DE102022121793A1

DE102022121793A1 - Method for controlling a dual-fuel engine and dual-fuel engine

Info

Publication number: DE102022121793A1
Application number: DE102022121793.0A
Authority: DE
Inventors: Karsten Schleef; Björn Henke; Sebastian Cepelak; Manuel Glauner; Bert Roland Buchholz; Norbert Schmotz; Sebastian Rosenkranz; Martin Theile
Original assignee: Univ Rostock Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Universitaet Rostock Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Current assignee: Univ Rostock Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Universitaet Rostock Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Priority date: 2022-08-29
Filing date: 2022-08-29
Publication date: 2024-02-29
Also published as: WO2024046900A1

Abstract

Verfahren (100) zum Regeln eines Zweistoffmotors (1), der dazu eingerichtet ist, mit einem Primärkraftstoff und mit einem von dem Primärkraftstoff abweichenden Pilotkraftstoff betrieben zu werden, wobei- der Primärkraftstoff mittels eines Primärinjektors (2) und der Pilotkraftstoff mittels eines Pilotinjektors (5) in einen Brennraum (3) eines Zylinder (4) eingebracht wird, wobei- ein Motorbetriebsindex (MBI) ermittelt wird, mit dem sich die Qualität des in dem Brennraum (3) verbrannten Primärkraftstoffes quantifizieren lässt, wobei- der Motorbetriebsindex (MBI) in Abgängigkeit eines Druckverlaufs (p(ϕ)_Zyl) in dem Brennraum (3) des Zylinders (4) ermittelt wird, wobei- wenigstens ein Betriebsparameter des Pilotinjektors (5) in Abhängigkeit des Motorbetriebsindex (MBI) eingestellt wird.Method (100) for controlling a dual-fuel engine (1), which is set up to be operated with a primary fuel and with a pilot fuel different from the primary fuel, the primary fuel being supplied by means of a primary injector (2) and the pilot fuel by means of a pilot injector (5 ) is introduced into a combustion chamber (3) of a cylinder (4), whereby - an engine operating index (MBI) is determined, with which the quality of the primary fuel burned in the combustion chamber (3) can be quantified, whereby - the engine operating index (MBI) in Dependency of a pressure curve (p(ϕ)_Zyl) in the combustion chamber (3) of the cylinder (4) is determined, wherein at least one operating parameter of the pilot injector (5) is set depending on the engine operating index (MBI).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Zweistoffmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie einen Zweistoffmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 13.The present invention relates to a method for controlling a dual-fuel engine with the features of the preamble of claim 1 and a dual-fuel engine with the features of the preamble of claim 13.

Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Zweistoffmotoren bekannt, die auch als Dual Fuel Motoren bezeichnet werden. Zweistoffmotoren sind Verbrennungsmotoren, die mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffen betrieben werden. Hierzu wird ein Primärkraftstoff, beispielsweise in Form eines Brenngases mittels einer geeigneten Dosiereinrichtung, nachfolgend Primärinjektor genannt, zusammen mit Luft in den Brennraum eines Zylinders eingebracht. Das Brenngas-Luft-Gemisch wird anschließend durch die Kolbenbewegung komprimiert. Durch Einbringen eines Pilotkraftstoffs, auch Zündkraftstoff genannt, kann das komprimierte Luft-Brenngasgemisch in dem Zylinder gezündet werden. Als Pilotkraftstoffe kommen Diesel oder andere zündwilligen Kraftstoffe infrage.So-called dual-fuel engines are known from the prior art, which are also referred to as dual fuel engines. Dual-fuel engines are internal combustion engines that run on two different fuels. For this purpose, a primary fuel, for example in the form of a fuel gas, is introduced together with air into the combustion chamber of a cylinder by means of a suitable metering device, hereinafter referred to as a primary injector. The fuel gas-air mixture is then compressed by the piston movement. By introducing a pilot fuel, also called ignition fuel, the compressed air-fuel gas mixture can be ignited in the cylinder. Diesel or other ignitable fuels can be used as pilot fuels.

Im praktischen Betrieb ist jedoch zu berücksichtigen, dass das als Primärkraftstoff verwendete Brenngas Qualitätsschwankungen unterliegen kann. Ursächlich für diese Qualitätsschwankungen sind beispielsweise je nach Förderort unterschiedliche chemische Zusammensetzungen des Brenngases. Dementsprechend kann auch das durch Verflüssigung des Brenngases gebildete „Liquified Natural Gas“ (LNG) Qualitätsschwankungen unterliegen. Qualitätsschwankungen können aber auch durch Alterungsvorgänge in den LNG-Tanks hervorgerufen werden, weil leichtsiedende Bestandteile aufgrund einer äußeren Wärmezufuhr verdampfen und zur Vermeidung eines Überdrucks aus dem Tank abgeleitet werden müssen. Schließlich kann es bei landbasierten Anwendungen durch die lokale Einspeisung von synthetisch erzeugten Brenngasen, beispielsweise von Biogas oder von regenerativ erzeugtem Wasserstoff, zu Schwankungen der im Erdgasnetz verfügbaren Brenngasqualität kommen. Derartige Schwankungen wirken sich auch auf damit betriebene Motoren aus.In practical operation, however, it must be taken into account that the fuel gas used as primary fuel can be subject to quality fluctuations. The reasons for these quality fluctuations are, for example, different chemical compositions of the fuel gas depending on the extraction location. Accordingly, the “Liquefied Natural Gas” (LNG) formed by liquefying the fuel gas can also be subject to quality fluctuations. Fluctuations in quality can also be caused by aging processes in the LNG tanks, because low-boiling components evaporate due to an external supply of heat and have to be drained from the tank to avoid excess pressure. Finally, in land-based applications, the local injection of synthetically produced fuel gases, for example biogas or renewable hydrogen, can lead to fluctuations in the fuel gas quality available in the natural gas network. Such fluctuations also affect engines operated with them.

Um den Qualitätsschwankungen des Brenngases beim Betrieb von Motoren entgegenzuwirken, sind aus dem Stand der Technik beispielsweise Lösungen zur Ermittlung der Brenngasqualität bekannt.In order to counteract the fluctuations in the quality of the fuel gas when operating engines, solutions for determining the quality of the fuel gas are known from the prior art.

So kann beispielsweise die Methanzahl des Brenngases ermittelt werden, die angibt wie stark ein Brenngas zur Ausbildung einer klopfenden Verbrennung neigt. Klopfende Verbrennungszyklen können den Brennraum von Brennkraftmaschinen beschädigen und müssen daher vermieden werden. Aus diesem Grund ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den Betrieb des Motors an die Methanzahl des Brenngases anzupassen bzw. eine Mindestmethanzahl zu definieren, oberhalb derer der Motor unter Maximallast betrieben werden kann. Mit diesen Maßnahmen gehen jedoch die Nachteile einher, dass sich die Maximalleistung des Motors reduziert bzw. sich dessen Wirkungsgrad verschlechtert, wenn das Brenngas nicht bestimmte Qualitätsvorgaben erfüllt.For example, the methane number of the fuel gas can be determined, which indicates the extent to which a fuel gas tends to produce knocking combustion. Knocking combustion cycles can damage the combustion chamber of internal combustion engines and must therefore be avoided. For this reason, it is known from the prior art to adapt the operation of the engine to the methane number of the fuel gas or to define a minimum methane number above which the engine can be operated under maximum load. However, these measures come with the disadvantage that the maximum power of the engine is reduced or its efficiency deteriorates if the fuel gas does not meet certain quality requirements.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Regeln eines Zweistoffmotors anzugeben, mit dem den negativen Auswirkungen einer schwankenden Primärkraftstoffqualität entgegengewirkt werden kann, sowie einen korrespondierenden Zweistoffmotor.It is the object of the present invention to provide a method for controlling a dual-fuel engine, with which the negative effects of fluctuating primary fuel quality can be counteracted, as well as a corresponding dual-fuel engine.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der dazugehörigen Beschreibung zu entnehmen.The task is solved by the features of the independent claims. Further preferred embodiments of the invention can be found in the subclaims, the figures and the associated description.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Regeln eines Zweistoffmotors gelöst, der dazu eingerichtet ist, mit einem Primärkraftstoff und mit einem von dem Primärkraftstoff abweichenden Pilotkraftstoff betrieben zu werden, wobei der Primärkraftstoff mittels eines Primärinjektors und der Pilotkraftstoff mittels eines Pilotinjektors in einen Brennraum eines Zylinders eingebracht wird, wobei ein Motorbetriebsindex ermittelt wird, mit dem sich die Qualität des in dem Brennraum verbrannten Primärkraftstoffes quantifizieren lässt, wobei der Motorbetriebsindex in Abhängigkeit eines Druckverlaufs in dem Brennraum des Zylinders ermittelt wird, wobei wenigstens ein Betriebsparameter des Pilotinjektors in Abhängigkeit des Motorbetriebsindex eingestellt wird.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a method for controlling a dual-fuel engine which is set up to be operated with a primary fuel and with a pilot fuel that deviates from the primary fuel, the primary fuel using a primary injector and the pilot fuel using a pilot injector is introduced into a combustion chamber of a cylinder, an engine operating index being determined with which the quality of the primary fuel burned in the combustion chamber can be quantified, the engine operating index being determined as a function of a pressure curve in the combustion chamber of the cylinder, at least one operating parameter of the pilot injector in Dependence of the engine operating index is set.

Grundsätzlich ist mit der Qualität des Primärkraftstoffs im Sinne dieser Anmeldung die Beschaffenheit des Primärkraftstoffs gemeint. Vorzugsweise ist aber unter der Qualität des Primärkraftstoffs im Sinne dieser Anmeldung das Verbrennungsverhalten des Primärkraftstoffs gemeint; so kann mittels des Motorbetriebsindex das Verbrennungsverhalten quantifiziert werden. Mit anderen Worten: Wird Primärkraftstoff bei sonst identischen Rahmenbedingungen in dem Brennraum des Zylinders verbrannt, dann ändert sich der Motorbetriebsindex, wenn sich die chemische Zusammensetzung des neu eingebrachten Primärkraftstoffs derart ändert, dass dies auch eine Veränderung des Verbrennungsverhaltens in dem Brennraum zur Folge hat.Basically, the quality of the primary fuel in the sense of this application means the nature of the primary fuel. However, the quality of the primary fuel in the sense of this application preferably refers to the combustion behavior of the primary fuel; The combustion behavior can be quantified using the engine operating index. In other words: If primary fuel is burned in the combustion chamber of the cylinder under otherwise identical conditions, then the engine operating index changes if the chemical composition of the newly introduced primary fuel changes in such a way that this also results in a change in the combustion behavior in the combustion chamber.

Die Erfindung hat erkannt, dass der Druckverlauf innerhalb des Brennraums, also der zeitliche Verlauf des Zylinderinnendrucks, in geeigneter Weise Rückschlüsse auf die Qualität des Primärkraftstoffes und damit auf die Qualität der Verbrennung zulässt. Unter einem Druckverlauf ist im Sinne dieser Anmeldung beispielsweise der Druck als Funktion der Zeit oder als Funktion eines Phasenwinkels der Kurbelwelle gegenüber einem drehfesten Referenzpunkt des Zweistoffmotors zu verstehen. Es wird dabei vorzugsweise der Druckverlauf über wenigstens ein Arbeitsspiel, vorzugsweise über wenigstens 2 Arbeitsspiele, weiter vorzugsweise über mehr als 100 Arbeitsspiele, des Zylinders der Bestimmung des Motorbetriebsindex zugrunde gelegt. Auf diese Weise stehen ausreichende Daten zur Verfügung, um gleitende Mittelwerte bilden zu können.The invention has recognized that the pressure curve within the combustion chamber, i.e. the time curve of the pressure inside the cylinder, is more suitable This allows conclusions to be drawn about the quality of the primary fuel and thus the quality of combustion. For the purposes of this application, a pressure curve is understood to mean, for example, the pressure as a function of time or as a function of a phase angle of the crankshaft relative to a rotationally fixed reference point of the dual-fuel engine. The pressure curve over at least one working cycle, preferably over at least 2 working cycles, more preferably over more than 100 working cycles, of the cylinder is preferably used as the basis for determining the engine operating index. In this way, sufficient data is available to create moving averages.

Um die Qualität des Primärkraftstoffes - und damit auch die Qualität der Verbrennung - zu quantifizieren, wird der Motorbetriebsindex gebildet; dieser ist hinreichend genau, um beispielsweise als Regelgröße zur Regelung des Pilotinjektors genutzt zu werden. Auf diese Weise können etwaige Qualitätsunterschiede des bereitgestellten Primärkraftstoffeses durch entsprechende Regelung des Einspritzvorgangs des Pilotkraftstoffs kompensiert werden; der Zweistoffmotor kann mit Primärkraftstoffen unterschiedlicher Qualität betrieben werden. Trotzt einer schwankenden Primärkraftstoffqualität kann der Zweistoffmotor mit einem hohen Wirkungsgrad, emissionsarm und bei hoher Leistungsabgabe betrieben werden. Aufwendige softwareseitige und/oder konstruktive Anpassungen sind nicht erforderlich. Hierdurch kann die Verfügbarkeit des Zweistoffmotors erhöht, die Nutzbarkeit unterschiedlicher Primärkraftstoffe gesteigert und der Anwendernutzen erhöht werden. In order to quantify the quality of the primary fuel - and thus also the quality of combustion - the engine operating index is created; this is sufficiently precise to be used, for example, as a control variable for controlling the pilot injector. In this way, any differences in the quality of the primary fuel provided can be compensated for by appropriately regulating the injection process of the pilot fuel; the dual-fuel engine can be operated with primary fuels of different quality. Despite fluctuating primary fuel quality, the dual-fuel engine can be operated with high efficiency, low emissions and high power output. Complex software and/or design adjustments are not necessary. This can increase the availability of the dual-fuel engine, increase the usability of different primary fuels and increase user benefits.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Primärkraftstoff um ein Brenngas, beispielsweise um Erdgas oder um einen anderen niedrigsiedenden, flüssigen Kraftstoff mit geringer Zündwilligkeit.The primary fuel is preferably a fuel gas, for example natural gas or another low-boiling liquid fuel with low ignitability.

Bei dem Pilotkraftstoff handelt es sich vorzugsweise um einen Flüssigkraftstoff mit einer hohen Zündwilligkeit, beispielsweise um Diesel.The pilot fuel is preferably a liquid fuel with a high ignitability, for example diesel.

Sofern ein Zweistoffmotor mehrere Zylinder aufweist, wird das vorgeschlagene Verfahren vorzugsweise für jeden Zylinder separat durchgeführt.If a dual-fuel engine has several cylinders, the proposed method is preferably carried out separately for each cylinder.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Motorbetriebsindex um eine Kennzahl. Die Kennzahl kann dimensionslos sein oder eine Maßeinheit aufweisen. Die Verwendung einer Kennzahl bietet den Vorteil, dass der Motorbetriebsindex ohne Weiteres als Regelgröße verwendet werden kann. Diese kann dann mit einer Führungsgröße verglichen werden, um eine Regelabweichung zu bestimmen.Preferably, the engine operating index is a key figure. The key figure can be dimensionless or have a unit of measurement. The use of a key figure offers the advantage that the engine operating index can easily be used as a controlled variable. This can then be compared with a reference variable to determine a control deviation.

Es wird weiter vorgeschlagen, dass mittels eines thermodynamischen Modells wenigstens ein thermodynamischer Parameter des Verbrennungsvorgangs in dem Brennraum des Zylinders ermittelt wird, wobei dem thermodynamischen Modell der Druck und/oder der Druckverlauf in dem Brennraum als Eingangsgröße bereitgestellt wird. Unter einem thermodynamischen Modell ist im Sinne dieser Anmeldung ein Modell zu verstehen, das dazu geeignet ist, thermodynamische Vorgänge abzubilden, um so thermodynamische Parameter zu berechnen. Vorzugsweise werden mittels des thermodynamischen Modells die thermodynamischen Parameter in Abhängigkeit des Druckverlaufs in dem Brennraum des Zylinders ermittelt. Es handelt sich dabei beispielsweise um ein thermodynamisches Modell des Zylinders, dem als variabler Eingangsparameter beispielsweise ausschließlich der Druck oder der Druckverlauf im Brennraum des Zylinders bereitgestellt wird. Es kann aber erforderlich sein, dass neben dem Druck oder dem Druckverlauf im Brennraum des Zylinders dem thermodynamischen Modell noch weitere Parameter bereitgestellt werden, beispielsweise die Ladelufttemperatur und/oder der Ladeluftdruck. Es hat sich gezeigt, dass mittels eines thermodynamischen Modells, in Abhängigkeit des Drucks und/oder des Druckverlaufs im Brennraum des Zylinders eine ausreichende Anzahl an thermodynamischen Parametern mit einer hinreichenden Genauigkeit berechnet werden können, so dass diese die Grundlage für die Regelung bestimmter Betriebsparameter des Zweistoffmotors bilden können. Das thermodynamische Modell ermittelt die thermodynamischen Parameter in Abhängigkeit eines Druckverlaufs. Sofern dem thermodynamischen Modell in Echtzeit in bestimmten Intervallen einzelne Druckwerte, also kein Druckverlauf, bereitgestellt wird, ist das thermodynamische Modell in der Lage, aus den zeitlich nacheinander bereitgestellten Druckwerten einen Druckverlauf zu bilden. Hierzu kann dem thermodynamischen Modell als Eingangsgröße beispielsweise noch der dem Druckwert zugehörige Phasenwinkel der Kurbelwelle übermittelt werden. Alternativ kann dem thermodynamischen Modell aber auch direkt ein Druckverlauf bereitgestellt werden.It is further proposed that at least one thermodynamic parameter of the combustion process in the combustion chamber of the cylinder is determined by means of a thermodynamic model, the pressure and/or the pressure curve in the combustion chamber being provided to the thermodynamic model as an input variable. For the purposes of this application, a thermodynamic model is to be understood as a model that is suitable for depicting thermodynamic processes in order to calculate thermodynamic parameters. Preferably, the thermodynamic parameters are determined by means of the thermodynamic model depending on the pressure curve in the combustion chamber of the cylinder. This is, for example, a thermodynamic model of the cylinder, to which only the pressure or the pressure curve in the combustion chamber of the cylinder is provided as a variable input parameter. However, it may be necessary for the thermodynamic model to be provided with further parameters in addition to the pressure or the pressure curve in the combustion chamber of the cylinder, for example the charge air temperature and/or the charge air pressure. It has been shown that by means of a thermodynamic model, depending on the pressure and/or the pressure curve in the combustion chamber of the cylinder, a sufficient number of thermodynamic parameters can be calculated with sufficient accuracy, so that these form the basis for the regulation of certain operating parameters of the dual-fuel engine can form. The thermodynamic model determines the thermodynamic parameters depending on a pressure curve. If individual pressure values, i.e. no pressure curve, are provided to the thermodynamic model in real time at certain intervals, the thermodynamic model is able to form a pressure curve from the pressure values provided one after the other. For this purpose, the phase angle of the crankshaft associated with the pressure value can be transmitted to the thermodynamic model as an input variable. Alternatively, a pressure curve can also be provided directly to the thermodynamic model.

Es wird weiter vorgeschlagen, dass mittels des thermodynamischen Modells einer oder mehrere der folgenden thermodynamischen Parameter ermittelt wird oder werden: ein Klopfindex; eine Klopfhäufigkeit; eine Aussetzerkennung; eine Aussetzerhäufigkeit; ein Ringingindex; eine Ringinghäufigkeit; ein Mitteldruck im Brennraum des Zylinders; ein Variationskoeffizient eines Mitteldruckes im Brennraum des Zylinders; ein Spitzendruck im Brennraum des Zylinders; ein Variationskoeffizient eines Spitzendruckes im Brennraum des Zylinders; ein Brennbeginn; ein Brennende; und/oder eine Schwerpunktlage der Verbrennung.It is further proposed that one or more of the following thermodynamic parameters is or are determined by means of the thermodynamic model: a knock index; a knocking frequency; a misfire detection; a frequency of dropouts; a ringing index; a ringing frequency; an intermediate pressure in the combustion chamber of the cylinder; a coefficient of variation of a mean pressure in the combustion chamber of the cylinder; a peak pressure in the combustion chamber of the cylinder; a coefficient of variation of a peak pressure in the combustion chamber of the cylinder; a start of burning; a burning one; and/or a focal point of combustion.

Es hat sich gezeigt, dass diese thermodynamischen Parameter mittels des thermodynamischen Modells aus dem Druckverlauf im Brennraum des Zylinders abgeleitet werden können. Weiterhin sind diese thermodynamischen Parameter besonders geeignet, um den Verbrennungsvorgang und die Qualität des verwendeten Primärkraftstoffes zu beschreiben.It has been shown that these thermodynamic parameters can be derived from the pressure curve in the combustion chamber of the cylinder using the thermodynamic model. Furthermore, these thermodynamic parameters are particularly suitable for describing the combustion process and the quality of the primary fuel used.

Nachfolgend werden einige der thermodynamischen Parameter detaillierter erläutert:

Mit dem Klopfindex kann die Intensität bestimmter unerwünschter Druckwellen im Brennraum des Zylinders beschrieben werden. Unter bestimmten Bedingungen kann es bei der Verbrennung im Brennraum zu einer Selbstzündung getrennt von der beabsichtigten Hauptzündung kommen. Solche Selbstzündungen sind unerwünscht, da sie Druckwellen erzeugen, die wiederum zu einer unnötigen Beanspruchung des Zylinders führen. Mittels des Klopfindex kann die Intensität dieser Druckwellen quantifiziert werden. Der Klopfindex wird auch als Klopfintensität bezeichnet.

Some of the thermodynamic parameters are explained in more detail below:

The knock index can be used to describe the intensity of certain undesirable pressure waves in the combustion chamber of the cylinder. Under certain conditions, self-ignition may occur during combustion in the combustion chamber, separate from the intended main ignition. Such self-ignitions are undesirable because they generate pressure waves, which in turn lead to unnecessary stress on the cylinder. The intensity of these pressure waves can be quantified using the knock index. The knock index is also called the knock intensity.

Unter einer Klopfhäufigkeit ist ein prozentualer Wert oder Anteil zu verstehen, der beschreibt, bei wie vielen Arbeitszyklen es in dem Brennraum zu einer klopfenden Verbrennung kommt bzw. gekommen ist. Zur Bildung dieses Wertes kann eine vordefinierte Anzahl an zurückliegender Arbeitszyklen betrachtet werden.A knocking frequency is a percentage value or proportion that describes the number of work cycles during which knocking combustion occurs or has occurred in the combustion chamber. To create this value, a predefined number of previous work cycles can be considered.

Unter einer Aussetzerkennung ist zu verstehen, dass diejenigen Arbeitstakte eines Zylinders identifiziert werden können, bei denen es nicht zu einer Verbrennung kommt oder es zu einer unvollständigen oder extrem verschleppten Verbrennung kommt.Misfire detection means that those work cycles of a cylinder can be identified in which combustion does not occur or incomplete or extremely delayed combustion occurs.

Unter einer Aussetzerhäufigkeit ist ein prozentualer Wert oder Anteil an Arbeitszyklen zu verstehen, bei denen es in dem Brennraum nicht zu einer Verbrennung kommt bzw. gekommen ist oder zu einer unvollständigen oder extrem verschleppten Verbrennung kommt bzw. gekommen ist. Zur Bildung dieses Wertes kann eine vordefinierte Anzahl an zurückliegender Verbrennungszyklen betrachtet werden.A misfire frequency is to be understood as a percentage value or proportion of work cycles in which no combustion occurs or has occurred in the combustion chamber or incomplete or extremely delayed combustion occurs or has occurred. To create this value, a predefined number of previous combustion cycles can be considered.

Mittels des Ringingindex kann die Intensität des sogenannten Ringings beschrieben werden. Es handelt sich beim Ringing um eine Anomalie, die es wie das Klopfen ebenfalls zu vermeiden gilt. Der Effekt des Ringings kennzeichnet sich durch unerwünschte Druckschwingungen im Zylinder, die jedoch eine andere Ursache haben als das Klopfen.The ringing index can be used to describe the intensity of the so-called ringing. Ringing is an anomaly that, like knocking, should also be avoided. The ringing effect is characterized by undesirable pressure oscillations in the cylinder, which, however, have a cause other than knocking.

Unter einer Ringinghäufigkeit ist ein prozentualer Wert oder Anteil an Arbeitszyklen zu verstehen, bei denen es in dem Brennraum zum Auftreten von Ringing kommt bzw. gekommen ist. Zur Bildung dieses Wertes kann eine vordefinierte Anzahl an zurückliegender Verbrennungszyklen betrachtet werden.Ringing frequency is understood to mean a percentage value or proportion of work cycles in which ringing occurs or has occurred in the combustion chamber. To create this value, a predefined number of previous combustion cycles can be considered.

Der Brennbeginn, das Brennende und/oder der Schwerpunkt der Verbrennung werden vorzugsweise in Bezug auf die Winkelstellung der Kurbelwelle ermittelt, also in Bezug auf den Phasenwinkel der Kurbelwelle bezüglich eines drehfesten Referenzpunktes.The start of combustion, the end of combustion and/or the center of gravity of the combustion are preferably determined in relation to the angular position of the crankshaft, i.e. in relation to the phase angle of the crankshaft with respect to a rotationally fixed reference point.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, den Druckverlauf in dem Brennraum des Zylinders zeitlich hochaufgelöst zu ermitteln; dies wird auch Zylinderdruckindizierung genannt. Der so zeitlich hochaufgelöst ermittelte Druckverlauf wird dem thermodynamischen Modell bereitgestellt. Unter einem zeitlich hochaufgelösten Druckverlauf ist im Sinne dieser Anmeldung zu verstehen, dass die Messwerte mit einer Auflösung von vorzugsweise wenigstens einem Messwert pro Verdrehung der Kurbelwelle um 5° ermittelt werden, weiter vorzugsweise wenigstens mit einem Messwert pro Verdrehung der Kurbelwelle um 2° und insbesondere vorzugsweise mit wenigstens einen Messwert pro Verdrehung der Kurbelwelle um 1°. Der zeitlich hochaufgelöste Druckverlauf erlaubt eine verbesserte Berechnung der thermodynamischen Parameter mittels des thermodynamischen Modells.It has also proven to be advantageous to determine the pressure curve in the combustion chamber of the cylinder with a high temporal resolution; this is also called cylinder pressure indexing. The pressure curve determined in this way with a high temporal resolution is provided to the thermodynamic model. For the purposes of this application, a high-time-resolution pressure curve is to be understood as meaning that the measured values are determined with a resolution of preferably at least one measured value per rotation of the crankshaft by 5°, more preferably at least one measured value per rotation of the crankshaft by 2° and particularly preferably with at least one measured value per rotation of the crankshaft by 1°. The time-resolved pressure curve allows an improved calculation of the thermodynamic parameters using the thermodynamic model.

Bevorzugt wird der Motorbetriebsindex basierend auf einem oder mehreren der mittels des thermodynamischen Modells ermittelten thermodynamischen Parameter gebildet. Da die thermodynamischen Parameter in dem thermodynamischen Modell auf Basis des Druckverlaufs ermittelt werden, wird bei dieser Ausführungsform der Motorbetriebsindex ebenfalls in Abhängigkeit des Druckverlaufs ermittelt. Die Ermittlung des Motorbetriebsindex kann in Form einer „Online-Datenauswertung“, also in Echtzeit erfolgen. Es können beispielsweise alle durch das thermodynamische Modell ermittelte thermodynamischen Parameter oder beispielsweise nur eine Teilmenge davon zur Ermittlung des Motorbetriebsindex herangezogen werden. Vorzugsweise werden wenigstens der Klopfindex, der Brennbeginn, das Brennende, der erreichte Mitteldruck und der Variationskoeffizient des Mitteldrucks als Maß für die Laufruhe zum Bilden des Motorbetriebsindex verwendet. Selbstverständlich kann die Ermittlung des Motorbetriebsindex auch unter Heranziehung weiterer thermodynamischer Parameter ermittelt werden. Die ausgewählten thermodynamischen Parameter werden vorzugsweise in eine Berechnungsformel eingesetzt, mittels derer der Motorbetriebsindex in Form einer Kennzahl gebildet wird. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, einen Motorbetriebsindex als Vektor oder Matrix zu erzeugen, um beispielsweise bestimmte thermodynamische Parameter und/oder Zwischenergebnisse separat zu speichern.The engine operating index is preferably formed based on one or more of the thermodynamic parameters determined using the thermodynamic model. Since the thermodynamic parameters in the thermodynamic model are determined on the basis of the pressure curve, in this embodiment the engine operating index is also determined as a function of the pressure curve. The engine operating index can be determined in the form of an “online data evaluation”, i.e. in real time. For example, all thermodynamic parameters determined by the thermodynamic model or, for example, only a subset of them can be used to determine the engine operating index. Preferably, at least the knock index, the start of combustion, the end of combustion, the mean pressure reached and the coefficient of variation of the mean pressure are used as a measure of smooth running to form the engine operating index. Of course, the determination of the engine operating index can also be determined using other thermodynamic parameters. The selected thermodynamic parameters are preferably used in a calculation formula by means of which the engine operating index is formed in the form of a key figure. In principle, it is also possible to generate an engine operating index as a vector or matrix, for example wise to save specific thermodynamic parameters and/or intermediate results separately.

Vorzugsweise wird der Motorbetriebsindex mittels eines Motorbetriebsindexrechners ermittelt, der Bestandteil eines Motorsteuergeräts ist, beispielsweise in Form eines separaten Programmcodes. Ferner ist vorzugsweise auch das thermodynamische Modell Bestandteil eines Motorsteuergeräts; es kann ebenfalls durch einen separaten Programmcode gebildet sein.The engine operating index is preferably determined by means of an engine operating index calculator, which is part of an engine control unit, for example in the form of a separate program code. Furthermore, the thermodynamic model is preferably also part of an engine control unit; it can also be formed by a separate program code.

Vorzugsweise wird der Motorbetriebsindex derart gebildet, dass sich damit die Klopffestigkeit und/oder der Heizwert des Primärkraftstoff in dem Brennraum des Zylinders quantifizieren lässt und/oder sich damit ein Trend der Qualität des Primärkraftstoffes, beispielsweise ein Trend der Brenngasqualität, ermitteln lässt. Die Klopffestigkeit und/oder der Heizwert sind damit Kriterien zur Beschreibung der Qualität des Primärkraftstoffes. Wenn sich aus dem Motorbetriebsindex ein Trend der Qualität des Primärkraftstoffes ermitteln lässt, dann genügt es in der Praxis bereits, dass sich daraus ein qualitativer Trend der Qualität des Primärkraftstoffes ableiten lässt. Unter einem qualitativen Trend der Qualität des Primärkraftstoffes sind beispielsweise nicht mehr als 10 Trendstufen gemeint, so beispielsweise die folgenden fünf Trendstufen: gleichbleibende Qualität des Primärkraftstoffes, leicht sinkende Qualität des Primärkraftstoffes, stark sinkende Qualität des Primärkraftstoffes, leicht steigende Qualität des Primärkraftstoffes, stark steigende Qualität des Primärkraftstoffes; es sind natürlich weitere Zwischenstufen denkbar. Die Erfindung hat erkannt, dass für die Steuerung des Pilotinjektors zwei Trends des in den Brennraum eingebrachten Primärkraftstoffes entscheidend sind. Ein erster Trend in Richtung eines klopffreudigen und hochkalorischen Primärkraftstoffes, d.h. Primärkraftstoff mit hohem Heizwert. Und ein zweiter Trend in Richtung eines weniger klopffreudigen und schwachkalorischen Primärkraftstoffes, d.h. ein Primärkraftstoff mit geringem Heizwert. Durch die Erkennung dieser Qualitäts-Trends und die Eigenschaft des Motorbetriebsindex diese Trends quantitativ abzubilden, kann der Pilotinjektor vorteilhaft gesteuert werden.Preferably, the engine operating index is formed in such a way that the knock resistance and/or the calorific value of the primary fuel in the combustion chamber of the cylinder can be quantified and/or a trend in the quality of the primary fuel, for example a trend in the quality of the fuel gas, can be determined. The knock resistance and/or the calorific value are therefore criteria for describing the quality of the primary fuel. If a trend in the quality of the primary fuel can be determined from the engine operating index, then in practice it is sufficient that a qualitative trend in the quality of the primary fuel can be derived from this. A qualitative trend in the quality of the primary fuel means, for example, no more than 10 trend levels, for example the following five trend levels: constant quality of the primary fuel, slightly decreasing quality of the primary fuel, sharply decreasing quality of the primary fuel, slightly increasing quality of the primary fuel, sharply increasing quality the primary fuel; Of course, further intermediate stages are conceivable. The invention has recognized that two trends in the primary fuel introduced into the combustion chamber are crucial for controlling the pilot injector. A first trend towards a low-knock and high-calorie primary fuel, i.e. primary fuel with a high calorific value. And a second trend towards a less knocking and low-calorie primary fuel, i.e. a primary fuel with a low calorific value. By recognizing these quality trends and the ability of the engine operating index to map these trends quantitatively, the pilot injector can be controlled advantageously.

Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Motorbetriebsindex einem Pilotregler als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt wird, wobei der Pilotregler in Abhängigkeit des Motorbetriebsindex wenigstens einen Betriebsparameters des Pilotinjektors einstellt. So kann der Motorbetriebsindex als Regelgröße für den Pilotregler genutzt werden. Vorzugsweise ist der Pilotregler Bestandteil einer Motorsteuergeräts, beispielsweise in Form eines separaten Programmcodes. Der Betriebsparameter des Pilotinjektors, beispielsweise eine Pilotkraftstoffmenge, wird vorzugsweise mittels einer Steuergröße eingestellt. Die Steuergröße kann beispielsweise eine Ansteuerdauer des Pilotinjektors sein.It is further proposed that the engine operating index is made available to a pilot controller as an input variable, with the pilot controller setting at least one operating parameter of the pilot injector depending on the engine operating index. The engine operating index can be used as a controlled variable for the pilot controller. The pilot controller is preferably part of an engine control unit, for example in the form of a separate program code. The operating parameter of the pilot injector, for example a pilot fuel quantity, is preferably set using a control variable. The control variable can be, for example, a control period of the pilot injector.

Der Motorbetriebsindex wird vorzugsweise fortlaufend, also in Echtzeit gebildet. So kann im Falle einer Abweichung des Motorbetriebsindex von einem Sollwert eine sich verändernde Primärkraftstoffqualität, welche sich als eine äußere Störung des Verbrennungsprozesses auswirkt, festgestellt und ausgeregelt werden.The engine operating index is preferably formed continuously, i.e. in real time. In the event of a deviation of the engine operating index from a target value, a changing primary fuel quality, which acts as an external disturbance to the combustion process, can be detected and corrected.

Vorzugsweise stellt der Pilotregler wenigstens einen Betriebsparameter des Pilotinjektors in Abhängigkeit der zeitlichen Entwicklung des Motorbetriebsindex in der Vergangenheit ein. Hierdurch können die vorangehend beschriebenen Trends des Primärkraftstoffes bei der Regelung berücksichtigt werden.Preferably, the pilot controller sets at least one operating parameter of the pilot injector depending on the development of the engine operating index over time in the past. This means that the trends in the primary fuel described above can be taken into account in the control.

Vorzugsweise wird oder werden basierend auf dem Motorbetriebsindex wenigstens einer oder mehrere der folgenden Betriebsparameter des Pilotinjektors eingestellt: eine Pilotkraftstoffmenge und/oder ein Pilotkraftstoffdruck und/oder eine Anzahl an Piloteinspritzungen.Preferably, based on the engine operating index, at least one or more of the following operating parameters of the pilot injector is or are adjusted: a pilot fuel quantity and/or a pilot fuel pressure and/or a number of pilot injections.

Unter der Pilotkraftstoffmenge ist die Menge an Pilotkraftstoff zu verstehen, die während eines Arbeitsspiels in den Brennraum des Zylinders eingebracht wird. Die Pilotkraftstoffmenge kann beispielsweise durch eine Ansteuerdauer eingestellt werden, also die Dauer der Einbringung des Pilotkraftstoffs ausgehend von dem Ansteuerbeginn an gerechnet. Durch die Pilotkraftstoffmenge wird die Zündenergie festgelegt.The pilot fuel quantity is to be understood as the quantity of pilot fuel that is introduced into the combustion chamber of the cylinder during a working cycle. The pilot fuel quantity can be set, for example, by a control period, i.e. the duration of the introduction of the pilot fuel is calculated starting from the start of the control. The ignition energy is determined by the pilot fuel quantity.

Bei dem Pilotkraftstoffdruck handelt es sich um den Druck, mit dem der Pilotkraftstoff durch den Pilotinjektor in den Brennraum eingebracht wird. Zum Einstellen dieses Druckes umfasst der Pilotinjektor beispielsweise ein Druckregelventil, das dazu eingerichtet ist, beispielsweise von dem Pilotregler gesteuert zu werden kann, um einen bestimmten Leitungsdruck, auch Raildruck genannt, für das Einbringen des Pilotkraftstoffs in den Brennraum nutzbar zu machen. Der Pilotinjektor kann beispielsweise auch eine Pumpe zum Bereitstellen des erforderlichen Drucks umfassen; die Pumpe kann beispielsweise ebenfalls vom Pilotregler gesteuert werden.The pilot fuel pressure is the pressure at which the pilot fuel is introduced into the combustion chamber by the pilot injector. To adjust this pressure, the pilot injector includes, for example, a pressure control valve, which is set up to be controlled, for example, by the pilot regulator in order to make a certain line pressure, also called rail pressure, usable for introducing the pilot fuel into the combustion chamber. The pilot injector can also include, for example, a pump for providing the required pressure; For example, the pump can also be controlled by the pilot controller.

Unter einer Anzahl an Piloteinspritzungen ist im Sinne dieser Anmeldung die Anzahl der Einspritzungen gemeint, die aufeinander folgen, um eine bestimmte Pilotkraftstoffmenge innerhalb eines Arbeitsspieles in den Brennraum einzubringen. Es handelt sich also um die Anzahl der Piloteinspritzungen pro Arbeitsspiel. Auf diese Weise kann die zuvor auf Basis des Motorbetriebsindex ermittelte Pilotkraftstoffmenge auf eine einzige Piloteinspritzung oder mehrere Piloteinspritzungen innerhalb eines Arbeitsspiels verteilt werden. Vorzugsweise handelt es sich um 1, 2 oder 3 Piloteinspritzungen pro Arbeitsspiel. Die Pilotkraftstoffmenge kann gleichmäßig, aber auch ungleichmäßig auf die Piloteinspritzungen innerhalb eines Arbeitsspiels verteilt werden.For the purposes of this application, a number of pilot injections means the number of injections that follow one another in order to introduce a specific amount of pilot fuel into the combustion chamber within a working cycle. This is the number of pilot injections per work cycle. In this way, the pilot fuel quantity previously determined based on the engine operating index can be applied to a single pilot injection or multiple pilot injections within one work game are distributed. Preferably there are 1, 2 or 3 pilot injections per working cycle. The pilot fuel quantity can be distributed evenly, but also unevenly, among the pilot injections within a work cycle.

Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass durch das Einstellen dieser Betriebsparameter des Pilotinjektors, eine schwankende Qualität des Primärkraftstoffes kompensiert werden kann. Durch die gezielte Beeinflussung dieser Betriebsparameter kann ein Zweistoffmotor ohne eine Überschreitung zulässiger Klopfwerte mit einer Vielzahl möglicher Primärkraftstoffe, insbesondere Brenngase, betrieben werden. Die Sicherstellung einer gleichbleibenden Primärkraftstoffqualität ist nicht erforderlich.Tests have shown that by adjusting these operating parameters of the pilot injector, fluctuating quality of the primary fuel can be compensated for. By specifically influencing these operating parameters, a dual-fuel engine can be operated with a large number of possible primary fuels, in particular fuel gases, without exceeding permissible knock values. Ensuring consistent primary fuel quality is not necessary.

Vorzugsweise wird mittels des thermodynamischen Modells auch die Schwerpunktlage der Verbrennung in dem Zylinder ermittelt, und diese dann einem Schwerpunktlageregler als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt, wobei der Schwerpunktlageregler in Abhängigkeit der aktuellen Schwerpunktlage der Verbrennung einen Ansteuerbeginn des Pilotinjektors festlegt. Der Ansteuerbeginn bestimmt den Beginn des Einbringens des Pilotkraftstoffes innerhalb eines Arbeitsspiels. Unter dem Arbeitsspiel versteht man einen Umlauf eines thermodynamischen Kreisprozesses des entsprechenden Zylinders. Der Ansteuerbeginn kann beispielsweise durch einen bestimmten Verdrehwinkel der Kurbelwelle gegenüber einem drehfesten Referenzpunkt gekennzeichnet sein. Somit werden zwei getrennte Regelkreise genutzt, um die Betriebsparameter des Pilotinjektors einzustellen. Ein erster Regelkreis nutzt als Regelgröße den Motorbetriebsindex, um die Pilotkraftstoffmenge und/oder den Pilotkraftstoffdruck einzustellen. Ein zweiter Regelkreis nutzt als Regelgröße die Schwerpunktlage der Verbrennung, um den Ansteuerbeginn einzustellen. Durch diese getrennten Regelkreise kann eine optimale Regelung des Pilotinjektors und damit des Einbringvorgangs des Pilotkraftstoffs erreicht werden. So wird eine optimale Verbrennung im Brennraum sichergestellt. Es versteht sich von selbst, dass die durch den ersten Regelkreis eingestellte Pilotkraftstoffmenge und/oder Pilotkraftstoffdruck den zweiten Regelkreis indirekt beeinflussen, weil die Veränderung dieser Betriebsparameter die Schwerpunktlage der Verbrennung beeinflussen.Preferably, the center of gravity position of the combustion in the cylinder is also determined by means of the thermodynamic model, and this is then made available to a center of gravity position controller as an input variable, the center of gravity position controller determining a start of activation of the pilot injector depending on the current center of gravity position of the combustion. The start of control determines the start of introducing the pilot fuel within a work cycle. The working cycle is one revolution of a thermodynamic cycle of the corresponding cylinder. The start of control can be characterized, for example, by a specific angle of rotation of the crankshaft relative to a rotationally fixed reference point. This means that two separate control loops are used to set the operating parameters of the pilot injector. A first control loop uses the engine operating index as a controlled variable to adjust the pilot fuel quantity and/or the pilot fuel pressure. A second control loop uses the center of gravity of combustion as a control variable to set the start of activation. Through these separate control loops, optimal control of the pilot injector and thus the introduction process of the pilot fuel can be achieved. This ensures optimal combustion in the combustion chamber. It goes without saying that the pilot fuel quantity and/or pilot fuel pressure set by the first control loop indirectly influence the second control loop because the change in these operating parameters influence the center of gravity of the combustion.

Vorzugsweise ist auch der Schwerpunktlageregler Bestandteil des Motorsteuergerätes, beispielsweise in Form eines separaten Programmcodes.The center of gravity position controller is preferably also part of the engine control unit, for example in the form of a separate program code.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn mittels des thermodynamischen Modells wenigstens eine Regelgröße ermittelt wird, die einer Primärregeleinrichtung als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt wird, wobei die Primärregeleinrichtung zum Regeln von wenigstens einem Betriebsparameter des Primärinjektors eingerichtet ist. Vorzugsweise wird mittels des thermodynamischen Modells der indizierte mittlere Druck im Brennraum, im Englischen als „Indicated Mean Effective Pressure“ bezeichnet, ermittelt, der dann als Regelgröße verwendet und dementsprechend mit einem Sollwert verglichen wird. Weiter vorzugsweise wird der indizierte mittlere Druck der Primärregeleinrichtung zur Verfügung gestellt, die dann den Primärinjektor derart steuert, dass in Abhängigkeit des aktuell vorherrschenden indizierten mittleren Drucks eine bestimmte Menge an Primärkraftstoff für das aktuelle Arbeitsspiel in den Brennraum eingebracht wird. Der Ansteuerbeginn des Primärkraftstoffinjektors wird beispielsweise durch einen Festwert festgelegt, der je nach Leistungsabruf des Zweistoffmotors variieren kann; dieser Festwert muss nicht geregelt werden.It is further preferred if at least one controlled variable is determined using the thermodynamic model, which is made available to a primary control device as an input variable, the primary control device being set up to control at least one operating parameter of the primary injector. Preferably, the indicated mean pressure in the combustion chamber, known in English as “Indicated Mean Effective Pressure”, is determined using the thermodynamic model, which is then used as a controlled variable and accordingly compared with a target value. Further preferably, the indicated mean pressure is made available to the primary control device, which then controls the primary injector in such a way that, depending on the currently prevailing indicated mean pressure, a certain amount of primary fuel is introduced into the combustion chamber for the current working cycle. The start of activation of the primary fuel injector is determined, for example, by a fixed value that can vary depending on the power demand of the dual-fuel engine; this fixed value does not need to be regulated.

Gemäß einem zweiten Aspekt dieser Anmeldung wird zur Lösung der Aufgabe ein Zweistoffmotor vorgeschlagen, der dazu eingerichtet ist, mit einem Primärkraftstoff und mit einem von dem Primärkraftstoff abweichenden Pilotkraftstoff betrieben zu werden, umfassend einen Primärinjektor, welcher zum Einbringen des Primärkraftstoffs in einen Brennraum eines Zylinders eingerichtet ist, und einen Pilotinjektor, welcher zum Einbringen von Pilotkraftstoff in den Brennraum des Zylinders eingerichtet ist, wobei eine Messeinrichtung vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, den Druck in dem Brennraum des Zylinders zu messen, wobei ein Motorsteuergerät vorgesehen ist, welches dazu eingerichtet ist, einen Motorbetriebsindex zu ermitteln, mit dem sich die Qualität des in dem Brennraum verbrannten Primärkraftstoffes quantifizieren lässt, wobei das Motorsteuergerät dazu eingerichtet ist, den Motorbetriebsindex in Abhängigkeit des Druckverlaufs in dem Brennraum des Zylinders zu ermitteln, und basierend auf dem so ermittelten Motorbetriebsindex wenigstens einen Betriebsparameter des Pilotinjektors einzustellen. Vorzugsweise ist der Zweistoffmotor dazu eingerichtet ist, das vorangehend beschriebene Verfahren gemäß dem ersten Aspekt dieser Anmeldung durchzuführen. Weiter vorzugsweise ist das Motorsteuergerät dazu eingerichtet, den Zweistoffmotor derart zu betreiben, dass die Verfahrensschritte des vorangehend beschriebenen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt dieser Anmeldung durchgeführt werden. Bezüglich der mit dem Zweistoffmotor gemäß dem zweiten Aspekt dieser Anmeldung verbundenen technischen Wirkungen und Vorteile wird auf die vorangehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt dieser Anmeldung verwiesen.According to a second aspect of this application, a dual-fuel engine is proposed to solve the problem, which is set up to be operated with a primary fuel and with a pilot fuel different from the primary fuel, comprising a primary injector, which is set up to introduce the primary fuel into a combustion chamber of a cylinder is, and a pilot injector, which is set up to introduce pilot fuel into the combustion chamber of the cylinder, a measuring device being provided which is set up to measure the pressure in the combustion chamber of the cylinder, an engine control unit being provided which is set up for this purpose , to determine an engine operating index with which the quality of the primary fuel burned in the combustion chamber can be quantified, the engine control unit being set up to determine the engine operating index as a function of the pressure curve in the combustion chamber of the cylinder, and based on the engine operating index thus determined at least one Set operating parameters of the pilot injector. Preferably, the dual-fuel engine is set up to carry out the method described above according to the first aspect of this application. Further preferably, the engine control unit is set up to operate the dual-fuel engine in such a way that the method steps of the method described above are carried out according to the first aspect of this application. With regard to the technical effects and advantages associated with the dual-fuel engine according to the second aspect of this application, reference is made to the previous statements in connection with the method according to the first aspect of this application.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Zweistoffmotors;
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Regeln eines Zweistoffmotors;
3 eine schematische Darstellung eines Regelkreises bei der die Pilotkraftstoffmenge als Stellgröße verwendet wird; und
4 eine schematische Darstellung eines Programmablaufs in einem Pilotkraftstoffregler.

The invention is explained below using preferred embodiments with reference to the attached figures. This shows

1 a schematic representation of a dual-fuel engine;
2 a schematic representation of a method for controlling a dual-fuel engine;
3 a schematic representation of a control loop in which the pilot fuel quantity is used as a manipulated variable; and
4 a schematic representation of a program flow in a pilot fuel controller.

1 zeige eine schematische Darstellung eines Zweistoffmotors 1 in Form einer Brennkraftmaschine umfassend einen Zylinder 4 und ein Motorsteuergerät 7. Bei dem Zweistoffmotor 1 handelt es sich um einen Schiffsmotor. Grundsätzlich kann die vorgeschlagene Lösung aber auch bei landbasierten Kraftwerksmotoren, Baumaschinen, schweren Arbeitsmaschinen, sogenannten Heavy-Duty Motoren, mobil betriebene LKW-Motoren oder Industriemotoren zum Einsatz kommen. Die nachfolgend erläuterte Funktionsweise ist ohne Weiteres auch auf Zweistoffmotoren 1 mit mehr als einem Zylinder 4 übertragbar. 1 show a schematic representation of a dual-fuel engine 1 in the form of an internal combustion engine comprising a cylinder 4 and an engine control unit 7. The dual-fuel engine 1 is a ship's engine. In principle, the proposed solution can also be used in land-based power plant engines, construction machines, heavy work machines, so-called heavy-duty engines, mobile truck engines or industrial engines. The functionality explained below can also be easily transferred to dual-fuel engines 1 with more than one cylinder 4.

Ferner ist eine Kurbelwelle 30 und ein Kolben 29 des Zylinders 4 dargestellt, der je nach Stellung ein Volumen eines Brennraums 3 des Zylinders 4 vergrößert oder verkleinert. Weiterhin ist ein Primärinjektor 2 vorgesehen, mit dem ein Primärkraftstoff in Form eines Brenngases wie in 1 dargestellt direkt in den Brennraum 3 eingebracht werden kann. Alternativ ist es aber auch möglich, dass mittels des Primärinjektors das Brenngas in einen Ladeluftkanal vor dem Brennraum 3 des Zylinders 4 eingebracht wird. Weiterhin ist ein Pilotinjektor 5 vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, einen Pilotkraftstoff in den Brennraum 3 einzubringen. Bei der hier dargestellten Ausführungsform wird Diesel als Pilotkraftstoff verwendet.Furthermore, a crankshaft 30 and a piston 29 of the cylinder 4 are shown, which increase or decrease a volume of a combustion chamber 3 of the cylinder 4 depending on the position. Furthermore, a primary injector 2 is provided, with which a primary fuel in the form of a fuel gas as in 1 shown can be introduced directly into the combustion chamber 3. Alternatively, it is also possible for the fuel gas to be introduced into a charge air duct in front of the combustion chamber 3 of the cylinder 4 by means of the primary injector. Furthermore, a pilot injector 5 is provided, which is designed to introduce a pilot fuel into the combustion chamber 3. In the embodiment shown here, diesel is used as the pilot fuel.

Mittels des Motorsteuergeräts 7 wird der Verbrennungsvorgang in dem Zylinder 4 geregelt. Das Motorsteuergerät 7 ist dazu eingerichtet, etwaige Schwankungen der Qualität des Brenngases durch Steuerung bestimmter Betriebsparameter des Pilotinjektors 5 zu kompensieren.The combustion process in the cylinder 4 is regulated by means of the engine control unit 7. The engine control unit 7 is set up to compensate for any fluctuations in the quality of the fuel gas by controlling certain operating parameters of the pilot injector 5.

Hierzu umfasst der Zylinder 4 eine Messeinrichtung 6, in Form eines Druckmessgerätes, so dass der Druck p_Zyl in dem Brennraum 3, also der Zylinderinnendruck gemessen werden kann. Solche Messeinrichtungen 6 sind bei einigen Brennkraftmaschinen ohnehin vorhanden; andernfalls ist es auch möglich, eine derartige Messeinrichtung 6 nachzurüsten. Die hier dargestellte Messeinrichtung 6 ist in der Lage, eine zeitlich hochaufgelöste Druckmessung durchzuführen; d.h. bei einer Verdrehung der Kurbelwelle um 1° wird mindestens eine Druckmessung durchgeführt. Dadurch kann eine Druckverteilung p(ϕ)_Zyl in Form eines Verlaufs in Abhängigkeit des Verdrehwinkels der Kurbelwelle 30 gegenüber einem drehfesten Referenzpunkt des Zweistoffmotors 1 ermittelt werden; ein solcher, zeitlich hochaufgelöster Druckverlauf p(ϕ)_Zyl erlaubt relativ genaue Aussagen über die thermodynamischen Bedingungen innerhalb des Brennraums 3, so dass Rückschlüsse auf die gerade ablaufende Verbrennung sowie auf das verbrannte Brenngas möglich sind.For this purpose, the cylinder 4 includes a measuring device 6, in the form of a pressure measuring device, so that the pressure p_Zyl in the combustion chamber 3, i.e. the cylinder internal pressure, can be measured. Such measuring devices 6 are already present in some internal combustion engines; Otherwise, it is also possible to retrofit such a measuring device 6. The measuring device 6 shown here is able to carry out a pressure measurement with high temporal resolution; i.e. if the crankshaft is rotated by 1°, at least one pressure measurement is carried out. As a result, a pressure distribution p(ϕ)_Zyl can be determined in the form of a curve depending on the angle of rotation of the crankshaft 30 relative to a rotationally fixed reference point of the dual-fuel engine 1; Such a pressure profile p(ϕ)_Zyl with a high temporal resolution allows relatively precise statements to be made about the thermodynamic conditions within the combustion chamber 3, so that conclusions can be drawn about the combustion currently taking place and about the fuel gas being burned.

Der von der Messeinrichtung 6 gemessene Druck p_Zyl wird dann dem Motorsteuergerät 7 in Form eines Messsignals zur Verfügung gestellt.The pressure p_Zyl measured by the measuring device 6 is then made available to the engine control unit 7 in the form of a measurement signal.

Eine Funktion 28 ermittelt aus dem Druck p_Zyl einen Druckverlauf p(ϕ)_Zyl, der dann einem thermodynamischen Modell 11 als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt wird. Selbstverständlich kann die Funktion 28 auch Bestandteil des thermodynamischen Modells 11 oder der Messeinrichtung 6 sein. Grundsätzlich gilt für die nachfolgende Darstellung des Motorsteuergerätes 7, dass dessen funktionale Einheiten nicht physisch voneinander getrennt sein müssen, sondern auch durch Bestandteile eines Programmcodes oder einer mathematischen Funktion gebildet sein können. Das Motorsteuergerät 7 umfasst einen Prozessor und ein Speichermedium, die hier zwecks besserer Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.A function 28 determines a pressure curve p(ϕ)_Zyl from the pressure p_Zyl, which is then made available to a thermodynamic model 11 as an input variable. Of course, the function 28 can also be part of the thermodynamic model 11 or the measuring device 6. Basically, for the following representation of the engine control unit 7, its functional units do not have to be physically separated from one another, but can also be formed by components of a program code or a mathematical function. The engine control unit 7 includes a processor and a storage medium, which are not shown here for better clarity.

Das thermodynamische Modell 11 bildet die thermodynamischen Vorgänge des Zylinders 4, insbesondere diejenigen innerhalb des Brennraums 3, ab und ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des Druckverlaufs p(ϕ)_Zyl thermodynamische Parameter zu ermitteln. Das thermodynamische Modell 11 dieses Ausführungsbeispiels ist dazu in der Lage, die folgenden thermodynamischen Parameter zu ermitteln: einen Klopfindex; eine Klopfhäufigkeit; eine Aussetzerkennung; eine Aussetzerhäufigkeit; ein Ringingindex; eine Ringinghäufigkeit; ein Mitteldruck im Brennraum des Zylinders; ein Variationskoeffizient eines Mitteldruckes im Brennraum des Zylinders; ein Spitzendruck im Brennraum des Zylinders; ein Variationskoeffizient eines Spitzendruckes im Brennraum des Zylinders; ein Brennbeginn; ein Brennende; und/oder eine Schwerpunktlage der Verbrennung 13.The thermodynamic model 11 depicts the thermodynamic processes of the cylinder 4, in particular those within the combustion chamber 3, and is set up to determine thermodynamic parameters depending on the pressure curve p(ϕ)_Zyl. The thermodynamic model 11 of this embodiment is capable of determining the following thermodynamic parameters: a knock index; a knocking frequency; a misfire detection; a frequency of dropouts; a ringing index; a ringing frequency; an intermediate pressure in the combustion chamber of the cylinder; a coefficient of variation of a mean pressure in the combustion chamber of the cylinder; a peak pressure in the combustion chamber of the cylinder; a coefficient of variation of a peak pressure in the combustion chamber of the cylinder; a start of burning; a burning one; and/or a focal point of combustion 13.

Die Ermittlung dieser thermodynamischen Parameter basierend auf dem Druckverlauf p(ϕ)_Zyl ist aus dem Stand der Technik bekannt. Dennoch soll nachfolgend beispielhaft erläutert werden, wie aus dem Druckverlauf p(ϕ)_Zyl der Klopfindex, auch Klopfintensität bezeichnet, berechnet werden kann.The determination of these thermodynamic parameters based on the pressure profile p(ϕ)_Zyl is known from the prior art. Nevertheless, it will be explained below as an example how the knock index, also referred to as knock intensity, can be calculated from the pressure curve p(ϕ)_Zyl.

Aus dem gemessenen Druckverlauf p(ϕ)_Zyl wird zunächst ein gefilterter Druckverlauf L(ϕ)_Zyl durch eine Hochpassfilterung ermittelt. Somit wird ein Referenzdruckverlauf ermittelt, der einem Arbeitsspiel ohne Klopfen repräsentiert. Durch einen Vergleich des gemessenen Druckverlaufes p(ϕ)_Zyl mit dem gefilterten Druckverlauf L(ϕ)_Zyl kann der Klopfindex ermittelt werden.From the measured pressure curve p(ϕ)_Zyl, a filtered pressure curve L(ϕ)_Zyl is first determined using high-pass filtering. A reference pressure curve is thus determined, which corresponds to a Working cycle represented without knocking. The knock index can be determined by comparing the measured pressure curve p(ϕ)_Zyl with the filtered pressure curve L(ϕ)_Zyl.

Grundsätzlich können aber auch noch weitere thermodynamische Parameter ermittelt werden, um das Klopfen noch weiter zu charakterisieren. So kann beispielsweise der Zeitpunkt der ersten durch die klopfende Verbrennung hervorgerufenen hochfrequenten Zylinderdruckschwingung ermittelt werden. Der Zeitpunkt ihres Auftretens kann ebenfalls zur Bewertung des Klopfverhaltens herangezogen werden.In principle, additional thermodynamic parameters can also be determined in order to further characterize knocking. For example, the time of the first high-frequency cylinder pressure oscillation caused by the knocking combustion can be determined. The time of their occurrence can also be used to evaluate the knocking behavior.

Anhand bestimmter thermodynamischer Parameter 12, die einem Mototorbetriebsindexrechner 15 zur Verfügung gestellt werden, kann dann ein Motorbetriebsindex MBI_IST berechnet werden. Auf Basis des ermittelten MBI_IST kann dann ein Pilotregler 14 einen Betriebsparameter des Pilotinjektors 5 einstellen. Die Funktionsweise des Pilotreglers 14 wird nachfolgend noch anhand der 4 näher erläutert.An engine operating index MBI_IST can then be calculated based on certain thermodynamic parameters 12, which are made available to an engine operating index computer 15. Based on the determined MBI_IST, a pilot controller 14 can then set an operating parameter of the pilot injector 5. The functionality of the pilot controller 14 will be explained below using the 4 explained in more detail.

Der Pilotregler 14 generiert zwei Steuersignale, also im regelungstechnischen Sinn Steuergrößen, mit denen zwei Betriebsparameter, nämlich die Pilotkraftstoffmenge 8 und der Pilotkraftstoffdruck 9, des Pilotinjektors 5 eingestellt werden.The pilot controller 14 generates two control signals, i.e. control variables in the control engineering sense, with which two operating parameters, namely the pilot fuel quantity 8 and the pilot fuel pressure 9, of the pilot injector 5 are set.

Weiterhin wird auch die Anzahl der aufeinander folgenden Piloteinspritzungen von dem Pilotregel 14 festgelegt, was in den 1 und 2 zwecks Vereinfachung nicht dargestellt ist.Furthermore, the number of consecutive pilot injections is also determined by the pilot rule 14, which is in the 1 and 2 is not shown for simplicity.

Weiterhin wird in dem thermodynamischen Modell 11 die Schwerpunktlage der Verbrennung 13 ermittelt. Ein entsprechender Wert wird signaltechnisch einem Schwerpunktlageregler 17 bereitgestellt, so dass in Abhängigkeit der Schwerpunktlage der Verbrennung 13 der Ansteuerbeginn 10 des Pilotinjektors 5 eingestellt werden kann.Furthermore, the center of gravity of the combustion 13 is determined in the thermodynamic model 11. A corresponding value is provided via signaling to a center of gravity position controller 17, so that the start of control 10 of the pilot injector 5 can be set depending on the center of gravity of the combustion 13.

Somit werden die Betriebsparameter des Pilotinjektors 5 mittels zweier separater Regelkreise geregelt. Mittels eines ersten Regelkreises, der unter anderem die Messeinrichtung 6, das thermodynamische Modell 11, den Motorbetriebsindexrechner 15 und den Pilotregler 14 umfasst, wird die Pilotkraftstoffmenge 8 und der Pilotkraftstoffdruck 9 eingestellt. Mittels eines zweiten Regelkreises, der unter anderem die Messeinrichtung 6, das thermodynamische Modell 11 und den Schwerpunktlageregler 17 umfasst, wird der Ansteuerbeginn 10 des Pilotinjektors 5 eingestellt.The operating parameters of the pilot injector 5 are thus regulated by means of two separate control loops. The pilot fuel quantity 8 and the pilot fuel pressure 9 are set by means of a first control loop, which includes, among other things, the measuring device 6, the thermodynamic model 11, the engine operating index computer 15 and the pilot controller 14. By means of a second control loop, which includes, among other things, the measuring device 6, the thermodynamic model 11 and the center of gravity position controller 17, the start of control 10 of the pilot injector 5 is set.

Ferner ist das Motorsteuergerät 7 auch dazu eingerichtet, einen Betriebsparameter des Primärinjektors 2 einzustellen, nämlich die in den Brennraum 3 einzubringende Gasmenge 22 pro Arbeitsspiel. Hierzu wird einer Primärregeleinrichtung 24 als thermodynamischer Parameter 12 der in dem thermodynamischen Modell 11 ermittelte indizierte mittlere Druck im Brennraum, im Englischen als „Indicated Mean Effective Pressure“ bezeichnet, als Regelgröße zur Verfügung gestellt. In Abhängigkeit dieser Regelgröße kann dann die optimale Gasmenge 22 für zukünftige Arbeitsspiele ermittelt werden. Es handelt sich dabei um eine eher langsame Anpassung, weil ein gleitender Mittelwert des mittleren Drucks im Brennraums herangezogen wird, um die Brenngasmenge anzupassen. Der Ansteuerbeginn 21 des Primärinjektors 2 wird durch eine Steuereinheit 20 festgelegt. Es versteht sich von selbst, dass der Ansteuerbeginn 21 des Primärinjektors 2 und der Ansteuerbeginn 10 des Pilotinjektors 5 aufeinander abgestimmt sind.Furthermore, the engine control unit 7 is also set up to set an operating parameter of the primary injector 2, namely the amount of gas 22 to be introduced into the combustion chamber 3 per working cycle. For this purpose, the indicated mean pressure in the combustion chamber determined in the thermodynamic model 11, referred to in English as “Indicated Mean Effective Pressure”, is made available to a primary control device 24 as a thermodynamic parameter 12 as a controlled variable. Depending on this controlled variable, the optimal gas quantity 22 can then be determined for future work cycles. This is a rather slow adjustment because a moving average of the mean pressure in the combustion chamber is used to adjust the amount of fuel gas. The start of control 21 of the primary injector 2 is determined by a control unit 20. It goes without saying that the start of control 21 of the primary injector 2 and the start of control 10 of the pilot injector 5 are coordinated with one another.

In 2 ist schematisch ein Verfahren 100 zum Regeln des Zweistoffmotors 1 aus 1 dargestellt.In 2 is a schematic of a method 100 for controlling the dual-fuel engine 1 1 shown.

Durch das Bezugszeichen 16 wird eine Verbrennung 16 innerhalb des Brennraumes 3 (vgl. 1) dargestellt, die mittels des vorgeschlagenen Verfahrens 100 geregelt wird. Es wurde erkannt, dass die Qualität des Brenngases und damit auch die Verbrennung 16 durch den Druckverlauf p(ϕ)_Zyl innerhalb des Brennraums 3 charakterisiert werden kann.The reference number 16 indicates combustion 16 within the combustion chamber 3 (cf. 1 ), which is regulated by means of the proposed method 100. It was recognized that the quality of the fuel gas and thus also the combustion 16 can be characterized by the pressure curve p(ϕ)_Zyl within the combustion chamber 3.

Wie bereits vorangehend beschrieben wurde, werden dann basierend auf dem Druckverlauf p(ϕ)_Zyl mittels des thermodynamischen Modells 11 mehrere Betriebsparameter 12 ermittelt und diese dann durch den Motorbetriebsindexrechner 15 in den Motorbetriebsindex MBI_IST in Form einer Kennzahl umgerechnet. Der Motorbetriebsindex MBI_IST dient als Regelgröße, die durch den Pilotregler 14 mit einer Führungsgröße MBI_SOLL verglichen wird, so dass eine Regelabweichung bestimmt werden kann. In Abhängigkeit dieser Regelabweichung können dann die Betriebsparameter Pilotkraftstoffmenge 8 und Pilotkraftstoffdruck 9 eingestellt werden.As already described above, several operating parameters 12 are then determined based on the pressure curve p(ϕ)_Zyl using the thermodynamic model 11 and these are then converted by the engine operating index computer 15 into the engine operating index MBI_IST in the form of a key figure. The engine operating index MBI_IST serves as a controlled variable, which is compared by the pilot controller 14 with a reference variable MBI_SOLL, so that a control deviation can be determined. Depending on this control deviation, the operating parameters pilot fuel quantity 8 and pilot fuel pressure 9 can then be set.

Die durch das thermodynamische Modell 11 ermittelte Schwerpunktlage der Verbrennung 13 dient als Regelgröße für die Steuerung des Ansteuerbeginns 10, also den Zeitpunkt, von dem an der Pilotkraftstoff mittels des Pilotinjektors 5 in den Brennraum 3 eingebracht wird; vgl. auch 1. Mittels eines gestrichelten Pfeils 31 ist dargestellt, dass die durch den Pilotregler 14 vorgenommenen Einstellungen der Betriebsparameter auch die Schwerpunktlage der Verbrennung 13 beeinflussen und somit auch den Schwerpunktlageregler 17.The center of gravity of the combustion 13 determined by the thermodynamic model 11 serves as a controlled variable for controlling the start of activation 10, i.e. the point in time from which the pilot fuel is introduced into the combustion chamber 3 by means of the pilot injector 5; see also 1 . A dashed arrow 31 shows that the settings of the operating parameters made by the pilot controller 14 also influence the center of gravity of the combustion 13 and thus also the center of gravity position controller 17.

Weiterhin ist dargestellt, dass ein thermodynamischer Parameter 12 in Form des indizierten mittleren Drucks im Brennraum 3 als Regelgröße 18 für die Primärregeleinrichtung 24 dient, die mit einer entsprechenden Sollgröße 19 verglichen wird. So kann die in den Brennraum 3 (vgl. 1) einzubringende Gasmenge 22 geregelt werden.Furthermore, it is shown that a thermodynamic parameter 12 in the form of the indicated mean pressure in the combustion chamber 3 serves as a controlled variable 18 for the primary control device 24, which is compared with a corresponding target variable 19. So it can go into combustion chamber 3 (cf. 1 ) amount of gas 22 to be introduced can be regulated.

Wie bereits in 1 dargestellt, wird der Ansteuerbeginn 21, also der Zeitpunkt, von dem an der Primärkraftstoff in Form des Brenngases mittels des Primärinjektors 2 in den Brennraum 3 eingebracht wird, mittels der Steuereinheit 20 eigestellt.As already in 1 shown, the start of control 21, i.e. the point in time from which the primary fuel in the form of the fuel gas is introduced into the combustion chamber 3 by means of the primary injector 2, is set by means of the control unit 20.

Mit einem Pfeil 23 wird eine Störgröße in Form der Gasqualität dargestellt. Durch das vorgeschlagene Verfahren zum Regeln des Zweistoffmotors 1 (vgl. 1) kann die Charakteristik der Einbringung des Pilotkraftstoffs in den Brennraum 3 in Abhängigkeit von der Qualität des als Primärkraftstoff in den Brennraum 3 eingebrachten Brenngases geregelt werden. Die Verbrennung 16 kann so unter optimalen Bedingungen stattfinden. Der Zweistoffmotor 1 kann so auch bei schwankender Qualität des Brenngases mit einem hohen Wirkungsgrad - und damit emissionsarm - sowie ohne Reduzierung der abrufbaren Maximalleistung betrieben werden.An arrow 23 represents a disturbance variable in the form of gas quality. Through the proposed method for controlling the dual-fuel engine 1 (cf. 1 ), the characteristics of the introduction of the pilot fuel into the combustion chamber 3 can be regulated depending on the quality of the fuel gas introduced into the combustion chamber 3 as primary fuel. The combustion 16 can thus take place under optimal conditions. The dual-fuel engine 1 can thus be operated with a high degree of efficiency - and therefore low emissions - even if the quality of the fuel gas fluctuates, and without reducing the maximum power available.

3 zeigt exemplarisch einen Regelkreis zum Regeln des Motorbetriebsindex MBI_IST mittels der Pilotkraftstoffmenge 8 als Stellgröße. Die Verbrennung 16 wird durch schwankende Brenngasqualität, die die Störgröße 23 darstellt beeinträchtigt. Anhand des in dem Brennraum 3 (vgl. 1), in dem die Verbrennung 16 stattfindet, gemessenen Druckverlaufes p(ϕ)_Zyl wird anhand des thermodynamischen Modells 11 und des Motorbetriebsindexrechners 15 der aktuelle Motorbetriebsindex MBI_IST berechnet, der dann mittels des Pilotreglers 14 mit einer Führungsgröße, also mit dem Sollwert des Motorbetriebsindex MBO_SOLL verglichen wird. Eine so gebildete Regelabweichung 25 ist dann die Eingangsgröße für den eigentlichen Regler 32 des Pilotreglers 14, der dann eine Steuergröße in Form der Ansteuerdauer 27 des Pilotinjektors 5 ermittelt. Auf diese Weise kann die durch den Pilotinjektor 5 in den Brennraum 3 (vgl. 1) einzubringende Pilotkraftstoffmenge 8 als Stellgröße eingestellt werden. 3 shows an example of a control loop for regulating the engine operating index MBI_IST using the pilot fuel quantity 8 as a manipulated variable. The combustion 16 is affected by fluctuating fuel gas quality, which represents the disturbance variable 23. Based on the in the combustion chamber 3 (cf. 1 ), in which the combustion 16 takes place, the measured pressure curve p(ϕ)_Zyl is calculated using the thermodynamic model 11 and the engine operating index calculator 15, the current engine operating index MBI_IST, which is then compared using the pilot controller 14 with a reference variable, i.e. with the setpoint of the engine operating index MBO_SOLL becomes. A control deviation 25 formed in this way is then the input variable for the actual controller 32 of the pilot controller 14, which then determines a control variable in the form of the control duration 27 of the pilot injector 5. In this way, the through the pilot injector 5 into the combustion chamber 3 (cf. 1 ) Pilot fuel quantity 8 to be introduced can be set as a manipulated variable.

4 zeigt exemplarisch ein Regelungskonzept des Pilotreglers 14, aus dem hervorgeht, dass nicht nur die durch den Vergleich des aktuellen Motorbetriebsindex MBI_IST mit der entsprechenden Führungsgröße MBI_SOLL gebildete Regelabweichung 25 zur Einstellung der Betriebsparameter des Pilotinjektor genutzt wird. Das Regelungskonzept folgt dem Grundsatz, dass die Differenz zwischen dem aktuellen Motorbetriebsindex MBI_IST und der Führungsgröße MBI_SOLL möglichst gering sein soll. Zusätzlich werden aber in einem mehrstufigen Verfahren noch weitere Bedingungen aufgestellt:

Zunächst wird in einer ersten Stufe geprüft, ob der aktuelle Motorbetriebsindex MBU_IST konstant bleibt (horizontaler Pfeil), sinkt (nach unten zeigender Pfeil) oder steigt (nach oben zeigender Pfeil). Dieser ersten Prüfstufe liegt die Annahme zu Grunde, dass die in den Brennraum eingebrachte Pilotkraftstoffmenge möglichst reduziert werden soll, beispielsweise weil der Pilotkraftstoff teurer ist als der Primärkraftstoff. Genauso gut wäre es bei Bedarf auch möglich, vorzugeben, dass die Primärkraftstoffmenge möglichst reduziert werden soll. Bei der hier dargestellten Ausführungsform gilt jedoch: Sofern der Motorbetriebsindex MBI_IST konstant bleibt, wird die Pilotkraftstoffmenge 8 leicht reduziert (leicht nach unten zeigender Pfeil). Sofern der Motorbetriebsindex MBI_IST sinkt, wird auch die Pilotkraftstoffmenge 8 reduziert (nach unten zeigender Pfeil). Sofern der Motorbetriebsindex MBI_IST steigt, wird auch die Pilotkraftstoffmenge 8 gesteigert (nach oben zeigender Pfeil).

4 shows an example of a control concept of the pilot controller 14, from which it can be seen that not only the control deviation 25 formed by comparing the current engine operating index MBI_IST with the corresponding reference variable MBI_SOLL is used to set the operating parameters of the pilot injector. The control concept follows the principle that the difference between the current engine operating index MBI_IST and the reference variable MBI_SOLL should be as small as possible. In addition, further conditions are set in a multi-stage process:

First, in a first stage, it is checked whether the current engine operating index MBU_IST remains constant (horizontal arrow), decreases (downward-pointing arrow) or increases (upward-pointing arrow). This first test stage is based on the assumption that the amount of pilot fuel introduced into the combustion chamber should be reduced as much as possible, for example because the pilot fuel is more expensive than the primary fuel. If necessary, it would also be possible to specify that the amount of primary fuel should be reduced as much as possible. In the embodiment shown here, however, the following applies: If the engine operating index MBI_IST remains constant, the pilot fuel quantity 8 is reduced slightly (arrow pointing slightly downwards). If the engine operating index MBI_IST decreases, the pilot fuel quantity 8 is also reduced (arrow pointing downwards). If the engine operating index MBI_IST increases, the pilot fuel quantity 8 is also increased (arrow pointing upwards).

Anschließend wird in einer zweiten Stufe geprüft, ob der Motorbetriebsindex MBI_IST weiterhin steigt. Wenn das der Fall ist, wird die Pilotkraftstoffmenge 8 zunächst nicht noch weiter gesteigert, sondern es wird der Pilotkraftstoffdruck 9 erhöht (nach oben zeigender Pfeil).A second stage then checks whether the engine operating index MBI_IST continues to rise. If this is the case, the pilot fuel quantity 8 is not initially increased any further, but rather the pilot fuel pressure 9 is increased (arrow pointing upwards).

In einer dritten Stufe wird dann bei einem steigenden Motorbetriebsindex MBI (nach oben zeigender Pfeil) der Pilotkraftstoffdruck 8 erhöht (nach oben zeigender Pfeil). Bei konstant bleibenden Motorbetriebsindex MBI wird der Pilotkraftstoffdruck 9 leicht reduziert (leicht nach unten zeigender Pfeil). Bei sinkendem Motorbetriebsindex MBI (nach unten zeigender Pfeil) wird auch der Pilotkraftstoffdruck 9 reduziert (nach unten zeigender Pfeil). Der Logik des sinkenden Pilotkraftstoffdrucks liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bei höheren Drücken der Pilotinjektor 5 auch größeren Beanspruchungen ausgesetzt ist und damit schneller verschleißt. Hohe Drücke werden daher in der dritten Prüfstufe möglichst verhindert.In a third stage, when the engine operating index MBI (arrow pointing upwards) increases, the pilot fuel pressure 8 is increased (arrow pointing upwards). If the engine operating index MBI remains constant, the pilot fuel pressure 9 is slightly reduced (arrow pointing slightly downwards). As the engine operating index MBI decreases (downward-pointing arrow), the pilot fuel pressure 9 is also reduced (downward-pointing arrow). The logic of the falling pilot fuel pressure is based on the knowledge that at higher pressures the pilot injector 5 is also exposed to greater stress and therefore wears out more quickly. High pressures are therefore prevented as much as possible in the third test stage.

Daran können sich noch weitere Stufen des Regelungskonzeptes anschließen bzw. die einzelnen Stufen können wieder von vorne durchlaufen werden.This can be followed by further stages of the control concept or the individual stages can be run through again from the beginning.

Solch ein Regelungskonzept kann auch automatisiert anhand historischer Betriebsdaten angelernt werden.Such a control concept can also be trained automatically using historical operating data.

Diesem Regelungskonzept liegt unter anderem der Gedanke zu Grunde, dass sich der Motorbetriebsindex MBI in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung des Brenngases ändert.This control concept is based, among other things, on the idea that the engine Operating index MBI changes depending on the chemical composition of the fuel gas.

Anhand des in 4 soll lediglich stark vereinfacht und exemplarisch gezeigt werden, wie auf Basis des Motorbetriebsindex MBI_IST und anhand der Regelabweichung 25 einzelne Betriebsparameter des Pilotinjektors 5 eingestellt werden können.Based on the in 4 The aim is simply to show in a very simplified and exemplary manner how individual operating parameters of the pilot injector 5 can be set based on the engine operating index MBI_IST and the control deviation 25.

Claims

Method (100) for controlling a dual-fuel engine (1), which is set up to be operated with a primary fuel and with a pilot fuel that deviates from the primary fuel, wherein - the primary fuel by means of a primary injector (2) and the pilot fuel by means of a pilot injector (5 ) is introduced into a combustion chamber (3) of a cylinder (4), characterized in that - an engine operating index (MBI) is determined, with which the quality of the primary fuel burned in the combustion chamber (3) can be quantified, wherein - the engine operating index ( MBI) is determined depending on a pressure curve (p(ϕ)_Zyl) in the combustion chamber (3) of the cylinder (4), wherein - at least one operating parameter of the pilot injector (5) is set depending on the engine operating index (MBI).

Procedure (100) according to Claim 1 , characterized in that - the primary fuel is a fuel gas or another low-boiling liquid fuel with low ignitability.

Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that - the engine operating index (MBI) is a key figure.

Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that - at least one thermodynamic parameter (12) of the combustion process in the combustion chamber (3) of the cylinder (4) is determined by means of a thermodynamic model (11), whereby - the thermodynamic model (11) the pressure (p_Zyl) and/or the pressure profile (p(ϕ)_Zyl) in the combustion chamber (3) is provided as an input variable.

Procedure (100) according to Claim 4 , characterized in that one or more of the following thermodynamic parameters (12) is or are determined by means of the thermodynamic model (11): - a knock index; - a frequency of knocks; - a misfire detection; - a frequency of dropouts; - a ringing index; - a ringing frequency; - a medium pressure in the combustion chamber of the cylinder; - a coefficient of variation of a mean pressure in the combustion chamber of the cylinder; - a peak pressure in the combustion chamber of the cylinder; - a coefficient of variation of a peak pressure in the combustion chamber of the cylinder; - a start of burning; - a burning one; and/or - a focal point of combustion (13).

Procedure (100) according to Claim 4 or 5 , characterized in that - the engine operating index (MBI) is formed based on one or more of the thermodynamic parameters (12) determined using the thermodynamic model (11).

Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that - the engine operating index (MBI) is formed in such a way that the knock resistance of the primary fuel in the combustion chamber (3) of the cylinder (4) can be quantified and/or thereby The trend in the quality of the primary fuel can be determined.

Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that - the engine operating index (MBI) is made available to a pilot controller (14) as an input variable, wherein - the pilot controller (15) determines at least one operating parameter of the engine operating index (MBI) depending on the engine operating index (MBI). Pilot injector (5) adjusts.

Procedure (100) according to Claim 8 , characterized in that - the pilot controller (14) sets at least one operating parameter of the pilot injector (5) depending on the temporal development of the engine operating index (MBI) in the past.

Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that based on the engine operating index (MBI), at least one or more of the following operating parameters of the pilot injector (5) is or are set: a pilot fuel quantity (8) and / or a pilot fuel pressure (9 ) and/or a number of pilot injections (32).

Method (100) according to one of the preceding claims with reference to Claim 5 , characterized in that - the center of gravity of the combustion (13) in the cylinder (4) is determined by means of the thermodynamic model (11), and this is then provided to a center of gravity position controller (17) as an input variable Is provided, wherein - the center of gravity position controller (17) determines a start of control (10) of the pilot injector (5) depending on the current center of gravity of the combustion (13).

Method (100) according to one of the preceding claims with reference to Claim 4 , characterized in that - by means of the thermodynamic model (11) at least one controlled variable is determined, which is made available to a primary control device (24) as an input variable, wherein - the primary control device (24) for controlling at least one operating parameter of the primary injector (2) is set up.

Dual-fuel engine (1), which is set up to be operated with a primary fuel and with a pilot fuel different from the primary fuel, comprising - a primary injector (2), which is set up to introduce the primary fuel into a combustion chamber (3) of a cylinder (4). is, and - a pilot injector (5), which is set up to introduce pilot fuel into the combustion chamber (3) of the cylinder (4), wherein - a measuring device (6) is provided, which is set up to measure the pressure in the combustion chamber ( 3) to measure the cylinder (4), characterized in that - an engine control unit (7) is provided, which is set up to determine an engine operating index (MBI), with which the quality of the primary fuel burned in the combustion chamber (3). can be quantified, wherein - the engine control unit (7) is set up to determine the engine operating index (MBI) depending on the pressure curve (p (ϕ)_Zyl) in the combustion chamber (3) of the cylinder (4), and - based on the so determined engine operating index (MBI) to set at least one operating parameter of the pilot injector (5).

Dual fuel engine (1). Claim 13 , characterized in that - the dual-fuel engine (1) is set up to carry out the method (100) according to one of the Claims 1 until 12 to carry out.

Dual fuel engine (1). Claim 14 , characterized in that - the engine control unit (7) is set up to operate the dual-fuel engine (1) in such a way that the method steps according to one or more of the Claims 1 until 12 be performed.