across the valve exerts a force on a valve member of the valve which acts in the closed functional position Exceeds preload. The valve opens in particular when the fuel gas supply pressure in the prechamber fuel gas supply is greater than the combustion chamber pressure in the main combustion chamber by a differential pressure predetermined by the design of the valve and its preload. The fuel gas supply pressure is preferably kept largely constant, but can also be adapted as a function of the operating point. By varying the combustion chamber pressure in the main combustion chamber, it is thus possible to influence the opening behavior of the differential pressure-controlled valve and thus the amount of fuel gas supplied to the antechamber. Such a differential pressure-controlled valve is also referred to as a passive valve.
Unter einem Brenngas wird insbesondere ein brennbares Gas oder brennbares Gasgemisch verstanden, welches unter Normalbedingungen, insbesondere bei 1013 mbar und 25 °C, gasförmig ist. Das Brenngas kann insbesondere ein methanhaltiges und/oder wasserstoffhaltiges Brenngas sein. Insbesondere kann das Brenngas ausgewählt sein aus einer Gruppe, bestehend aus: Erdgas, komprimiertem Erdgas (Compressed Natural Gas - CNG), verflüssigtem Erdgas (Liquefied Natural Gas - LNG), Biogas, Deponiegas, Klärgas, Sondergas, Fackelgas, Prozessgas der chemischen Industrie, der Montanindustrie oder Hüttenindustrie, Rohstoffbegleitgas, Schwachgas, einem anderen geeigneten Gas, und einem Gemisch aus wenigstens zwei der genannten Gase.A fuel gas is understood to mean, in particular, a combustible gas or combustible gas mixture which is gaseous under normal conditions, in particular at 1013 mbar and 25 ° C. The fuel gas can in particular be a methane-containing and / or hydrogen-containing fuel gas. In particular, the fuel gas can be selected from a group consisting of: natural gas, compressed natural gas (CNG), liquefied natural gas (LNG), biogas, landfill gas, sewage gas, special gas, flare gas, process gas from the chemical industry, the mining industry or metallurgical industry, associated raw material gas, lean gas, another suitable gas, and a mixture of at least two of the gases mentioned.
Die Brennkraftmaschine wird vorzugsweise als Zweitakt- oder Viertakt-Motor betrieben. Es sind aber insbesondere auch mehr als vier Takte möglich, beispielsweise ein Sechstakt-Betrieb. Eine zyklisch wiederkehrende Abfolge von Takten, beispielsweise vier Takte in einem Viertaktbetrieb und zwei Takte in einem Zweitaktbetrieb, wird auch als Arbeitsspiel bezeichnet.The internal combustion engine is preferably operated as a two-stroke or four-stroke engine. In particular, however, more than four cycles are also possible, for example six-cycle operation. A cyclically recurring sequence of cycles, for example four cycles in a four cycle operation and two cycles in a two cycle operation, is also referred to as a work cycle.
Unter einem Schließpunkt wird insbesondere ein Schließzeitpunkt und/oder ein Schließ-Kurbelwellenwinkel des mindestens einen Einlassventils innerhalb eines Arbeitsspiels verstanden, mithin ein Zeitpunkt oder Kurbelwellenwinkel innerhalb des Arbeitsspiels, zu oder bei welchem das Einlassventil schließt.A closing point is understood to mean, in particular, a closing time and / or a closing crankshaft angle of the at least one inlet valve within a work cycle, thus a point in time or crankshaft angle within the work cycle at or at which the inlet valve closes.
Unter einer Brenngasmenge wird insbesondere eine Brenngasmasse oder ein Brenngasvolumen, mithin eine gravimetrische oder volumentrische Menge, in besonders bevorzugter Ausgestaltung eine Brenngasmasse, verstanden.A fuel gas quantity is understood to mean, in particular, a fuel gas mass or a fuel gas volume, thus a gravimetric or volumetric quantity, in a particularly preferred embodiment a fuel gas mass.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein gemeinsamer, insbesondere mittlerer Schließpunkt für alle Einlassventile vorgegeben wird, wobei die einzelnen Schließpunkte der Einlassventile ausgehend von dem gemeinsamen Schließpunkt variiert werden, um die den Vorkammern jeweils zugeführten Brenngasmengen einander anzugleichen. Somit ist es insbesondere möglich, die Vorgabe des Schließpunkts für verschiedene Regelungsziele zu nutzen. Insbesondere wird bevorzugt der gemeinsame Schließpunkt in Abhängigkeit von einem globalen Regelungsziel, welches für die gesamte Brennkraftmaschine definiert und somit allen Brennräumen gemeinsam ist, vorgegeben, beispielsweise in Hinblick auf einen Brenngasverbrauch oder einen globalen Wirkungsgrad, wobei die einzelnen Schließpunkte für die Einlassventile individuell von dem gemeinsamen, insbesondere mittleren Schließpunkt abweichen können, um brennraum-individuelle Regelungsziele zu erfüllen, beispielsweise um den Wirkungsgrad für jeden Brennraum einzeln zu optimieren, die Spitzendrücke in den Brennräumen einander anzugleichen, den Mitteldruck zu vereinheitlichen, die Laufruhe der Brennkraftmaschine zu erhöhen, die Schadstoff-Emissionen zu harmonisieren, oder dergleichen mehr. Insbesondere werden die einzelnen Schließpunkte ausgehend von dem gemeinsamen Schließpunkt bevorzugt in Abhängigkeit von einer insbesondere brennraum-individuellen Regelgröße variiert.According to a further development of the invention, it is provided that a common, in particular middle, closing point is specified for all inlet valves, the individual closing points of the inlet valves being varied starting from the common closing point in order to equalize the respective fuel gas quantities supplied to the antechambers. It is thus possible in particular to use the specification of the closing point for various control objectives. In particular, the common closing point is preferably specified as a function of a global control target which is defined for the entire internal combustion engine and is therefore common to all combustion chambers, for example with regard to fuel gas consumption or global efficiency, the individual closing points for the inlet valves being individually different from the common , in particular the mean closing point, in order to meet combustion chamber-specific control goals, for example to optimize the efficiency for each combustion chamber individually, to align the peak pressures in the combustion chambers, to standardize the mean pressure, to increase the smoothness of the internal combustion engine, and to increase the pollutant emissions to harmonize, or something like that. In particular, starting from the common closing point, the individual closing points are preferably varied as a function of a control variable, in particular a control variable that is specific to the combustion chamber.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Ziel-Schließpunkt für das mindestens eine Einlassventil für jeden Brennraum mittels einer Regelung - insbesondere als Stellgröße - ermittelt wird, wobei eine - vorzugsweise brennraum-individuelle - Regelgröße verwendet wird, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Spitzendruck oder einer zeitlichen Spitzendruckposition in der Vorkammer; einem Spitzendruck oder einer zeitlichen Spitzendruckposition in dem Hauptbrennraum; einem Mitteldruck in der Vorkammer oder in dem Hauptbrennraum; einem brennraum-individuellen Wirkungsgrad; einem zeitlichen Druckverlauf in der Vorkammer oder in dem Hauptbrennraum; und einer brennraum-individuellen Stickoxid-Konzentration im Abgas. Die hier genannten Regelgrößen sind in besonderer Weise geeignet, um in einer Regelung verwendet zu werden, bei der letztlich durch Vorgabe der Ziel-Schließpunkte der Einlassventile als Stellgrößen die den Vorkammern zugeführten Brenngasmassen gleichgestellt werden.According to the invention, it is provided that a target closing point for the at least one inlet valve for each combustion chamber is determined by means of a control - in particular as a manipulated variable - using a - preferably combustion-chamber-individual - controlled variable that is selected from a group consisting of: A peak pressure or a temporal peak pressure position in the antechamber; a peak pressure or a temporal peak pressure position in the main combustion chamber; an intermediate pressure in the antechamber or in the main combustion chamber; a combustion chamber-specific efficiency; a pressure curve over time in the antechamber or in the main combustion chamber; and a combustion chamber-specific nitrogen oxide concentration in the exhaust gas. The control variables mentioned here are particularly suitable for use in a control system in which the fuel gas masses supplied to the antechambers are ultimately equalized by specifying the target closing points of the inlet valves as manipulated variables.
Unter einem Spitzendruck wird dabei insbesondere ein während eines Arbeitstakts, das heißt Verbrennungstakts, erreichter Maximaldruckwert in der Vorkammer oder in dem Hauptbrennraum verstanden.A peak pressure is understood to mean, in particular, a maximum pressure value reached in the antechamber or in the main combustion chamber during a work cycle, that is to say a combustion cycle.
Unter einer zeitlichen Spitzendruckposition wird insbesondere ein Zeitpunkt oder ein Kurbelwellenwinkel während des Arbeitstakts verstanden, zu dem der Spitzendruck in der Vorkammer oder in dem Hauptbrennraum erreicht wird.A temporal peak pressure position is understood to mean, in particular, a point in time or a crankshaft angle during the work cycle at which the peak pressure in the prechamber or in the main combustion chamber is reached.
Der Spitzendruck und/oder die zeitliche Spitzendruckposition können insbesondere durch zeitabhängige Druckerfassung in der Vorkammer oder in dem Hauptbrennraum ermittelt werden. Eine solche zeitabhängige Druckerfassung kann insbesondere durch einen Druckaufnehmer, insbesondere einen Druckmessquarz, erfolgen. Eine zeitabhängige Druckerfassung schließt dabei eine kurbelwellenwinkelabhängige Druckerfassung ein. Insoweit sind Zeit einerseits und Kurbelwellenwinkel andererseits - ineinander über die momentane Drehzahl der Brennkraftmaschine umrechenbar - als äquivalent anzusehen. Dabei ist es möglich, dass den Vorkammern jeweils ein separater Druckmessquarz oder Druckaufnehmer zugeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass ausgehend von einer Druckmessung in dem Hauptbrennraum auf den Druck in der jeweiligen Vorkammer geschlossen wird. Auch ist es möglich, dass nur in der Vorkammer eine Druckmesseinrichtung vorgesehen ist, ausgehend von deren Messwerten dann auf den Druck im jeweiligen Hauptbrennraum geschlossen werden kann. Es ist aber auch möglich, dass einerseits dem Hauptbrennraum und andererseits der Vorkammer jeweils separat eine Druckmesseinrichtung zugeordnet ist. Der Spitzendruck und/oder die zeitliche Spitzendruckposition können insbesondere aus einem zeitlichen Druckverlauf erhalten werden.The peak pressure and / or the temporal peak pressure position can in particular be determined by time-dependent pressure detection in the antechamber or in the main combustion chamber. Such a time-dependent pressure detection can take place in particular by a pressure sensor, in particular a pressure measuring quartz. A time-dependent pressure measurement includes a pressure measurement that is dependent on the crankshaft angle. In this respect, the time on the one hand and the crankshaft angle on the other hand - which can be converted into one another via the current speed of the internal combustion engine - are to be regarded as equivalent. It is possible that a separate pressure measuring quartz or pressure transducer is assigned to each of the antechambers. However, it is also possible that, based on a pressure measurement in the main combustion chamber, conclusions can be drawn about the pressure in the respective prechamber. It is also possible for a pressure measuring device to be provided only in the antechamber, based on the measured values of which the pressure in the respective main combustion chamber can then be deduced. However, it is also possible for a pressure measuring device to be assigned separately to the main combustion chamber on the one hand and to the antechamber on the other. The peak pressure and / or the peak pressure position over time can in particular be obtained from a pressure curve over time.
Als zeitlicher Druckverlauf wird in bevorzugter Ausgestaltung ein zeitlicher Gradient und/oder ein auf den Kurbelwellenwinkel bezogener Gradient des Drucks ermittelt, insbesondere also eine Ableitung des Drucks nach der Zeit und/oder nach dem Kurbelwellenwinkel. Besonders bevorzugt wird als zeitlicher Druckverlauf ein Druckanstieg in dem Arbeitstakt verwendet. Der Druckanstieg hat sich dabei als besonders aussagekräftig mit Blick auf die hier vorgeschlagene Regelung erwiesen.In a preferred embodiment, a temporal gradient and / or a gradient of the pressure related to the crankshaft angle is determined as the temporal pressure curve, in particular a derivation of the pressure according to time and / or according to the crankshaft angle. A pressure increase in the work cycle is particularly preferably used as the pressure profile over time. The pressure increase has proven to be particularly meaningful with a view to the regulation proposed here.
Eine brennraum-individuelle Stickoxidkonzentration im Abgas wird bevorzugt in separaten, den einzelnen Brennräumen zugeordneten Abgasfluten gemessen, oder aber zeit- und/oder kurbelwellenaufgelöst in einer allen Brennräumen oder einer Untergruppe von Brennräumen zugeordneten Abgasflut, wobei eine zeit- oder kurbelwellenwinkelaufgelöste Messung eine Zuordnung zu den einzelnen Brennräumen anhand einer Zündfolge erlaubt.A combustion chamber-specific nitrogen oxide concentration in the exhaust gas is preferably measured in separate exhaust gas flows assigned to the individual combustion chambers, or else time-resolved and / or crankshaft-resolved in an exhaust gas flow assigned to all combustion chambers or a subgroup of combustion chambers, with a time-resolved or crankshaft angle-resolved measurement being assigned to the individual combustion chambers based on an ignition sequence.
Ein brennraum-individueller Wirkungsgrad kann insbesondere aus einem zeitabhängig erfassten Druck ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann unter der Annahme eines konstanten Brenngas-Heizwertes sowie bei konstanter Drehzahl der Brennkraftmaschine eine selektive Wirkungsgradoptimierung der einzelnen Brennräume erfolgen. Dabei wird bevorzugt ein Brennraum nach dem anderen mittels Variation der der jeweiligen Vorkammer zugeführten Brenngasmasse auf einen maximalen Wirkungsgrad optimiert. Die den anderen Vorkammern zugeführten Brenngasmassen werden derweil konstant gehalten. Die Maximierung des Wirkungsgrads für den einzelnen Brennraum, dessen Vorkammer-Brenngasmasse variiert wird, kann als Wirkungsgradsteigerung an der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine, insbesondere an deren Schwungrad, erfasst werden. Dieses Verfahren kann iterativ, auch im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere in einem stationären Betriebspunkt, für alle Brennräume durchgeführt werden.A combustion chamber-specific efficiency can in particular be determined from a pressure recorded as a function of time. As an alternative or in addition, a selective optimization of the efficiency of the individual combustion chambers can take place assuming a constant fuel gas calorific value and at a constant speed of the internal combustion engine. In this case, one combustion chamber after the other is preferably optimized for maximum efficiency by varying the fuel gas mass supplied to the respective prechamber. The fuel gas masses fed to the other antechambers are kept constant in the meantime. The maximization of the efficiency for the individual combustion chamber, the pre-chamber fuel gas mass of which is varied, can be recorded as an increase in efficiency on the output shaft of the internal combustion engine, in particular on its flywheel. This method can be carried out iteratively, even while the internal combustion engine is running, in particular at a stationary operating point, for all combustion chambers.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Ermittlung des Ziel-Schließpunkts für jeden Brennraum ein separater Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) verwendet wird. Auf diese Weise können die brennraum-individuellen Ziel-Schließpunkte besonders exakt ermittelt werden.According to a further development of the invention, it is provided that a separate proportional-integral controller (PI controller) is used to determine the target closing point for each combustion chamber. In this way, the target closing points for the individual combustion chamber can be determined particularly precisely.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ziel-Schließpunkt für jeden Brennraum ermittelt wird, indem ausgehend von einem Start-Schließpunkt geprüft wird, ob der Druckanstieg während eines Arbeitstakts in dem Brennraum kleiner als ein vorbestimmter minimaler Druckanstieg oder größer als ein vorbestimmter maximaler Druckanstieg ist. Als Start-Schließpunkt wird dabei bevorzugt der gemeinsame Schließpunkt, insbesondere der gemeinsame mittlere Schließpunkt, verwendet. Wenn der Druckanstieg bei Verwendung des Start-Schließpunkts kleiner ist als der vorbestimmte minimale Druckanstieg, oder größer ist als der vorbestimmte maximale Druckanstieg, wird in einem Schritt a) der Schließpunkt in einer ersten, initialen Richtung verstellt, insbesondere um eine vorgegebene Schrittweite. Die erste, initiale Richtung gibt insbesondere vor, ob der Schließpunkt, insbesondere um die vorgegebene Schrittweite, nach Früh oder nach Spät verstellt wird. „Nach Früh“ bedeutet dabei insbesondere zu einem größeren zeitlichen Abstand zu einem unteren Totpunkt eines in dem Hauptbrennraum verlagerbaren Kolbens hin, wobei der untere Totpunkt des Kolbens den Einlasstakt von einem Kompressionstakt trennt; entsprechend bedeutet „nach Spät“ eine Verstellung näher zu dem unteren Totpunkt hin. Aus der Verstellung des Schließpunkts resultiert ein verstellter Schließpunkt.According to a further development of the invention, it is provided that the target closing point is determined for each combustion chamber by checking, starting from a starting closing point, whether the pressure increase in the combustion chamber during a work cycle is less than a predetermined minimum pressure increase or greater than a predetermined maximum Pressure increase is. The common closing point, in particular the common central closing point, is preferably used as the starting closing point. If the pressure increase when using the starting closing point is less than the predetermined minimum pressure increase, or is greater than the predetermined maximum pressure increase, the closing point is adjusted in a first, initial direction in a step a), in particular by a predetermined increment. The first, initial direction specifies in particular whether the closing point, in particular by the predetermined increment, is adjusted to early or late. In this context, “after early” means in particular towards a greater time interval from a bottom dead center of a piston that can be displaced in the main combustion chamber, the bottom dead center of the piston separating the intake stroke from a compression stroke; accordingly, “after late” means an adjustment closer to the bottom dead center. The adjustment of the closing point results in an adjusted closing point.
In einem Schritt b) wird sodann das Einlassventil mit dem verstellten Schließpunkt angesteuert, und es wird geprüft, ob der Druckanstieg bei dem verstellten Schließpunkt im Vergleich zu dem vorhergehenden Schließpunkt sich dem vorbestimmten minimalen Druckanstieg oder dem vorbestimmten maximalen Druckanstieg angenähert hat, oder ob der Druckanstieg nunmehr innerhalb des Intervalls zwischen dem vorbestimmten minimalen Druckanstieg und dem vorbestimmten maximalen Druckanstieg liegt. Dabei bedeutet die Formulierung „bei dem verstellten Schließpunkt“ insbesondere „bei Anwendung des verstellten Schließpunkts in demselben Arbeitsspiel, in dem die Prüfung erfolgt“.In a step b) the inlet valve is then activated with the adjusted closing point, and it is checked whether the pressure increase at the adjusted closing point compared to the previous closing point has approached the predetermined minimum pressure increase or the predetermined maximum pressure increase, or whether the pressure increase now lies within the interval between the predetermined minimum pressure increase and the predetermined maximum pressure increase. The wording "at the adjusted closing point" means in particular "when using the adjusted closing point in the same work cycle in which the test is carried out".
Wenn c) die Prüfung in dem Schritt b) ergibt, dass der Druckanstieg bei dem verstellten Schließpunkt sich im Vergleich zu dem vorhergehenden Schließpunkt dem vorbestimmten minimalen Druckanstieg oder dem vorbestimmten maximalen Druckanstieg angenähert hat, wird der Schließpunkt in derselben Richtung wie unmittelbar zuvor weiter verstellt, vorzugsweise erneut um dieselbe vorgegebene Schrittweite.If c) the test in step b) shows that the pressure increase at the adjusted closing point has approached the predetermined minimum pressure increase or the predetermined maximum pressure increase compared to the previous closing point, the closing point is further adjusted in the same direction as immediately before, preferably again by the same predetermined step size.
Der mit Blick auf Schritt b) in Bezug genommene „vorhergehende Schließpunkt“ ist bei der ersten Durchführung des Schrittes b) der Start-Schließpunkt, bei jeder nachfolgenden Durchführung des Schrittes b) ist es jeweils der zuletzt eingestellte, verstellte Schließpunkt.The “previous closing point” referred to with regard to step b) is the starting closing point when step b) is carried out for the first time, and when step b) is carried out it is the last adjusted closing point.
Wenn d) die Prüfung in Schritt b) ergibt, dass der Druckanstieg bei dem verstellten Schließpunkt im Vergleich zu dem vorhergehenden Schließpunkt sich dem vorbestimmten minimalen Druckanstieg oder dem vorbestimmten maximalen Druckanstieg nicht angenähert hat, insbesondere sich von dem vorbestimmten minimalen Druckanstieg oder von dem vorbestimmten maximalen Druckanstieg entfernt hat, das heißt insbesondere noch kleiner geworden ist als der vorbestimmte minimale Druckanstieg oder noch größer geworden ist als der vorbestimmte maximale Druckanstieg, und auch nicht in dem Intervall dazwischen liegt, wird der Schließpunkt in einer der unmittelbar vorhergehenden Richtung entgegengesetzten Richtung - vorzugsweise um die vorgegebene Schrittweite - verstellt.If d) the test in step b) shows that the pressure increase at the adjusted closing point compared to the previous closing point has not approached the predetermined minimum pressure increase or the predetermined maximum pressure increase, in particular from the predetermined minimum pressure increase or from the predetermined maximum Has removed the pressure increase, i.e. in particular has become even smaller than the predetermined minimum pressure increase or has become even greater than the predetermined maximum pressure increase, and also does not lie in the interval in between, the closing point is in a direction opposite to the immediately preceding direction - preferably around the specified step size - adjusted.
Anschließend werden e) die Schritte b) bis d) iterativ solange durchgeführt, das heißt nacheinander wiederholt, bis in Schritt b) festgestellt wird, dass der Druckanstieg bei dem verstellten Schließpunkt in dem Intervall zwischen dem vorbestimmten minimalen Druckanstieg und dem vorbestimmten maximalen Druckanstieg liegt. Ist dies der Fall, wird bevorzugt die Iteration abgebrochen, und als Ziel-Schließpunkt wird der aktuelle verstellte Schließpunkt verwendet.Then e) steps b) to d) are carried out iteratively, i.e. repeated one after the other, until it is determined in step b) that the pressure increase at the adjusted closing point lies in the interval between the predetermined minimum pressure increase and the predetermined maximum pressure increase. If this is the case, the iteration is preferably aborted and the currently adjusted closing point is used as the target closing point.
Somit wird im Rahmen des hier vorgeschlagenen iterativen Verfahrens der Ziel-Schließpunkt durch Variation des Schließpunkts ausgehend von dem Start-Schließpunkt ermittelt, indem der Druckanstieg in dem Brennraum, insbesondere in der Vorkammer oder in dem Hauptbrennraum, als Kriterium, insbesondere als Regelgröße verwendet wird. Durch Verstellen des Schließpunkts in die verschiedenen Richtungen wird das Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch in der Vorkammer - je nach gewählter Richtung der Verstellung des Schließpunkts - schrittweise angefettet oder abgemagert, um den Druckanstieg in das zulässige Intervall zwischen dem vorbestimmten minimalen Druckanstieg und dem vorbestimmten maximalen Druckanstieg zu bringen.Thus, within the scope of the iterative method proposed here, the target closing point is determined by varying the closing point starting from the starting closing point is determined by using the pressure increase in the combustion chamber, in particular in the antechamber or in the main combustion chamber, as a criterion, in particular as a control variable. By adjusting the closing point in the different directions, the combustion air-fuel mixture in the antechamber is gradually enriched or leaned, depending on the selected direction of the adjustment of the closing point, in order to keep the pressure increase in the permissible interval between the predetermined minimum pressure increase and the predetermined maximum pressure increase bring to.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Schritt a) die erste, initiale Richtung abhängig davon gewählt wird, ob der Druckanstieg in dem Brennraum während des Arbeitstakts kleiner als der vorbestimmte minimale Druckanstieg oder größer als der vorbestimmte maximale Druckanstieg ist. Dabei wird der Schließpunkt initial in Richtung eines früheren Schließpunkts verstellt, wenn der Druckanstieg kleiner ist als der vorbestimmte minimale Druckanstieg. Die Frühverstellung des Schließpunkts hat dabei - wie zuvor bereits erläutert - eine Anfettung des Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischs zur Folge, was insbesondere geeignet ist, den Druckanstieg zu beschleunigen. Der Schließpunkt wird in Richtung eines späteren Schließpunkts verstellt, wenn der Druckanstieg größer ist als der vorbestimmte maximale Druckanstieg. Es erfolgt also jedenfalls zunächst eine Abmagerung, um den Druckanstieg nach Möglichkeit zu reduzieren. Dabei ist es allerdings möglich, dass bei einem bereits deutlich unterstöchiometrischen Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch, das heißt fettem Gemisch mit einem Lambda-Wert von kleiner 1, eine Abmagerung zu einem noch höheren Druckanstieg führt, da ein stöchiometrisches Gemisch eine höhere Brenngeschwindigkeit und damit einen stärkeren Druckanstieg aufweist. Insbesondere in diesem Fall wird dies durch den zuvor beschriebenen Algorithmus detektiert, und das Vorzeichen der Verstellung des Schließzeitpunkts wird geändert, sodass im nächsten Schritt eine Frühverstellung und damit sukzessive eine zusätzliche Anfettung des Gemischs erfolgt, um den Druckanstieg abzumildern und so die Bauteile der Brennkraftmaschine mechanisch zu schonen, insbesondere eine Beschädigung zu vermeiden.According to a further development of the invention, it is provided that in step a) the first, initial direction is selected depending on whether the pressure increase in the combustion chamber during the working cycle is less than the predetermined minimum pressure increase or greater than the predetermined maximum pressure increase. The closing point is initially adjusted in the direction of an earlier closing point if the pressure increase is less than the predetermined minimum pressure increase. The early adjustment of the closing point has - as already explained above - an enrichment of the combustion air-fuel mixture, which is particularly suitable for accelerating the pressure increase. The closing point is adjusted in the direction of a later closing point if the pressure increase is greater than the predetermined maximum pressure increase. In any case, there is initially a leaning in order to reduce the pressure increase as far as possible. In this case, however, it is possible that with a combustion air-fuel mixture that is already significantly under-stoichiometric, i.e. a rich mixture with a lambda value of less than 1, leaning leads to an even higher pressure increase, since a stoichiometric mixture has a higher burning rate and thus a shows a greater increase in pressure. In this case, in particular, this is detected by the algorithm described above, and the sign of the adjustment of the closing time is changed, so that in the next step an advance adjustment and thus successively an additional enrichment of the mixture takes place in order to moderate the pressure increase and thus mechanically the components of the internal combustion engine to protect, in particular to avoid damage.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Schritt b) vor dem Ansteuern des Einlassventils mit dem verstellten Schließpunkt geprüft wird, ob der verstellte Schließpunkt innerhalb eines vorgegebenen Schließpunkt-Bereichs liegt. Dabei wird das Einlassventil mit dem verstellten Schließpunkt angesteuert, wenn festgestellt wird, dass der verstellte Schließpunkt innerhalb des vorgegebenen Schließpunkt-Bereichs liegt. Wird dagegen festgestellt, dass der verstellte Schließpunkt nicht innerhalb des vorgegebenen Schließpunkt-Bereichs liegt, wird die Iteration abgebrochen, und der unmittelbar vorhergehende Schließpunkt - vor dem letzten Verstellen - wird als Ziel-Schließpunkt verwendet. Diese Maßnahme gewährleistet, dass der Schließpunkt nur verstellt wird, wenn das Verstellen tatsächlich - insbesondere ohne Bauteilbeschädigung oder Gefahr für den Betrieb der Brennkraftmaschine - möglich ist. Insbesondere wird auf diese Weise ein vorbestimmter Verstellbereich eines Mechanismus zur variablen Verstellung der Ventilsteuerzeiten eingehalten.According to a further development of the invention it is provided that in step b) before the activation of the inlet valve with the adjusted closing point it is checked whether the adjusted closing point lies within a predetermined closing point range. The inlet valve is activated with the adjusted closing point when it is determined that the adjusted closing point is within the specified closing point range. If, on the other hand, it is determined that the adjusted closing point is not within the specified closing point range, the iteration is aborted and the immediately preceding closing point - before the last adjustment - is used as the target closing point. This measure ensures that the closing point is only adjusted if the adjustment is actually possible - in particular without damage to components or risk to the operation of the internal combustion engine. In particular, a predetermined adjustment range of a mechanism for the variable adjustment of the valve control times is maintained in this way.
Wird die Iteration beendet und der vorhergehende Schließpunkt als Ziel-Schließpunkt verwendet, wird bevorzugt zugleich zumindest eine andere Maßnahme eingeleitet, um den Druckanstieg in das vorbestimmte Intervall zwischen dem vorbestimmten minimalen Druckanstieg und dem vorbestimmten maximalen Druckanstieg zu bringen. Hierzu ist es insbesondere möglich, einen Zündzeitpunkt zu verstellen, und/oder die Zusammensetzung des den Brennräumen zugeführten Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischs stromaufwärts des Einlassventils zu verändern. Auch andere geeignete Maßnahmen zur Beeinflussung des Druckanstiegs sind denkbar.If the iteration is ended and the previous closing point is used as the target closing point, at least one other measure is preferably initiated at the same time in order to bring the pressure increase into the predetermined interval between the predetermined minimum pressure increase and the predetermined maximum pressure increase. For this purpose, it is possible in particular to adjust an ignition point and / or to change the composition of the combustion air / fuel mixture supplied to the combustion chambers upstream of the inlet valve. Other suitable measures for influencing the rise in pressure are also conceivable.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zunächst der Ziel-Schließpunkt für jeden Brennraum auf einen maximalen Wirkungsgrad - insbesondere einen maximalen, brennraum-individuellen Wirkungsgrad - hin eingestellt wird. Danach wird in bevorzugter Ausgestaltung durch weitere Variationen der den Brennräumen jeweils zugeordneten Ziel-Schließpunkte ein Spitzendruck für alle Brennräume angeglichen, insbesondere um Bauteile der Brennkraftmaschine vor unzulässig hohen Spitzendrücken zu schützen. Ferner ermöglicht diese Maßnahme es, die Brennkraftmaschine insgesamt näher an einer Klopfgrenze zu betreiben und damit den Wirkungsgrad nochmals zu steigern. Aufgrund der Angleichung der Spitzendrücke besteht nämlich nicht mehr die Gefahr, dass bei zu naher Annäherung an die Klopfgrenze einzelne Brennräume durch Spitzendruck-Ausreißer in einen klopfenden Betrieb geraten. Ein ansonsten notwendiger Sicherheitsabstand zur Klopfgrenze kann daher reduziert werden.According to a further development of the invention, it is provided that the target closing point for each combustion chamber is initially set to a maximum efficiency - in particular a maximum, combustion chamber-specific efficiency. Thereafter, in a preferred embodiment, a peak pressure for all combustion chambers is adjusted by further variations of the target closing points respectively assigned to the combustion chambers, in particular in order to protect components of the internal combustion engine from impermissibly high peak pressures. Furthermore, this measure makes it possible to operate the internal combustion engine as a whole closer to a knock limit and thus to further increase the efficiency. Because of the equalization of the peak pressures, there is no longer the risk that, when the knock limit is approached too closely, individual combustion chambers will start knocking due to peak pressure outliers. An otherwise necessary safety distance to the knock limit can therefore be reduced.
Vorzugsweise wird wiederum nach dieser Maßnahme ein Mitteldruck für alle Brennräume durch weitere Variation der Ziel-Schließpunkte angeglichen. Dies erhöht die Laufruhe und die Gleichmäßigkeit des Betriebs der Brennkraftmaschine.Preferably, after this measure, a mean pressure for all combustion chambers is adjusted by further variation of the target closing points. This increases the smoothness and smoothness of the operation of the internal combustion engine.
Somit wird insbesondere eine Hierarchie von Maßnahmen festgelegt, um den Betrieb der Brennkraftmaschine zu optimieren. Gemäß dieser Hierarchie werden zunächst die Ziel-Schließpunkte auf den jeweiligen maximalen Wirkungsgrad hin eingestellt, dann die Spitzendrücke angeglichen, und dann schließlich die Mitteldrücke harmonisiert.In particular, a hierarchy of measures is thus established in order to optimize the operation of the internal combustion engine. According to this hierarchy, the target closing points are first set to the respective maximum efficiency, then the peak pressures are adjusted, and then finally the mean pressures are harmonized.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die eine Mehrzahl von Brennräumen aufweist. Jeder Brennraum weist dabei einen Hauptbrennraum und eine Vorkammer auf. Jeder Vorkammer ist eine Vorkammer-Brenngaszufuhr mit einem differenzdruckgesteuerten Ventil zugeordnet. Die Vorkammer-Brenngaszufuhr ist insbesondere zusätzlich und separat von einer Brenngaszufuhr zu dem jeweiligen Hauptbrennraum zugeordnet. Außerdem sind die einzelnen Vorkammer-Brenngaszufuhren der einzelnen Vorkammern bevorzugt separat voneinander vorgesehen, das heißt insbesondere einzeln beeinflussbar. Jedem Brennraum - insbesondere jedem Hauptbrennraum - ist mindestens ein Einlassventil zugeordnet. Die Brennkraftmaschine weist außerdem ein Steuergerät auf, das eingerichtet ist, um für jeden Brennraum einen Schließpunkt für das jeweilige mindestens eine Einlassventil vorzugeben. Das Steuergerät ist eingerichtet, um die jeweiligen Schließpunkte für die Einlassventile der einzelnen Brennräume separat so einzustellen, dass den Vorkammern jeweils zugeführte Brenngasmengen aneinander angeglichen werden. Insbesondere ist das Steuergerät eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.The object is also achieved by creating an internal combustion engine which has a plurality of combustion chambers. Each combustion chamber has a main combustion chamber and an antechamber. Each prechamber is assigned a prechamber fuel gas supply with a differential pressure-controlled valve. The prechamber fuel gas supply is in particular assigned additionally and separately from a fuel gas supply to the respective main combustion chamber. In addition, the individual pre-chamber fuel gas feeds of the individual pre-chambers are preferably provided separately from one another, that is to say in particular can be influenced individually. Each combustion chamber - in particular each main combustion chamber - is assigned at least one inlet valve. The internal combustion engine also has a control device which is set up to specify a closing point for the respective at least one inlet valve for each combustion chamber. The control unit is set up to set the respective closing points for the inlet valves of the individual combustion chambers separately in such a way that the respective fuel gas quantities supplied to the antechambers are matched to one another. In particular, the control device is set up to carry out a method according to the invention or one of the previously described embodiments of the method for operating an internal combustion engine. In connection with the internal combustion engine, there are in particular the advantages that have already been explained in connection with the method.
Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt als Gasmotor ausgebildet, das heißt eingerichtet zum Betrieb mit einem Brenngas als Brennstoff.The internal combustion engine is preferably designed as a gas engine, that is to say set up for operation with a combustion gas as fuel.
Die Brennkraftmaschine kann ausgelegt sein zum Betrieb in einem Otto-Brennverfahren, in einem Diesel-Brennverfahren, in einem Zweistoff-Betriebsverfahren, insbesondere mit Zündstrahlzündung, oder in anderer geeigneter Weise, insbesondere zur Verwirklichung eines anderen geeigneten Brennverfahrens.The internal combustion engine can be designed to operate in an Otto combustion process, in a diesel combustion process, in a dual-fuel operating process, in particular with pilot injection, or in another suitable manner, in particular for implementing another suitable combustion process.
Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt als Zweitaktmotor, als Viertaktmotor oder als Mehrtaktmotor mit mehr als vier Takten, beispielsweise als Sechstaktmotor, ausgebildet.The internal combustion engine is preferably designed as a two-stroke engine, as a four-stroke engine or as a multi-stroke engine with more than four strokes, for example as a six-stroke engine.
Die Brennkraftmaschine ist insbesondere als Hubkolbenmotor ausgebildet.The internal combustion engine is designed in particular as a reciprocating piston engine.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine, und -
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine gemäß1 in Form eines Flussdiagramms.
-
1 a schematic representation of an embodiment of an internal combustion engine, and -
2 a schematic representation of an embodiment of a method for operating the internal combustion engine according to FIG1 in the form of a flow chart.
Jedem Brennraum
In
Außerdem ist in
Das Einlassventil
Die Brennkraftmaschine
Insbesondere wird im Rahmen einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine
Vorzugsweise wird ein gemeinsamer, insbesondere mittlerer Schließpunkt für alle Einlassventile
Vorzugsweise wird mittels einer Regelung ein Ziel-Schließpunkt für die einzelnen Einlassventile
Besonders bevorzugt wird zur Ermittlung der Ziel-Schließpunkte für die einzelnen Brennräume
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird zunächst der Ziel-Schließpunkt für jeden Brennraum
In
Jedenfalls wird in dem zweiten Schritt
Ist der gemessene Druckanstieg dp/dt dagegen kleiner als minimale Grenzwert dp/dtmm, vergleiche den vierten Schritt
In einem sechsten Schritt
In einem siebten Schritt
Ist dies nicht der Fall, wird das Verfahren in dem dritten Schritt
Liegt dagegen der in dem siebten Schritt
In einem zehnten Schritt
Wird dabei festgestellt, dass der Druckanstieg noch kleiner geworden ist, also sich von dem zulässigen Bereich weiter entfernt hat, wird das Verfahren in dem fünften Schritt
Wird in dem zehnten Schritt
Völlig analog wird vorgegangen, wenn in dem zweiten Schritt
In einem vierzehnten Schritt
Liegt dagegen der neue Schließpunkt ES1 innerhalb des vorgegebenen Schließpunkt-Bereichs, wird in einem fünfzehnten Schritt
Es ist aber auch möglich, dass der Druckanstieg dp/dt größer ist als der zuvor gemessene Druckanstieg dp/dt, insbesondere dann, wenn eine Reduzierung der der Vorkammer
Das hier vorgeschlagene Verfahren wird bevorzugt iterativ solange durchgeführt, bis der gemessene Druckanstieg dp/dt bei dem zuletzt eingestellten Schließpunkt innerhalb des zulässigen Intervalls zwischen dem vorbestimmten minimalen Druckanstieg dp/dtmin und dem vorbestimmten maximalen Druckanstieg dp/dtmax liegt, wobei dann der zuletzt eingestellte Schließpunkt beibehalten und das Verfahren beendet wird.The method proposed here is preferably carried out iteratively until the measured pressure increase dp / dt at the last set closing point is within the permissible interval between the predetermined minimum pressure increase dp / dt min and the predetermined maximum pressure increase dp / dt max , the last one then Maintain the set closing point and terminate the process.
Alternativ wird das Verfahren auch beendet, wenn der neu zu berechnende Schließpunkt nicht mehr in dem vorgegebenen Schließpunkt-Bereich liegt, wie zuvor erläutert.Alternatively, the method is also terminated when the closing point to be recalculated is no longer in the specified closing point range, as explained above.
Das Verfahren kann nach dem dritten Schritt
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