DE10346983B4 - Method and a device for controlling a fuel-air mixture of an internal combustion engine operated with gaseous fuel - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Regelung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs einer mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines jeweiligen Betriebszustands, bei dem der Kraftstoff in einem Gas-Luft-Mischer mit von der Brennkraftmaschine (1) angesaugter Brennluft gemischt und der Brennkraftmaschine (1) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas-Luft-Mischer ein Venturi-Mischer (2) verwendet wird, dass am Gas-Luft-Mischer (2) eine dem diesen durchsetzenden Luftmassenstrom entsprechende Ist-Druckdifferenz Δpist gemessen und mit einer für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) vorgegebenen Soll-Druckdifferenz Δpsoll verglichen wird, dass die Soll-Druckdifferenz Δpsoll in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung der Brennkraftmaschine vorgegeben wird, dass die Soll-Druckdifferenz Δpsoll weiterhin in Abhängigkeit eines Absolutdrucks pabs am Venturi-Mischer (2), insbesondere in Abhängigkeit eines Absolutdrucks pabs der zugeführten Brennluft und in Abhängigkeit von einer Temperatur TLuft der zugeführten Brennluft vorgegeben wird, und dass ein Mischverhältnis und/oder ein Massenstrom des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Sinne einer Angleichung der Ist-Druckdifferenz Δpist und der Soll-Druckdifferenz Δpsoll eingestellt wird.Method for controlling a fuel-air mixture of an internal combustion engine operated with gaseous fuel as a function of a respective operating state, in which the fuel is mixed in a gas-air mixer with the intake air sucked by the internal combustion engine (1) and the internal combustion engine (1) is supplied , characterized in that a venturi mixer (2) is used as the gas-air mixer, that at the gas-air mixer (2) a the air mass flow passing through this corresponding actual pressure difference .DELTA.p is measured and with a for the respective operating state the internal combustion engine (1) predetermined target pressure difference Ap is to be compared, that the target pressure difference Ap is to be set in accordance with a power requirement of the internal combustion engine such that the target pressure difference Ap will continue p abs (a function of an absolute pressure at the venturi mixer 2), in particular in response to an absolute pressure p abs of the supplied Combustion air and air of the supplied combustion air is predetermined in dependence on a temperature T, and that a mixing ratio and / or a mass flow of the fuel-air mixture in the sense of an approximation of the actual pressure difference Dp and the target pressure difference Ap is to be set.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs einer mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand, wobei der gasförmige Kraftstoff in einem Gas-Luft-Mischer, insbesondere einem Venturi-Mischer, mit von der Brennkraftmaschine angesaugter Luft gemischt und der Brennkraftmaschine zugeführt wird.The The invention relates to a method and a device for regulation a fuel-air mixture of a gaseous fuel-powered internal combustion engine dependent on from the respective operating state, wherein the gaseous fuel in a gas-air mixer, in particular a venturi mixer, mixed with sucked by the engine air and the Internal combustion engine supplied becomes.
Mit gasförmigem Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschinen, kurz Gasmotoren genannt, werden in großer Zahl im Bereich der stationären Energieumwandlung eingesetzt. Diese werden mit einem Kraftstoff betrieben, der unter atmosphärischen Bedingungen gasförmig ist.With gaseous Fuel-powered internal combustion engines, called gas engines for short in big Number in the field of stationary Energy conversion used. These are fueled operated under atmospheric conditions gaseous is.
Damit es im Motor zu einer Verbrennung, d. h. Oxidation des Kraftstoffs kommt, muss der Kraftstoff mit einem bekannten, von seiner Art abhängigen Verhältnis mit Luft aus der Umgebung gemischt werden. Dies geschieht bei Motoren in der Größe bis zu einer nutzbaren mechanischen Leistung von ca. 3000 kW im Regelfall außerhalb des Brennraums mit Hilfe eines Gasmischers (Venturi-Gasmischer). Der Gasmischer nutzt seine Geo metrie und bekannte physikalische Gesetzmäßigkeiten, um den gasförmigen Kraftstoff und die vom Motor angesaugte Luft in einem vom Massenstrom (Durchfluss) weitgehend unabhängigen, konstanten Verhältnis miteinander zu mischen. Dieses Gemisch wird dann dem Motor zur Verbrennung zugeführt.In order to it in the engine to a combustion, d. H. Oxidation of the fuel comes, the fuel with a known, dependent on its type ratio with Air from the environment can be mixed. This happens with motors in size up to one usable mechanical power of about 3000 kW usually outside of the combustion chamber with the aid of a gas mixer (Venturi gas mixer). The gas mixer uses its geometry and known physical laws, around the gaseous Fuel and the air sucked in by the engine in one of the mass flow (Flow) largely independent, constant ratio to mix with each other. This mixture is then used to burn the engine fed.
Aufgrund bekannter chemisch-pysikalischer Gesetzmäßigkeiten hat die Zusammensetzung des Gas-Luft-Gemischs einen bedeutenden Einfluss auf die Eigenschaften des Motors wie Leistung, Wirkungsgrad und Emission von Luftschadstoffen, wie beispielsweise Stickoxiden, Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Um diese Eigenschaften in der gewünschten Richtung zu beeinflussen, wird bekannterweise das Mischungsverhältnis von Gas und Luft mit Hilfe von Eingriffen von außen in Abhängigkeit von Motorbetriebsgrößen wie beispielsweise der Motorleistung gezielt verändert.by virtue of known chemical-physical laws has the composition of the gas-air mixture has a significant influence on the properties such as power, efficiency and emission of air pollutants, such as nitrogen oxides, carbon monoxide and unburned Hydrocarbons. To these properties in the desired It is known to affect the mixing ratio of Gas and air with the help of external interference depending on engine operating variables such as For example, the engine power changed specifically.
Aus
der
Aus
der
Die Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs einer mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine anzugeben, wobei mit geringem Aufwand eine genaue Regelung des Kraftstoff-Luft-Gemischs in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine möglich ist.The The object of the invention is to provide a method and device for regulating a fuel-air mixture of a gaseous fuel operated Specify internal combustion engine, with a little effort an accurate Regulation of the fuel-air mixture depending on the operating state the internal combustion engine possible is.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.The The object is achieved by a method having the features of the claim 1 and by a device having the features of claim 5 solved.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the respective subclaims.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Regelung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs einer mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand geschaffen, bei dem der Kraftstoff in einem Gas-Luft-Mischer, insbesondere einem Venturi-Mischer mit von der Brennkraftmaschine angesaugter Luft gemischt und der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass am Mischer eine dem diesen durchsetzenden Luftmassenstrom entsprechende Ist-Druckdifferenz Δpist abgenommen und mit einer für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgegebenen Soll-Druckdifferenz Δpsoll verglichen wird, und dass das Mischverhältnis und/oder der Massenstrom des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Sinne einer Angleichung von Ist-Druckdifferenz Δpist und Soll-Druckdifferenz Δpsoll eingestellt wird.The invention provides a method for controlling a fuel-air mixture of an internal combustion engine operated with gaseous fuel as a function of the respective operating state, in which the fuel in a gas-air mixer, in particular a Venturi mixer with air sucked by the internal combustion engine mixed and the internal combustion engine is supplied. According to the invention, it is provided that an actual pressure difference Δp corresponding to the air mass flow passing through the mixer is removed and compared with a desired pressure difference Δp soll predetermined for the respective operating state of the internal combustion engine, and that the mixing ratio and / or the mass flow of the fuel Air mixture in the sense of an equalization of actual pressure difference .DELTA.p is and target pressure difference .DELTA.p soll is set.
Vorzugsweise wird die Soll-Druckdifferenz Δpsoll in Abhängigkeit von der Leistungsanforderung der Brennkraftmaschine vorgegeben.Preferably, the desired pressure difference Δp soll is predetermined as a function of the power requirement of the internal combustion engine.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Soll-Druckdifferenz Δpsoll in Abhängigkeit vom Absolutdruck pabs am Venturi-Mischer, insbesondere in Abhängigkeit vom Absolutdruck pabs der zugeführten Brennluft, vorgesehen wird.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the desired pressure difference Δp soll is provided as a function of the absolute pressure p abs at the Venturi mixer, in particular as a function of the absolute pressure p abs of the supplied combustion air.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Soll-Druckdifferenz Δpsoll in Abhängigkeit von der Temperatur TLuft der zugeführten Brennluft vorgegeben wird.According to another preferred embodiment of the invention, it is provided that the desired pressure difference Δp soll is predetermined as a function of the temperature T air of the supplied combustion air.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Soll-Druckdifferenz Δpsoll in Abhängigkeit von einem oder mehreren der folgenden Parameter vorgegeben wird: Motordrehzahl n, Gemischtemperatur TGem.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the desired pressure difference Δp soll is predetermined as a function of one or more of the following parameters: engine speed n, mixture temperature T Gem .
Vorzugsweise wird die Soll-Druckdifferenz Δpsoll in Abhängigkeit der genannten Größen aus einem abgespeicherten Kennfeld ausgelesen.Preferably, the desired pressure difference Δp soll is read out as a function of the variables mentioned from a stored characteristic field.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Angleichung der Ist-Druckdifferenz Δpist und der Soll-Druckdifferenz Δpsoll erfolgt, indem die Ist-Druckdifferenz Δpist gemessen und mit der vorgegebenen Soll-Druckdifferenz Δpsoll verglichen wird, der Massenstrom des dem Mischer zugeführten gasförmigen Kraftstoffs im Sinne einer Verminderung des Unterschieds zwischen Ist-Druckdifferenz Δpist und Soll-Druckdifferenz Δpsoll verändern wird, die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung gemessen wird, der Massenstrom des vom Mischer zur Brennkraftmaschine zugeführ ten Kraftstoff-Luft-Gemischs im Sinne einer Verminderung des Unterschieds zwischen Ist-Druckdifferenz Δpist und Soll-Druckdifferenz Δpsoll verändert wird, und die vorgenannten Schritte wiederholt werden, bis der Unterschied zwischen Ist-Druckdifferenz Δpist und Soll-Druckdifferenz Δpsoll eine vorgegebene Toleranzgrenze unterschreitet.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the approximation of the actual pressure difference Dp and the target pressure difference Ap should done by the actual pressure difference Dp is measured and compared with the predetermined target pressure difference Ap is to be compared, the mass flow is the supplied to the mixer gaseous fuel in the sense of reducing the difference between actual pressure difference .DELTA.p and target pressure difference Ap is to will change the power delivered by the internal combustion engine is measured, the mass flow of the supplied guide from the mixer to the engine th fuel-air mixture in the sense of a reduction of the difference between the actual pressure difference Ap and target pressure difference Ap is to be changed, and the aforementioned steps are repeated until the difference between the actual pressure difference Ap and target pressure difference Dp to below a predetermined tolerance limit.
Weiter wird durch die Erfindung eine Vorrichtung zur Regelung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs einer mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand, mit einem Gas-Luft-Mischer, insbesondere einem Venturi-Mischer zum Mischen des Kraftstoffs mit von der Brennkraftmaschine angesaugter Brennluft, und mit einem, insbesondere elektronischen, Motorregler zum Einstellen eines den Massenstrom des dem Mischer zugeführten Kraftstoffs begrenzenden Stellorgan in Abhängigkeit von dem Motorregler zugeführten, den Motorbetriebszustand repräsentierenden Eingangsgrößen geschaffen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass am Mischer eine Druckmessvorrichtung zum Erfassen eines den den Mischer durchsetzenden Luftmassenstrom repräsentierenden Ist-Differenzdrucks Δpist vorgesehen ist, und dass der Motorregler zum Einstellen des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Sinne einer Angleichung von gemessener Ist-Druckdifferenz Δpist und einer für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgegebenen Soll-Druckdifferenz Δpsoll vorgesehen ist.Further, the invention provides a device for controlling a fuel-air mixture of an internal combustion engine operated with gaseous fuel in dependence on the respective operating state, with a gas-air mixer, in particular a Venturi mixer for mixing the fuel with the combustion air sucked by the internal combustion engine , And provided with a, in particular electronic, motor controller for adjusting an adjusting the mass flow of the fuel supplied to the mixer actuator in response to the motor controller supplied, representing the engine operating state input variables. According to the invention it is provided that representing a pressure measuring device for detecting a to the mixer passes through the air mass flow at the mixer actual differential pressure Ap is provided, and that the motor controller for adjusting the fuel-air mixture in the sense of an approximation of the measured actual pressure difference .DELTA.p is and a predetermined for the respective operating condition of the internal combustion engine target pressure difference Δp soll is provided.
Vorzugsweise ist der Motorregler dazu vorgesehen, dass die Soll-Druckdifferenz Δpsoll in Abhängigkeit von der Leistungsanforderung der Brennkraftmaschine vorgegeben wird.Preferably, the engine controller is provided that the target pressure difference Δp soll is set in dependence on the power requirement of the internal combustion engine.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Motorregler dazu vorgesehen, dass die Soll-Druckdifferenz Δpsoll in Abhängigkeit vom Absolutdruck pabs am Mischer, insbe sondere in Abhängigkeit vom Absolutdruck pabs der zugeführten Brennluft vorgegeben wird.According to a preferred embodiment of the invention, the engine governor is provided so that the target pressure difference Δp soll in dependence on the absolute pressure p abs at the mixer, in particular special depending on the absolute pressure p abs of the supplied combustion air is specified.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Motorregler dazu vorgesehen, dass die Soll-Druckdifferenz Δpsoll in Abhängigkeit von der Temperatur TLuft der zugeführten Brennluft vorgegeben wird.According to another preferred embodiment of the invention, the engine governor is provided so that the target pressure difference Δp soll is predetermined as a function of the temperature T air of the supplied combustion air.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Motorregler dazu vorgesehen, dass Soll-Druckdifferenz Δpsoll in Abhängigkeit von einem oder mehreren der folgenden Parameter vorgeben wird: Motordrehzahl n, Gemischtemperatur TGem.According to a further preferred embodiment of the invention, the engine governor is provided for presetting the desired pressure difference Δp soll as a function of one or more of the following parameters: engine speed n, mixture temperature T gem .
Vorzugsweise ist der Motorregler mit einer Speichereinrichtung versehen, in welcher ein Kennfeld abgespeichert ist, aus welchem die Soll-Druckdifferenz Δpsoll in Abhängigkeit von den genannten Größen auslesbar ist.Preferably, the engine controller is provided with a memory device in which a map is stored, from which the target pressure difference Δp soll is readable in dependence on the variables mentioned.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Motorregler zur Angleichung der Ist-Druckdifferenz Δpist und der Soll-Druckdifferenz Δpsoll vorgesehen, indem die Ist-Druckdifferenz Δpist gemessen und mit der vorgegebenen Soll-Druckdifferenz Δpsoll verglichen wird, der Massenstrom des dem Mischer zugeführten gasförmigen Kraftstoffs im Sinne einer Verminderung des Unterschieds zwischen Ist-Druckdifferenz Δpist und Soll-Druckdifferenz Δpsoll verändert wird, die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung gemessen wird, der Massenstrom des vom Mischer zur Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs im Sinne einer Verminderung des Unterschieds zwischen Ist-Druckdifferenz Δpist und Soll-Druckdifferenz Δpsoll verändert wird, und die vorgenannten Schritte wiederholt werden, bis der Unterschied zwischen Ist- Druckdifferenz Δpist und Soll-Druckdifferenz Δpsoll eine vorgegebene Toleranzgrenze unterschreitet.According to a preferred embodiment of the invention, the engine governor for equalizing the actual pressure difference .DELTA.p is and the target pressure difference .DELTA.p soll provided by the actual pressure difference .DELTA.p is measured and compared with the predetermined desired pressure difference .DELTA.p soll , the mass flow of the is mixers supplied gaseous fuel in the sense of reducing the difference between actual pressure difference .DELTA.p and target pressure difference Ap is to be changed, the power delivered by the internal combustion engine is measured, the mass flow of the supplied from the mixer to the engine fuel-air mixture in the sense of is reduction of the difference between the actual pressure difference Ap and target pressure difference Ap is to be changed, and repeats the above steps until the difference between the actual pressure difference Δp is and target pressure difference Δp soll falls below a predetermined tolerance limit.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.in the The following will be an embodiment of Invention explained with reference to the drawing.
Es zeigt:It shows:
In
Im
weiteren Verlauf des Ansaugtrakts
Ein
elektronischer Motorregler
Eine
Druckmessvorrichtung
Alle
diese Größen TLuft, pabs, Δpist, TGem, sowie Drehzahl
n und mechanische Leistung Pmech werden über entsprechende
Eingänge
dem Motorregler
In
einer nicht eigens dargestellten Speichervorrichtung des elektronischen
Motorreglers
Für die Regelung
des Mischungsverhältnisses
des im Venturi-Mischer
Die
im Kennlinienfeld vorgegebene Soll-Druckdifferenz Δpsoll ist in erster Linie abhängig von
der vom Leistungssensor
Die
Angleichung der von der Druckmessvorrichtung
Bei
einer Abweichung zwischen der Ist-Druckdifferenz Δpist und der Soll-Druckdifferenz Δpsoll wird also die dem Venturi-Mischer
Der
beschriebene Vorgang wird solange wiederholt, bis die gemessene
Druckdifferenz Δpist und die Solldifferenz Δpsoll aus dem Kennfeld übereinstimmen bzw. eine vorgegebene
Toleranzgrenze unterschreiten. Da für eine bestimmte Leistungsanforderung
Pmech ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der
durch das Stellorgan
Die vorstehend beschriebenen Regelungsalgorithmen sind Beispiele, die Regelung kann selbstverständlich auch in einer anderen Weise erfolgen, mit der Zielsetzung, die Druckdifferenzen Δpsoll und Δpist anzugleichen.The control algorithms described above are examples, the control can of course be done in a different manner, with the aim of the pressure differences .DELTA.p soll and .DELTA.p is to be equalized.
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