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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffbrenners.
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Die
DE 10 2004 051 905 A1 offenbart diesbezüglich einen Abgasbrenner, dessen Einspritzventil mit einer Einspritzfrequenz höher als 30 Hz betrieben wird, um ein Erlöschen der Brennerflamme zu verhindern.
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Aufgrund seines Aufbaus bildet ein derartiger Kraftstoffbrenner ein Resonanzsystem, in dem es durch eine Überlagerung einer Schwingung mit einer Systemeigenfrequenz des Kraftstoffbrenners und einer Schwingung mit einer Einspritzfrequenz oder einem ganzzahligen Vielfachen der Einspritzfrequenz eines Einspritzventils zu Resonanzeffekten kommen. Diese Resonanzeffekte beeinflussen eine Brennstabilität des Kraftstoffbrenners negativ.
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Durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftstoffbrenners gemäß den unabhängigen Ansprüchen wird die Brennstabilität verbessert.
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Das Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffbrenners umfasst ein Versorgen einer Kraftstoffbrennkammer mit Luft und ein Zuführen eines Kraftstoffs für eine Verbrennung in der Kraftstoffbrennkammer über ein Einspritzventil, wobei wenigstens ein Betriebsparameter, der eine Systemeigenfrequenz des Kraftstoffbrenners charakterisiert, bestimmt wird, wobei abhängig vom wenigstens einen Betriebsparameter ein Sollwert bestimmt wird, der eine Einspritzfrequenz charakterisiert, die sich von der Systemeigenfrequenz unterscheidet und deren ganzzahlige Vielfache sich von der Systemeigenfrequenz unterscheiden, wobei abhängig vom Sollwert ein Ansteuersignal für eine Zuführung des Kraftstoffs durch das Einspritzventil mit der Einspritzfrequenz bestimmt wird und das Einspritzventil abhängig vom Ansteuersignal insbesondere gepulst oder getaktet angesteuert wird. Dadurch wird eine Brennstabilität des Kraftstoffbrenners durch gezielte Ansteuerung des Einspritzventils stabilisiert.
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Bevorzugt wird der Sollwert derart bestimmt, dass sich die Einspritzfrequenz und/oder wenigstens eines der ganzzahligen Vielfachen der Einspritzfrequenz wenigstens um einen vorgegebenen Wert von der Systemeigenfrequenz unterscheidet. Dadurch wird ein Sicherheitsabstand zwischen der Systemeigenfrequenz und einer hinsichtlich einer Resonanz kritischen Einspritzfrequenz oder den zu bezüglich der Einspritzfrequenz Harmonischen gewahrt.
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Vorzugsweise charakterisiert der wenigstens eine Betriebsparameter eine Temperatur, einen Druck, eine Schallgeschwindigkeit, eine Zusammensetzung eines Gasgemischs und/oder ein Luft-/Kraftstoffverhältnis im Betrieb des Kraftstoffbrenners. Diese Parameter beeinflussen ein Resonanzverhalten und eignen sich daher besonders zum Bestimmen des Sollwerts.
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Vorzugsweise charakterisiert der Sollwert eine Soll-Dämpfung für eine Schwingung im Kraftstoffbrenner, die kleiner ist als eine Ist-Dämpfung durch die Ansteuerung mit der Einspritzfrequenz. Dadurch wirkt die durch die Einspritzfrequenz erzeugte Komponente der überlagerten Schwingung dämpfend auf die überlagerte Schwingung.
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Bevorzugt wird der Sollwert abhängig von einer Kennlinie oder einem Kennfeld bestimmt, das dem wenigstens einen Betriebsparameter den Sollwert zuordnet.
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Es kann vorgesehen sein, dass abhängig vom wenigstens einen Betriebsparameter eine Systemeigenfrequenz bestimmt wird, abhängig von der Systemeigenfrequenz die Einspritzfrequenz bestimmt wird und abhängig von der Einspritzfrequenz das Ansteuersignal bestimmt wird.
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Bevorzugt wird abhängig von der Systemeigenfrequenz wenigstens eine Soll-Dämpfung bestimmt, die die Dämpfung maximiert, insbesondere ein Soll-Dämpfung aus einem am nächsten zur Systemeigenfrequenz gelegenen Dämpfungsbereich, wobei die Einspritzfrequenz abhängig von der Soll-Dämpfung bestimmt wird. Dadurch wird eine besonders gut dämpfende Wirkung auf die überlagerte Schwingung erzielt.
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Eine Vorrichtung zum Betreiben des Kraftstoffbrenners umfasst eine Regeleinrichtung, die ausgebildet ist, den Kraftstoffbrenner anzusteuern, um eine Kraftstoffbrennkammer mit Luft zu versorgen, Kraftstoff für eine Verbrennung in der Kraftstoffbrennkammer über ein Einspritzventil zuzuführen, wenigstens einen Betriebsparameter, der eine Systemeigenfrequenz des Kraftstoffbrenners charakterisiert, zu bestimmen, abhängig vom wenigstens einen Betriebsparameter ein Sollwert zu bestimmen, der eine Einspritzfrequenz charakterisiert, die sich von der Systemeigenfrequenz unterscheidet und deren ganzzahlige Vielfache sich von der Systemeigenfrequenz unterscheiden, abhängig vom Sollwert ein Ansteuersignal für eine Zuführung des Kraftstoffs durch das Einspritzventil mit der Einspritzfrequenz zu bestimmen und das Einspritzventil abhängig vom Ansteuersignal insbesondere gepulst oder getaktet anzusteuern.
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Die Regeleinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, den Sollwert derart zu bestimmen, dass sich die Einspritzfrequenz und/oder wenigstens eines der ganzzahligen Vielfachen der Einspritzfrequenz wenigstens um einen vorgegebenen Wert von der Systemeigenfrequenz unterscheidet.
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Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens einen Sensor zur Erfassung des wenigstens einen Betriebsparameters, wobei der wenigstens eine Betriebsparameter eine Temperatur, einen Druck, eine Schallgeschwindigkeit, eine Zusammensetzung eines Gasgemischs und/oder ein Luft-/Kraftstoffverhältnis im Betrieb des Kraftstoffbrenners charakterisiert.
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Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung ausgebildet, einen Sollwert zu bestimmen, der eine Soll-Dämpfung für eine Schwingung im Kraftstoffbrenner charakterisiert, die kleiner ist als eine Ist-Dämpfung durch die Ansteuerung mit der Einspritzfrequenz.
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Die Regeleinrichtung kann ausgebildet sein, den Sollwert abhängig von einer Kennlinie oder einem Kennfeld zu bestimmen, das dem wenigstens einen Betriebsparameter den Sollwert zuordnet.
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Die Regeleinrichtung kann ausgebildet sein, abhängig vom wenigstens einen Betriebsparameter eine Systemeigenfrequenz zu bestimmen, abhängig von der Systemeigenfrequenz die Einspritzfrequenz zu bestimmen und abhängig von der Einspritzfrequenz das Ansteuersignal zu bestimmen.
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Bevorzugt ist die Regeleinrichtung ausgebildet, abhängig von der Systemeigenfrequenz wenigstens eine Soll-Dämpfung zu bestimmen, die die Dämpfung maximiert, insbesondere ein Soll-Dämpfung aus einem am nächsten zur Systemeigenfrequenz gelegenen Dämpfungsbereich, und die Einspritzfrequenz abhängig von der Soll-Dämpfung zu bestimmen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffbrenners,
- 2 ein zeitlicher Verlauf einer instabilen Verbrennung,
- 3 ein zeitlicher Verlauf einer stabilen Verbrennung,
- 4 Aspekte eines Verfahrens zum Betreiben des Kraftstoffbrenners,
- 5 ein zeitlicher Verlauf von Druck und Temperatur beim Betreiben des Kraftstoffbrenners,
- 6 ein Campbell-Diagramm mit einem zeitlichen Verlauf von Frequenzen und ihren Amplituden für den Kraftstoffbrenner,
- 7 ein Bode-Diagramm mit einem Verlauf einer Dämpfung aufgetragen über den Frequenzen.
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In 1 ist ein Kraftstoffbrenner 100 schematisch dargestellt.
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Der Kraftstoffbrenner 100 umfasst einen optionalen Luftfilter 102 durch den Luft von außerhalb des Kraftstoffbrenners 100 durch eine Luftzufuhr 104 zuführbar ist. Der Kraftstoffbrenner 100 umfasst ein Einspritzventil 106, das ausgebildet ist, Kraftstoff zuzuführen. Der Kraftstoffbrenner 100 umfasst eine Kraftstoffbrennkammer 108. Im Beispiel wird die Luft der Kraftstoffbrennkammer 108 durch die Luftzufuhr 104 zugeführt wobei das Einspritzventil 106 derart angeordnet ist, dass der Kraftstoff zur Erzeugung eines Kraftstoff-/Luftgemischs in die Kraftstoffbrennkammer 108 eingespritzt wird. Das Einspritzventil 106 kann auch derart angeordnet sein, dass der Kraftstoff zwischen der Luftzufuhr 104 und der Kraftstoffbrennkammer 108 zur Erzeugung des Kraftstoff-/Luftgemischs eingespritzt werden kann. Abgas, das bei einer Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemischs in der Kraftstoffbrennkammer 108 entsteht wird durch eine Auslassstrecke 110 ausgeleitet.
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Die Luftzufuhr 104 kann eine Luftpumpe oder ein Flügel sein, welcher in eine Versorgungsleitung zur Versorgung der Kraftstoffbrennkammer 108 fördert. Die Zumessung des Kraftstoffes erfolgt beispielsweise mit einem getakteten Kraftstoffinjektor der das Einspritzventil 106 umfasst. Die Abgase aus der Kraftstoffbrennkammer 108 münden in der Auslassstrecke 110 beispielsweise in ein Abgasrohr oder mehrere Abgasrohre, und strömen in eine Umgebung des Kraftstoffbrenners 100 aus.
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Der beschriebene Aufbau bildet nach dem Prinzip eines schwingenden Rohres oder eines Helmholtz-Resonators ein Resonanzsystem mit Schwingungen mit einer oder mehreren ausgeprägten Systemeigenfrequenzen und einem entsprechenden Dämpfungsverhalten. Die Systemeigenfrequenz oder die Systemeigenfrequenzen und das Dämpfungsverhalten werden durch eine geometrische Gestaltung des Kraftstoffbrenners 100 bedingt. Einmal angeregt, kann das Resonanzsystem stark ausgeprägte Pulsationen aufweisen, welche im Kraftstoffbrenner 100, d.h. in der Kraftstoffbrennkammer 108 zu instabiler Verbrennung und/oder zu Verlöschungen führen können. Insbesondere ist dies der Fall, wenn die Schwingungen sich durch den gesamten Aufbau zwischen Luftfilter 102 und Auslassstrecke 110, d.h. durch eine Versorgungs- und Abgasseite, ausbreiten. Eine Grundanregung der Schwingung erfolgt primär bei einer Initialzündung des Kraftstoffbrenners 100. Zusätzlich können eine Luftversorgung durch die Luftzufuhr 104 und eine getaktete Zumessung des Kraftstoffes weitere Anregungen darstellen. Jede Einspritzung und jede darauf folgende Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemischs führt zu einer DruckPulsation, welche sich negativ auf das Resonanzsystem und dessen Verbrennungsstabilität auswirken können. Besonders eine Überlagerung der Systemeigenfrequenz oder einer der Systemeigenfrequenzen mit der Einspritzfrequenz oder einer Harmonischen der Einspritzfrequenz kann schädliche Resonanzeffekte hervorrufen.
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Um schädliche Resonanzeffekte einzudämmen oder ein Resonanzverhalten so zu beeinflussen, dass Druckpulsationen eine Stabilität der Verbrennung nicht beeinträchtigen oder verbessern, ist eine gezielte Einspritzfrequenzauswahl förderlich. Zwei Strategien können hierbei eingesetzt werden.
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Eine erste Strategie zur Stabilisierung der Verbrennung besteht darin, die Einspritzfrequenz des Einspritzventils so zu wählen, dass weder diese noch deren Harmonische, sich mit der Systemeigenfrequenz oder einer der Systemeigenfrequenzen des Resonanzsystems derart überlagern können, dass eine Resonanz entsteht. Die Systemeigenfrequenz ist abhängig von geometrischen Randbedingungen des Resonanzsystems, beispielsweise einem Durchmesser oder einer Länge der Rohre oder einem Volumen der Kraftstoffbrennkammer 108. Die Systemeigenfrequenz ist zudem abhängig von einer Schallgeschwindigkeit im Verbrennungsgas. Verbrennungsgas bedeutet hierbei das Gasgemisch in dem jeweiligen Abschnitt des Kraftstoffbrenners 100, d.h. zum Beispiel dem aus der Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemischs resultierenden Abgases oder einer Mischung aus Kraftstoff, Luft und Abgas.
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Da die Schallgeschwindigkeit mit steigender Temperatur zunimmt, nimmt auch die Systemeigenfrequenz mit steigender Temperatur des Gasgemisches zu. Gleichzeitig ist die Schallgeschwindigkeit von der Gaszusammensetzung abhängig und somit von dem Luft-/Kraftstoffverhältnis im Betrieb. Die Einspritzfrequenz wird, wie im Folgenden beschrieben, dem Betrieb so angepasst, dass unter allen Betriebsbedingungen ein ausreichender Sicherheitsabstand zwischen der Systemeigenfrequenz der Einspritzfrequenz und deren Harmonischen gewährleistet werden kann. Können sich die Einspritzfrequenz oder eine ihrer Harmonischen und die Systemeigenfrequenz oder die Systemeigenfrequenzen nicht mehr derart überlagern, dass angeregt durch die Einspritzfrequenz oder eine ihrer Harmonischen eine Resonanz entsteht, so wird ein deutlich stabileres, verlöschungsresistenteres Brennverhalten erreicht.
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Eine Vorrichtung 112 zum Betreiben des Kraftstoffbrenners 100 gemäß einer ersten Strategie umfasst eine Regeleinrichtung 114, die ausgebildet ist, den Kraftstoffbrenner 100 anzusteuern, um die Kraftstoffbrennkammer 108 mit Luft zu versorgen und Kraftstoff für die Verbrennung in der Kraftstoffbrennkammer 108 über das Einspritzventil 106 zuzuführen.
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Die Regeleinrichtung 114 ist ausgebildet, wenigstens einen Betriebsparameter 116, der eine Systemeigenfrequenz des Kraftstoffbrenners 100 charakterisiert, zu bestimmen. Die Vorrichtung 112 umfasst im Beispiel wenigstens einen Sensor 118 zur Erfassung des wenigstens einen Betriebsparameters 116. Der Sensor 118 übermittelt im Beispiel den wenigstens einen Betriebsparameter 116 an die Regeleinrichtung 114. Der wenigstens eine Betriebsparameter 116 kann eine Temperatur, ein Druck, eine Schallgeschwindigkeit und/oder eine Zusammensetzung eines Gasgemischs ein Luft-/Kraftstoffverhältnis im Betrieb des Kraftstoffbrenners charakterisieren.
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Die Regeleinrichtung 114 ist ausgebildet, abhängig vom wenigstens einen Betriebsparameter 116 einen Sollwert zu bestimmen, der eine Einspritzfrequenz charakterisiert, die sich von der Systemeigenfrequenz unterscheidet und deren ganzzahlige Vielfache, d.h. Harmonische, sich von der Systemeigenfrequenz unterscheiden.
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Die Regeleinrichtung 114 ist ausgebildet, abhängig vom Sollwert ein Ansteuersignal 120 für eine Zuführung des Kraftstoffs durch das Einspritzventil 106 mit der Einspritzfrequenz zu bestimmen und das Einspritzventil 106 abhängig vom Ansteuersignal 120 insbesondere gepulst oder getaktet anzusteuern. Die Regeleinrichtung 114 ist im Beispiel zudem ausgebildet ein Steuersignal 122 für eine Ansteuerung der Luftzufuhr 104 auszugeben, um ein Kraftstoff-/Luftgemisch zur Verbrennung zu erzeugen.
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Das Kraftstoff-/Luftgemisch für die Verbrennung wird beispielsweise abhängig von Sollwerten für die Ansteuerung der Luftzufuhr 104 und des Einspritzventils 106 eingestellt. Die Regeleinrichtung 114 umfasst beispielsweise einen Mikrocontroller und eine Endstufe für eine Ausgabe des Ansteuersignals 120 und des Steuersignals 122. In einem Speicher beispielsweise im Mikrocontroller kann eine Kennlinie oder ein Kennfeld gespeichert sein, das wie im Folgenden beschrieben ausgebildet ist.
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Die Regeleinrichtung 114 kann ausgebildet sein, den Sollwert abhängig von einer entsprechend bedateten Kennlinie oder einem entsprechend bedateten Kennfeld zu bestimmen, das Werten des wenigstens einen Betriebsparameter 116 je einen bestimmten Sollwert zuordnet.
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Im Beispiel ist die Regeleinrichtung 114 ausgebildet, den Sollwert für die Einspritzfrequenz zu bestimmen mit der das Einspritzventil 106 Kraftstoff zuführen soll.
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Die Regeleinrichtung 114 kann auch ausgebildet sein, abhängig vom wenigstens einen Betriebsparameter 116 die Systemeigenfrequenz zu bestimmen und abhängig von der Systemeigenfrequenz den Sollwert derart zu bestimmen, dass mit der Einspritzfrequenz eingespritzt wird.
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Die Regeleinrichtung 114 ist ausgebildet, abhängig vom Sollwert für die Einspritzfrequenz das Ansteuersignal 120 dafür zu bestimmen.
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Die Regeleinrichtung 114 ist in einem Aspekt ausgebildet, den Sollwert derart zu bestimmen, dass sich für den Sollwert die Einspritzfrequenz und/oder wenigstens eines der ganzzahligen Vielfachen der Einspritzfrequenz wenigstens um einen vorgegebenen Wert von der Systemeigenfrequenz unterscheidet. Damit wird der Sicherheitsabstand gemäß der ersten Strategie eingehalten.
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In 2 ist für eine instabile Verbrennung im Kraftstoffbrenner 100 ein zeitlicher Verlauf eines Luftmassenstroms m, mit durchgezogener Linie dargestellt In 2 ist ein zeitlicher Verlauf einer Temperatur T mit gestrichelter Linie dargestellt. Bei dem in 2 dargestellten stationären Betrieb weist die Einspritzfrequenz einen festen Wert auf, der unabhängig von den Systemeigenfrequenzen vorgegeben wird. Durch eine Überlagerung der Einspritzfrequenz und der ganzzahligen Vielfachen davon mit einer der Systemeigenfrequenzen schwingt das Gesamtsystem durch starke Druckpulsationen auf. Dies tritt nach einer Initialzündung insbesondere in dem zwischen Sekunde 10 und Sekunde 45 in 2 dargestellten Bereich auf. Ab Sekunde 45 folgt ein Bereich einer stabilen Verbrennung.
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In 3 ist ein zeitlicher Verlauf einer durch die Regeleinrichtung 114 im Kraftstoffbrenner 100 erreichbaren stabilen Verbrennung dargestellt. In 3 ist der zeitliche Verlauf des Luftmassenstroms m, mit durchgezogener Linie dargestellt. In 3 ist der zeitliche Verlauf der Temperatur T mit gestrichelter Linie dargestellt. Bei der in 3 dargestellten Wahl der Einspritzfrequenz erfolgt keine Überlagerung von Einspritzfrequenz oder einem ganzzahligen Vielfachen davon mit der Systemeigenfrequenz. Dadurch wird der stabile Betriebsbereich des Gesamtsystems nach der Initialzündung auf den Bereich zwischen Sekunde 10 und Sekunde 45 ausgeweitet.
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Anhand der 4 wird im Folgenden ein Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffbrenners gemäß der ersten Strategie beschrieben.
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Das Verfahren sieht das Versorgen der Kraftstoffbrennkammer 108 mit Luft und das Zuführen des Kraftstoffs für die Verbrennung in der Kraftstoffbrennkammer 108 über das Einspritzventil 106 vor.
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In einem Schritt 402 wird der wenigstens eine Betriebsparameter 116 bestimmt. Der wenigstens eine Betriebsparameter 116 charakterisiert die Systemeigenfrequenz des Kraftstoffbrenners 108. Der wenigstens eine Betriebsparameter 116 ist im Beispiel eine Temperatur, die vom Sensor 118 erfasst wird. Es kann auch der Druck, die Schallgeschwindigkeit und/oder die Zusammensetzung des Gasgemischs oder das Luft-/Kraftstoffverhältnis im Betrieb des Kraftstoffbrenners verwendet werden.
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Es kann vorgesehen sein, einen dieser Betriebsparameter oder mehrere dieser Betriebsparameter zu verwenden. Anstelle oder zusätzlich zum Sensor 118 kann eine Modellierung eines Betriebsparameters oder mehrerer Betriebsparameter abhängig von gemessenen Sensordaten verwendet werden.
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Anschließend wird ein Schritt 404 ausgeführt.
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Im Schritt 404 wird abhängig vom wenigstens einen Betriebsparameter 116 der Sollwert bestimmt. Der Sollwert charakterisiert die Einspritzfrequenz, die sich von der Systemeigenfrequenz unterscheidet und deren ganzzahlige Vielfache sich von der Systemeigenfrequenz unterscheiden. Der Sollwert kann derart bestimmt werden, dass sich die Einspritzfrequenz wenigstens um einen vorgegebenen Wert von der Systemeigenfrequenz unterscheidet. Der Sollwert kann derart bestimmt werden, dass sich zudem oder alternativ dazu wenigstens eines der ganzzahligen Vielfachen der Einspritzfrequenz um einen vorgegebenen Wert von der Systemeigenfrequenz unterscheidet. Der vorgegebene Wert wird beispielsweise als Sicherheitsabstand vorgegeben.
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Der Sollwert kann abhängig von der Kennlinie oder dem Kennfeld bestimmt werden, das dem wenigstens einen Betriebsparameter 116 den Sollwert zuordnet. Zur Umsetzung wird beispielsweise ein parametrisierbares Kennfeld für die Einspritzfrequenz des Einspritzventils 106 verwendet. Das Kennfeld ist im Beispiel abhängig von Betriebsparametern wie zum Beispiel Temperatur- und Luft-/Kraftstoffverhältnis unabhängig von einer Geometrie des Kraftstoffbrenners bedatet und ordnet diesen die Einspritzfrequenz unabhängig von der Geometrie zu. Der Kraftstoffbrenner 100 kann somit stabil, unabhängig von einer Ausführung der Resonanzkörper im Kraftstoffbrenner 100 betrieben werden.
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Im Unterschied dazu kann auch vorgesehen sein, dass im Schritt 404 abhängig vom wenigstens einen Betriebsparameter 116 die Systemeigenfrequenz bestimmt und abhängig von der Systemeigenfrequenz die Einspritzfrequenz als Sollwert bestimmt wird.
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Anschließend wird ein Schritt 406 ausgeführt.
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Im Schritt 406 wird abhängig vom Sollwert das Ansteuersignal 120 für die Zuführung des Kraftstoffs durch das Einspritzventil 106 mit der Einspritzfrequenz bestimmt. Das Ansteuersignal 120 wird beispielsweise abhängig von einer Ausführung des Einspritzventils 106 derart bestimmt, dass das Einspritzventil 106 im Beispiel gepulst oder getaktet angesteuert wird, so dass sich die Einspritzfrequenz einstellt.
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Anschließend wird ein Schritt 408 ausgeführt.
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Im Schritt 408 wird das Einspritzventil 106 abhängig vom Ansteuersignal 120 insbesondere gepulst oder getaktet angesteuert. Dadurch wird die Brennstabilität des Kraftstoffbrenners 100 durch gezielte Ansteuerung des Einspritzventils 106 stabilisiert. Ein störendes Resonanzverhalten induziert durch Überlagerung von Einspritzfrequenz und Systemeigenfrequenz wird dadurch verhindert.
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Diese Schritte werden in dieser oder anderer Reihenfolge zur Ansteuerung des Kraftstoffbrenners 100 in dessen Betrieb ausgeführt.
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Eine zweite Strategie zur Stabilisierung der Verbrennung besteht darin, die Einspritzfrequenz zur Beeinflussung der Systemresonanzfrequenz während des Betriebes zu nutzen. Wird der Kraftstoff mit einer Einspritzfrequenz zugeführt, welche sehr nah bei der Systemeigenfrequenz liegt, so neigt das Gesamtsystem dazu die Einspritzfrequenz zu übernehmen. Das Einspritzventil 106 übernimmt in diesem Aspekt eine Synchronisationsfunktion. Es ist somit möglich, eine ungünstige Schwingfrequenz des Gesamtsystems leicht zu verschieben. Dies kann genutzt werden, um ein bereits schwingendes System auf eine Frequenz zu synchronisieren, welche eine hohe Dämpfung aufweist. Die Amplituden der Druckpulsationen nehmen in Folge der Dämpfung ab, das System operiert ruhiger und stabiler.
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Die Regeleinrichtung 114 kann in diesem Aspekt ausgebildet sein, einen Sollwert zu bestimmen, der eine Soll-Dämpfung für eine Schwingung im Kraftstoffbrenner 100 charakterisiert, die kleiner ist als eine Ist-Dämpfung durch die Ansteuerung mit der Einspritzfrequenz.
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Die Regeleinrichtung 114 kann ausgebildet sein, abhängig von der Systemeigenfrequenz wenigstens eine Soll-Dämpfung zu bestimmen, die die Dämpfung maximiert. Vorzugweise ist die Regeleinrichtung 114 ausgebildet, eine Soll-Dämpfung aus einem am nächsten zur Systemeigenfrequenz gelegenen Dämpfungsbereich zu bestimmen, und die Einspritzfrequenz abhängig von der Soll-Dämpfung zu bestimmen.
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Der Sollwert charakterisiert eine Soll-Dämpfung für eine Schwingung im Kraftstoffbrenner 100, die kleiner ist als eine Ist-Dämpfung durch die Ansteuerung mit der Einspritzfrequenz.
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Ein Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffbrenners 100 gemäß der zweiten Strategie sieht im Unterschied zu dem für die erste Strategie beschriebenen Verfahren vor, dass im Schritt 404 der Sollwert als Einspritzfrequenz abhängig von der Systemeigenfrequenz bestimmt wird. Dazu wird wenigstens eine Soll-Dämpfung bestimmt, die eine Dämpfung der Systemeigenfrequenz mit der Einspritzfrequenz maximiert. Im Beispiel wird die Soll-Dämpfung aus dem am nächsten zur Systemeigenfrequenz gelegenen Dämpfungsbereich bestimmt, und der Sollwert für die Einspritzfrequenz, abhängig von der Soll-Dämpfung bestimmt. Die Einspritzfrequenz wird gezielt in dem Dämpfungsbereich gewählt, welcher am nächsten zur Systemeigenfrequenz liegt. Dies kann in dem Kennfeld gezielt bedatet sein.
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Ein Beispiel für die zweite Strategie ist in den 5 bis 7 dargestellt.
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In 5 ist ein zeitlicher Verlauf von Druckpulsationen als Einhüllende mit durchgezogener Linie dargestellt. Ein zeitlicher Verlauf eines Luftmassenstroms m an der Auslasstrecke 110 ist mit gestrichelter Linie dargestellt. Ein zeitlicher Verlauf einer Temperatur T, beispielsweise an der Auslassstrecke 110, ist mit Strich-Punkt-Linie dargestellt.
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In 6 ist ein Campbell-Diagramm für eine Einspritzfrequenz von 150 Hz und eine 3. Harmonische der Einspritzfrequenz bei 450 Hz und einen Verlauf der überlagerten Schwingung dargestellt.
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In 7 ist ein Bode-Diagramm für einen Frequenzverlauf einer Dämpfung durch die Einspritzfrequenz dargestellt, in dem ein Bereich der maximalen Dämpfung bei einer Frequenz mit 450 Hz durch einen Pfeil markiert ist.
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In einer Zusammenschau zeigen die 5 bis 7, dass nach einer Initialzündung ab Sekunde 54 eine maximale Dämpfung durch die dritte Harmonische der Einspritzfrequenz mit 450 Hz eine Synchronisation der überlagerten Schwingung auf eine Frequenz von 450 Hz erfolgt, bei der eine Amplitude der Druckpulsation deutlich reduziert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004051905 A1 [0002]
