EP2268915A1 - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine

Info

Publication number
EP2268915A1
EP2268915A1 EP09730419A EP09730419A EP2268915A1 EP 2268915 A1 EP2268915 A1 EP 2268915A1 EP 09730419 A EP09730419 A EP 09730419A EP 09730419 A EP09730419 A EP 09730419A EP 2268915 A1 EP2268915 A1 EP 2268915A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
measuring device
exhaust gas
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09730419A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Friedrich Gruber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Innio Jenbacher GmbH and Co OG
Original Assignee
GE Jenbacher GmbH and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GE Jenbacher GmbH and Co OHG filed Critical GE Jenbacher GmbH and Co OHG
Publication of EP2268915A1 publication Critical patent/EP2268915A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008Controlling each cylinder individually
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/146Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15Digital data processing
    • F02P5/1502Digital data processing using one central computing unit
    • F02P5/1512Digital data processing using one central computing unit with particular means concerning an individual cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D37/00Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for
    • F02D37/02Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for one of the functions being ignition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine, in particular a gas engine, comprising at least two combustion chambers for combustion of an air / fuel mixture, an exhaust manifold, are collected in the exhaust gases from the at least two combustion chambers, at least one measuring device for determining at least one substance in the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • a gas engine comprising at least two combustion chambers for combustion of an air / fuel mixture, an exhaust manifold, are collected in the exhaust gases from the at least two combustion chambers, at least one measuring device for determining at least one substance in the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • Internal combustion engines in particular gas engines usually have a plurality of combustion chambers for combustion of an air / fuel mixture.
  • the number of combustion chambers is expressed in the number of cylinders.
  • Large gas engines which are the most important field of application of the invention, are usually equipped with twelve, sixteen, twenty or more cylinders.
  • the lean concept is used in most gas engines, especially those with more than 500 kW engine power.
  • the air-fuel mixture is very heavily emaciated, that is, the ⁇ value, which indicates the ratio of air to fuel, is high.
  • a ⁇ value of 1 means a stoichiometric ratio of air or actually oxygen to fuel for complete combustion of the fuel
  • a ⁇ value> 1 means that more air is available than would be necessary for complete combustion of the fuel.
  • individual cylinders may have slightly different combustion behaviors, so that the NO x emissions and lean limits may and may be different. In particular, when these differences become too large, this involves considerable disadvantages in real engine operation. For example, individual cylinders may already knock while others are running at the misfire boundary.
  • Concepts are known where, by pressure indexing each cylinder, the combustion trajectories are measured and analyzed, and control and control algorithms are applied thereto to, for example, equalize the burns of the cylinders.
  • JP 2003-201904 A shows an internal combustion engine comprising four combustion chambers for combustion of an air-fuel mixture, an exhaust manifold, are collected in the exhaust gases from the four combustion chambers and four sensors for determining at least one substance in the exhaust gas of the internal combustion engine, wherein a control device in dependence engages the presence of a certain CO concentration at the exhaust gas recirculation valve and controls the amount of recirculated exhaust gas in the intake tract.
  • a control device in dependence engages the presence of a certain CO concentration at the exhaust gas recirculation valve and controls the amount of recirculated exhaust gas in the intake tract.
  • EP 1 561 930 A1 discloses an internal combustion engine with a control device in which the ⁇ value or a substitute parameter for ⁇ is controlled in dependence on the amount of fuel supplied or the fuel energy per time to achieve a predefinable NO x value.
  • the object is to provide an internal combustion engine in which these problems are reduced.
  • an internal combustion engine is to be provided in which the required NO x values can be maintained and in which the individual cylinders are not knocking or not at the misfire boundary.
  • an exhaust manifold In an internal combustion engine comprising at least two combustion chambers for combustion of an air / fuel mixture an exhaust manifold, are collected in the exhaust gases from the at least two combustion chambers, at least one measuring device for determining at least one substance in the exhaust gas of the internal combustion engine, which is arranged such that from each combustion chamber emitted exhaust gases are measurable with the measuring device and a control device and / or a control device which, depending on the presence of a substance or the amount of a substance in the exhaust gas of the respective combustion chamber, at least one parameter for influencing the combustion behavior in the respective combustion chamber, controls and / or controls, is provided, that the combustion behavior in the respective combustion chamber when deviating from a desired value to the target value equalizes.
  • an exhaust manifold In an internal combustion engine comprising at least two combustion chambers for combustion of an air / fuel mixture, an exhaust manifold, in the
  • Exhaust gases are collected from the at least two combustion chambers, at least one
  • Measuring device for determining at least one substance in the exhaust gas of
  • the measuring device is arranged such that the exhaust gases emitted from different combustion chambers are selectively measurable with a common measuring device.
  • the amount of fuel supplied could be changed.
  • different measures may be advantageous.
  • mixture supercharged gas engines ie in such internal combustion engines where a fuel / air mixture is compressed in a compression device and then supplied to the combustion chamber, it is ideally provided to readjust the ignition.
  • port injector in which the fuel is injected directly in the region of the inlet and, for example, compressed air is supplied, it may be advantageous to change the ⁇ value by changing the amount of fuel introduced by the port injector.
  • ⁇ value and / or ignition timing can be changed. In principle, any parameter that is suitable for optimizing the burning behavior can be set.
  • the object of the proposed method and the proposed internal combustion engine is in the preferred case, the equality of the cylinder of an internal combustion engine, in particular a gas engine in lean operation.
  • the measuring device comprises a NO x sensor, and that the measuring device determines the NO x concentration or the NO x content in the exhaust gas, since the NO x emission value of a cylinder very accurate conclusions about the combustion behavior in the combustion chamber respective cylinder permits. The equality of the individual cylinders thus takes place with regard to the NO x emission behavior.
  • the measuring device detects the presence of a substance or if the sensitivity of the measurement is set accordingly, that detection takes place only at a threshold value, that is, only a qualitative or semiquantitative measurement takes place.
  • the measuring device quantitatively detects the at least one substance so that an actual value (for example NO x content) is determined which permits ideal regulation of the individual cylinders.
  • an actual value for example NO x content
  • a control device and / or a control device which in
  • Exhaust gas of the respective combustion chamber at least one parameter for influencing the combustion behavior in the respective combustion chamber, controls and / or controls.
  • an internal combustion engine with a control device and / or control device can be provided in the preferred case that the amount of at least one detected substance from the exhaust gases emitted from each combustion chamber with the measuring device is measured or analyzed and from these values an average of the amount of substance over all Combustion chambers is formed, that is, for example, the average concentration of NO x is determined. This value is taken as the setpoint for the control. Subsequently, each individual combustion chamber is tracked to this setpoint by a parameter for influencing the combustion behavior is regulated. In practical terms, this essentially means that, starting from a measured average of a substance quantity, the standard deviation for this mean value is minimized by tracking this mean value.
  • the at least one parameter for influencing the combustion behavior in the respective combustion chamber is the ignition time.
  • this procedure can be omitted to determine the absolute amount of a substance, it in principle sufficient relative values, ie differences, and one uses only the deviations from the corresponding mean. In order to detect drifting phenomena, however, the determination of the absolute values of the respective substance is advantageous.
  • control device and / or control device could also be conceivable for the control device and / or control device to adjust the combustion behavior in the respective combustion chamber when deviating from a desired value to the combustion behavior of those combustion chambers which do not deviate from the desired value.
  • control device and / or control device adjusts the combustion behavior in the respective combustion chamber when deviating from a desired value to the desired value. For example, in order to analyze the respective combustion chamber, one could lead it to the edge region of the knock or misfire boundary in order to determine the optimum operating region of the combustion chamber.
  • the measurement of the corresponding emission, in particular NO x emission of the individual cylinders takes place in such a way that in the region of the exhaust gas outlet of each combustion chamber, a removal device is provided, via which a part of the exhaust gas can be removed.
  • a removal device may be attached to the exhaust ducts of the cylinder exhaust gas sampling probes over which a small portion of the exhaust gas, for example, connected by solenoid valves, is passed into a sample gas manifold, which is connected to a corresponding measuring device (for example, NO x -probe). Therefore, it is preferably provided that the removal device comprises at least one valve and further it is preferably provided that the removal device is connected to the measuring device at each combustion chamber.
  • a gas line leads from the sampling device to the measuring device.
  • a gas pipe for the Exhaust gases of all cylinders or combustion chambers provided. This is advantageous over the simplest embodiment of the invention in which a measuring device is set up at each exhaust gas outlet of a combustion chamber. Since this is on the one hand cost-intensive and on the other hand has the disadvantage that different measuring devices usually never come to the same measurement results, as they show a certain Messstreulude, the exhaust gases of each combustion chamber are analyzed with only one or a small number of measuring devices.
  • a common gas line in which only the exhaust gas of a combustion chamber is selectively guided to the measuring device by actuation of the individual valves has the advantage that only one measuring device is required and at certain intervals the exhaust gas values of individual combustion chambers can be determined. Further measuring devices are ideally provided only for redundancy purposes or for calibration purposes or for checking a measuring device.
  • FIG. 1 to 6 show in schematic representation six embodiments of internal combustion engines according to the invention.
  • Fig. 1 shows an internal combustion engine 1 according to the invention in the form of a supercharged gas engine in lean operation with sixteen combustion chambers 2a to 2p and sixteen cylinders 2a to 2p (in general, the combustion chambers are hereinafter referred to only with 2, if not on a specific cylinder or Combustion chamber should be referred to).
  • the combustion chambers 2 and cylinders 2 are each indicated in the form of the cylinder heads, which form an upper cylinder row 3 and a lower cylinder row 3 '.
  • In the individual combustion chambers 2 each an air / fuel mixture is burned.
  • the combusted mixture is collected in the region of the exhaust outlet of each cylinder 2 in an exhaust manifold 4.
  • Fig. 1 shows an internal combustion engine 1 according to the invention in the form of a supercharged gas engine in lean operation with sixteen combustion chambers 2a to 2p and sixteen cylinders 2a to 2p (in general, the combustion chambers are hereinafter referred to only with 2, if not on a specific
  • the exhaust gas outlets are covered by the removal device with the reference numeral 11, which will be described below.
  • the upper cylinder row 3 has the exhaust gas outlets in the image plane oriented upwards, the lower cylinder row 3 'downwards.
  • the exhaust manifold 4 leads the exhaust gases to an exhaust gas turbine 5, which via a shaft 6 a Compressor 7 drives.
  • a fuel-air mixture is compressed.
  • the fuel-air mixture is produced in a gas mixer 8 from air supply 9 and fuel supply 10 (actually propellant gas supply).
  • the fuel-air mixture is led to the cylinders 2 and combustion chambers 2, where this is ignited, for example ottomotorisch by means of an ignition device (not shown in FIG. 1), whereby it comes to the combustion.
  • a control device 16 or a control device can on 17
  • Cylinder 2a a parameter for influencing the combustion behavior is controlled or controlled, if the substance does not comply with a certain predeterminable limit, which in the simplest case is the average over all combustion chambers 2a to 2p.
  • a second cylinder 2b can now be analyzed. For this purpose, measuring gas is taken from the cylinder 2b by opening the switching device 12 on the cylinder 2b. At this time, no measurement gas is taken from the remaining cylinders 2a and 2c to 2p by closing the switching devices 12 at these cylinders 2a, 2c-2p. In this way, all the cylinders 2a-2p can be analyzed in sequence and subsequently tracked or equalized. In the case of gas engines, such equality is favorably carried out at intervals of at least 100 operating hours.
  • FIG. 2 shows a variant that differs from the variant of FIG. 1 only in that two measuring devices 14, 14 'are provided, which can be connected via switching devices 18, 19. Such an embodiment is characterized by a higher reliability, which is achieved by redundancy of the measuring devices 14, 14 '.
  • two or more measuring devices 14, 14 ' have the advantage that, when a measuring device 14 is replaced by a new measuring device 14, "the measuring device 14' remaining in the internal combustion engine can be used to calibrate the new measuring device 14", since measuring devices 14, 14 ' As a rule, have a measurement spread, which can be determined so at the beginning of commissioning a new measuring device 14 ".
  • FIG. 3 shows that in addition to the measurement gas from the individual cylinders 2 a to 2 p, the total exhaust gas values, in particular the NCV values of the
  • a gas sampling device 22 is provided in the exhaust manifold 4.
  • the removal of the sample gas from the exhaust manifold 4 is preferably carried out in front of the exhaust gas turbine 5, since there is about the same pressure as can be set at the sampling point for the cylinder exhaust gas and thus defined volume flows.
  • the following measurement tasks can be fulfilled:
  • Switching device 18 closed, switching devices 19 and 20 open: Measuring devices 14 and 14 'measure the same measuring gas, so that a mutual control of the measuring devices 14 and 14' is possible.
  • Both measuring devices 14, 14 ' can be used either for the equalization procedure or for the permanent measurement for a closed-loop exhaust emission control, preferably closed-loop NOx control, and the switching devices 18, 19, 20, 21 can be so switched be that to both measuring devices 14, 14 'the same sample gas is passed.
  • a closed-loop exhaust emission control preferably closed-loop NOx control
  • the exhaust gas from the exhaust gas outlet of the cylinder 2 a is conducted separately from the exhaust gas of the remaining cylinders 2 b through 2 p to the measuring device 14, where the exhaust gas values, preferably NO x concentration, are determined.
  • the exhaust gas values preferably NO x concentration
  • the equalization of the cylinders 2a to 2p with each other is required only in longer transit time intervals of the internal combustion engine 1 (for example, about every 100 to 500 operating hours), the measurement procedure itself takes only about one hour, so it makes sense, a measuring device 14 for several or all Cylinder to use.
  • the measuring devices 14, 14 ' have measured value differences which preclude exact equality if a separate measuring device 14 is used for each cylinder 2a to 2p.
  • the exhaust gases of the individual cylinders 2 a to 2 p are separated, for example via magnetic valves 12, and connected in succession to the common measuring gas line 15 to the measuring device 14.
  • the measured value is stored in the control unit 16 or control device of the engine management system in the data memory and further processed.
  • the exhaust gases of all cylinders 2a-2p are measured, the data is processed.
  • the necessary control interventions or interventions of the control device are calculated and the corrective measures are initiated.
  • the equalization of the cylinders 2a to 2p by changing or adjusting the ignition timing of the individual cylinders 2a to 2p. It has been shown in the experiment and in practice that this equality of the NO x emission of the cylinder 2a-2p are given optimal conditions for the efficiency and performance of the internal combustion engine at the same time. In particular, then the distances of the individual cylinders 2a-2p are sufficiently equal to the knock and misfire limit.
  • a variant is shown, which substantially corresponds to the variant of Fig. 1, but which could be just as well as one of the other variants.
  • the switching devices 12 were mounted at a distance from the exhaust gas outlets of the individual combustion chambers 2a to 2p, since the corresponding switching devices 12 are thus subject to a lower thermal load.
  • FIG. 6 only shows a section of an internal combustion engine, where, in contrast to the switching devices 12 provided in the variants of FIGS. 1 to 5, only one switching device 23 is provided on each combustion chamber 2 a to 2 p, via which the exhaust gas each of a single cylinder 2a measuring device 14 is switchable, while the exhaust gases of the remaining cylinders 2b to 2g are switched off.
  • the switching device 23 By actuating the switching device 23, for example, another cylinder 2b can be switched on, while the remaining cylinders 2a, 2c to 2g are switched away.
  • the switching device 23 is designed such that selectively a combustion chamber 2a is switchable, while the remaining combustion chambers 2b to 2g are switched off.
  • the switching device 23 has at least as many switching states as combustion chambers are present.
  • the equalization of the cylinders 2a-2p should be done conveniently during a constant engine load in the engine full load. Namely, at engine full load, the differences of the cylinders 2a to 2p are most significant.
  • the emission values measured via the NO x sensors are related to the current engine power or various boundary conditions in the evaluation process. If a heavy load reduction or motor setting occurs during a measuring procedure, the measuring procedure is stopped and only resumed when the conditions for starting the procedure are met again. It is sufficient if the last measured cylinder 2a is measured again and then continued with the rest. After the sample exhaust gas has passed the measuring device 14, it is introduced into the exhaust gas line of the internal combustion engine 1 downstream of the exhaust gas turbine 5 (but before any catalytic converter or any exhaust gas aftertreatment device).
  • the differences of the cylinders 2a to 2p in the exhaust emission and, in particular, in the NO x emission result from different combustion processes and combustion conditions.
  • the reasons for this can be manifold, often there are, for example, different tolerance positions of the components, differences in temperature, pressure and ⁇ values at the intake manifold of the cylinder 2, etc. These causes generally do not change or do not change significantly over the operating time.
  • a cause for differences can also be combustion chamber deposits, which can vary from cylinder 2a to cylinder 2b differently over time. Cylinder differences change very slowly over time, so corrections and adjustments are rarely required.
  • the operating time for the measuring device 14 for a total of some 100 hours results for an operating time of 30,000 operating hours.
  • NO x sensors have been tested over several thousand hours of operation without any significant change in the accuracy of the measurement. Due to the overall short service life of the measuring device 14, the proposed method can also be used in internal combustion engines 1, which are operated with problem-laden propellant gases, where traces of chemical compounds with damage potential for sensor components are contained in the exhaust gas, such as biogas.
  • the entire apparatus for the proposed method is designed for the entire life of the engine system and requires only minimal maintenance and servicing.
  • the NOx emission of the entire engine can be measured or determined.
  • a permanent NOx measurement is required for a continuous NOx control of the internal combustion engine 1 in the form of a "closed-loop control" .
  • a separate NOx sensor that is constantly with the exhaust gas flow of the internal combustion engine (eg after leaving the Exhaust turbine 5) is in contact.
  • the NOx sensor (s) used for cylinder equalization can also be used to monitor or calibrate the (separate) NOx sensor for closed-loop control.
  • the sensors are connected in series or in parallel by means of suitable cable routing, so that they are supplied with "sample gas.” The function or the sensors can be deduced from the given or missing correspondence of the measured values.
  • Exhaust gases of internal combustion engines 1 contain water vapor, which condenses at temperatures below the dew point (at lean burns about 60 - 70 0 C). Since that
  • the entire device could be designed to be heated and insulated.
  • Another possibility is, for example, to allow the lines to flow through with small amounts of exhaust gas even outside the measuring cycles in order to keep the lines at a temperature in combination with appropriate insulation.
  • Yet another possibility is to use 14 condensate before the or the measuring device (s).
  • the NOx sensors it may be useful to precede or follow the calibration procedure with a calibration procedure. For example, by introducing air into the sample gas line, a zero adjustment can take place, or calibration of the measuring devices 14, 14 'can take place by introducing a calibration gas.
  • a potential problem for the correct implementation of the equality procedure could be that one or more of the switching devices 12, 18, 19, 20, 21 in the closed state are not sufficiently dense and thereby the measured values are falsified.
  • an additional switching device may be used, for example in the form of a solenoid valve in front of the measuring device 14, which is closed outside the measurement procedure as all other switching devices.
  • the pressure in the line to the additional switching device rises in front of the measuring device. This can be detected by inserting a pressure sensor in the pipe.

Abstract

The invention relates to an internal combustion engine (1) comprising at least two combustion chambers (2a-2p) for combusting an air/fuel mixture, an exhaust collector duct (4) in which the exhaust gas originating from the at least two combustion chambers (2a-2p) is collected, at least one measuring device (14, 14') for determining at least one substance in the exhaust gas of the internal combustion engine (1), the measuring device (14, 14') being arranged in such a manner that the exhaust gas emitted by each combustion chamber (2a-2p) can be measured by the measuring device (14, 14').

Description

Brennkraftmaschine Internal combustion engine
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Gasmotor, umfassend zumindest zwei Brennräume zur Verbrennung eines Luft/Brennstoffgemisches, eine Abgassammelleitung, in dem Abgase aus den zumindest zwei Brennräumen gesammelt werden, zumindest eine Messeinrichtung zur Bestimmung zumindest eines Stoffes im Abgas der Brennkraftmaschine.The invention relates to an internal combustion engine, in particular a gas engine, comprising at least two combustion chambers for combustion of an air / fuel mixture, an exhaust manifold, are collected in the exhaust gases from the at least two combustion chambers, at least one measuring device for determining at least one substance in the exhaust gas of the internal combustion engine.
Brennkraftmaschinen, insbesondere Gasmotoren weisen meist mehrere Brennräume zur Verbrennung eines Luft/Brennstoffgemisches auf. Bei herkömmlicher Zylinderbauweise der Brennkraftmaschine wird die Anzahl der Brennräume in der Zylinderzahl ausgedrückt. Große Gasmotoren, die das wichtigste Einsatzgebiet der Erfindung betreffen, werden meist mit zwölf, sechzehn, zwanzig oder mehr Zylindern ausgestattet. Zur Einhaltung der Schadstoffgrenzwerte wird bei den meisten Gasmotoren, insbesondere bei jenen über 500 kW Motorleistung, das Magerkonzept angewendet. Dabei wird das Luft-Treibstoff-Gemisch sehr stark abgemagert, d.h., dass der λ-Wert, der das Verhältnis von Luft zu Treibstoff angibt, hoch gewählt wird. Ein λ- Wert von 1 bedeutet eine stöchiometrisches Verhältnis von Luft bzw. eigentlich Sauerstoff zu Treibstoff zur vollständigen Verbrennung des Treibstoffes, ein λ-Wert > 1 bedeutet, dass mehr Luft vorhanden ist, als zur vollständigen Verbrennung des Treibstoffes notwendig wäre. Aufgrund der mit der mageren Betriebsweise ebenfalls stark abnehmenden Verbrennungstemperatur wird die NOx-Bildung im Abgas weitgehend unterdrückt. Bei sehr mageren Gemischeinstellung bewegen sich die Brennkraftmaschinen in der Nähe der Aussetzergrenze, sodass oft nur geringfügige λ- Abweichungen zu einer Überschreitung dieser Grenze und damit zu Betriebsstörungen führen können.Internal combustion engines, in particular gas engines usually have a plurality of combustion chambers for combustion of an air / fuel mixture. In conventional cylinder construction of the internal combustion engine, the number of combustion chambers is expressed in the number of cylinders. Large gas engines, which are the most important field of application of the invention, are usually equipped with twelve, sixteen, twenty or more cylinders. To comply with the pollutant limit values, the lean concept is used in most gas engines, especially those with more than 500 kW engine power. In this case, the air-fuel mixture is very heavily emaciated, that is, the λ value, which indicates the ratio of air to fuel, is high. A λ value of 1 means a stoichiometric ratio of air or actually oxygen to fuel for complete combustion of the fuel, a λ value> 1 means that more air is available than would be necessary for complete combustion of the fuel. Because of the lean mode of operation also strongly decreasing combustion temperature, the NO x formation in the exhaust gas is largely suppressed. In the case of a very lean mixture setting, the internal combustion engines move in the vicinity of the misfire limit, so that often only slight λ deviations can lead to an exceeding of this limit and thus to malfunctions.
Bei Vielzylindermotoren können einzelne Zylinder ein etwas unterschiedliches Verbrennungsverhalten aufweisen, sodass die NOx-Emission und die Magergrenzen jeweils unterschiedlich sein können und in der Regel auch sind. Insbesondere wenn diese Unterschiede zu groß werden, sind damit erhebliche Nachteile im realen Motorbetrieb verbunden. Beispielsweise können einzelne Zylinder bereits klopfen, während andere an der Aussetzergrenze laufen. Es sind Konzepte bekannt, wo durch Druckindizierung jedes Zylinders die Verbrennungsverläufe gemessen und analysiert werden und darauf Regel- und Steueralgorithmen aufgesetzt werden, um beispielsweise die Verbrennungen der Zylinder einander anzugleichen. Die JP 2003-201904 A zeigt eine Brennkraftmaschine, umfassend vier Brennräume zur Verbrennung eines Luft-Brennstoffgemischs, eine Abgassammelleitung, in der Abgase aus den vier Brennräumen gesammelt werden und vier Sensoren zur Bestimmung zumindest eines Stoffes im Abgas der Brennkraftmaschine, wobei eine Regeleinrichtung in Abhängigkeit vom Vorhandensein einer bestimmten CO-Konzentration am Abgas-Umluftventil eingreift und die rückgeführte Abgasmenge in den Einlasstrakt regelt. Diese Konzepte sind jedoch relativ aufwändig und die Standzeiten der Drucksensoren sind noch nicht ausreichend abgesichert. Die EP 1 561 930 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit Regeleinrichtung, bei der zum Erreichen eines vorgebbaren NOx -Wertes der λ-Wert oder ein Ersatzparameter für λ in Abhängigkeit der zugeführten Brennstoffmenge oder der Brennstoffenergie pro Zeit geregelt wird.In multi-cylinder engines, individual cylinders may have slightly different combustion behaviors, so that the NO x emissions and lean limits may and may be different. In particular, when these differences become too large, this involves considerable disadvantages in real engine operation. For example, individual cylinders may already knock while others are running at the misfire boundary. Concepts are known where, by pressure indexing each cylinder, the combustion trajectories are measured and analyzed, and control and control algorithms are applied thereto to, for example, equalize the burns of the cylinders. JP 2003-201904 A shows an internal combustion engine comprising four combustion chambers for combustion of an air-fuel mixture, an exhaust manifold, are collected in the exhaust gases from the four combustion chambers and four sensors for determining at least one substance in the exhaust gas of the internal combustion engine, wherein a control device in dependence engages the presence of a certain CO concentration at the exhaust gas recirculation valve and controls the amount of recirculated exhaust gas in the intake tract. However, these concepts are relatively complex and the service lives of the pressure sensors are not sufficiently secured. EP 1 561 930 A1 discloses an internal combustion engine with a control device in which the λ value or a substitute parameter for λ is controlled in dependence on the amount of fuel supplied or the fuel energy per time to achieve a predefinable NO x value.
Ausgehend vom Stand der Technik ist man vor die Aufgabe gestellt eine Brennkraftmaschine bereit zu stellen, bei der diese Probleme vermindert sind. Insbesondere soll eine Brennkraftmaschine bereit gestellt werden, bei der die geforderten NOx Werte eingehalten werden können und bei der die einzelnen Zylinder nicht Klopfen bzw. sich nicht an der Aussetzergrenze befinden.Based on the state of the art, the object is to provide an internal combustion engine in which these problems are reduced. In particular, an internal combustion engine is to be provided in which the required NO x values can be maintained and in which the individual cylinders are not knocking or not at the misfire boundary.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is solved by the features of the independent claims.
Bei einer Brennkraftmaschine umfassend zumindest zwei Brennräume zur Verbrennung eines Luft/Brennstoffgemisches eine Abgassammelleitung, in der Abgase aus den zumindest zwei Brennräumen gesammelt werden, zumindest eine Messeinrichtung zur Bestimmung zumindest eines Stoffes im Abgas der Brennkraftmaschine, welche derart angeordnet ist, dass die von jedem Brennraum abgegebenen Abgase mit der Messeinrichtung messbar sind und eine Regeleinrichtung und/oder eine Steuereinrichtung, welche in Abhängigkeit vom Vorhandensein eines Stoffes oder von der Menge eines Stoffes im Abgas des jeweiligen Brennraums, wenigstens einen Parameter zur Beeinflussung des Brennverhaltens im jeweiligen Brennraum, regelt und/oder steuert, ist vorgesehen, dass das Brennverhalten im jeweiligen Brennraum bei Abweichen von einem Sollwert auf den Sollwert angleicht.In an internal combustion engine comprising at least two combustion chambers for combustion of an air / fuel mixture an exhaust manifold, are collected in the exhaust gases from the at least two combustion chambers, at least one measuring device for determining at least one substance in the exhaust gas of the internal combustion engine, which is arranged such that from each combustion chamber emitted exhaust gases are measurable with the measuring device and a control device and / or a control device which, depending on the presence of a substance or the amount of a substance in the exhaust gas of the respective combustion chamber, at least one parameter for influencing the combustion behavior in the respective combustion chamber, controls and / or controls, is provided, that the combustion behavior in the respective combustion chamber when deviating from a desired value to the target value equalizes.
Bei einer Brennkraftmaschine umfassend zumindest zwei Brennräume zur Verbrennung eines Luft/Brennstoffgemisches, eine Abgassammelleitung, in derIn an internal combustion engine comprising at least two combustion chambers for combustion of an air / fuel mixture, an exhaust manifold, in the
Abgase aus den zumindest zwei Brennräumen gesammelt werden, zumindest eineExhaust gases are collected from the at least two combustion chambers, at least one
Messeinrichtung zur Bestimmung zumindest eines Stoffes im Abgas derMeasuring device for determining at least one substance in the exhaust gas of
Brennkraftmaschine, ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung derart angeordnet ist, dass die von verschiedenen Brennräumen abgegebenen Abgase selektiv mit einer gemeinsamen Messeinrichtung messbar sind.Internal combustion engine, it is provided that the measuring device is arranged such that the exhaust gases emitted from different combustion chambers are selectively measurable with a common measuring device.
Während beim Stand der Technik Abgaswerte immer nur entweder in der Abgassammelleitung gemessen und somit nur die Summe der Abgase bzw. ein Mittelwert eines Abgaswertes aller Brennräume, oder die Abgase jedes einzelnen Zylinders einzeln mit einer eigenen Messeinrichtung analysiert werden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Abgase jedes einzelnen Brennraums bzw. jedes Zylinders mit einer gemeinsamen Messeinrichtung und dennoch selektiver zu analysieren bzw. das Brennverhalten im jeweiligen Brennraum selektiv zu regeln bzw. steuern. Damit kann auf das Brennverhalten des jeweiligen Brennraumes zurückgeschlossen und bei Abweichungen vom Idealzustand eine entsprechende Maßnahme getroffen werden. Im einfachsten Fall könnte man den Zylinder einfach nur abschalten, was aber nicht wünschenswert ist, da so Leistung verloren geht. Im Idealfall wird man daher einen Regeleingriff oder einen Eingriff an der Steuerung am jeweiligen Zylinder bzw. Brennraum vornehmen und bestimmte Betriebsparameter zur Beeinflussung des Brennverhaltens nachjustieren. Beispielsweise könnte die zugeführte Brennstoffmenge verändert werden. Je nach Betriebsweise des Motors können unterschiedliche Maßnahmen vorteilhaft sein. Bei Gemischaufgeladenen Gasmotoren, d.h. bei solchen Brennkraftmaschinen wo ein Treibstoff/Luftgemisch in einer Verdichtungseinrichtung verdichtet und dann dem Brennraum zugeführt wird, ist idealerweise vorgesehen den Zündzeitpunkt nachzujustieren. Bei Motoren mit Port- Injektor, bei denen der Treibstoff direkt im Bereich des Einlasses eingeblasen wird und beispielsweise verdichtete Luft zugeführt wird, kann es vorteilhaft sein, den λ-Wert durch Veränderung der mittels des Port-Injektors eingeleiteten Treibstoffmenge zu verändern. Bei gemischten Konzepten, d.h. solchen, wo eine gemischaufgeladene Betriebsweise mit einem Port-Injektor kombiniert wird, können λ-Wert und / oder Zündzeitpunkt verändert werden. Im Prinzip kann jeder Parameter, der geeignet ist, das Brennverhalten zu optimieren, eingestellt werden.While in the prior art exhaust values are measured only either in the exhaust manifold and thus only the sum of the exhaust gases or an average value of exhaust gas value of all combustion chambers, or the exhaust gases of each cylinder individually analyzed with its own measuring device, according to the invention, the exhaust gases each individual combustion chamber or each cylinder with a common measuring device and yet to analyze more selectively or to regulate or control the combustion behavior in the respective combustion chamber selectively. This can be deduced on the burning behavior of the respective combustion chamber and a measure can be taken in deviations from the ideal state. In the simplest case you could just turn off the cylinder, which is not desirable because it loses power. Ideally, therefore, one will make a control intervention or an intervention on the control of the respective cylinder or combustion chamber and readjust certain operating parameters for influencing the combustion behavior. For example, the amount of fuel supplied could be changed. Depending on the mode of operation of the engine, different measures may be advantageous. In mixture supercharged gas engines, ie in such internal combustion engines where a fuel / air mixture is compressed in a compression device and then supplied to the combustion chamber, it is ideally provided to readjust the ignition. In engines with port injector in which the fuel is injected directly in the region of the inlet and, for example, compressed air is supplied, it may be advantageous to change the λ value by changing the amount of fuel introduced by the port injector. In mixed concepts, ie those where a mixed-loaded Operation is combined with a port injector, λ value and / or ignition timing can be changed. In principle, any parameter that is suitable for optimizing the burning behavior can be set.
Die Zielsetzung des vorgeschlagenen Verfahrens und der vorgeschlagenen Brennkraftmaschine ist im bevorzugten Fall die Gleichstellung der Zylinder einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Gasmotors in magerer Betriebsweise. Im bevorzugten Fall ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung einen NOx-Sensor umfasst, und dass die Messeinrichtung die NOx Konzentration bzw. den NOx Gehalt im Abgas ermittelt, da der NOx Emissionswert eines Zylinders sehr genaue Rückschlüsse auf das Brennverhalten im Brennraum des jeweiligen Zylinders zulässt. Die Gleichstellung der einzelnen Zylinder erfolgt somit hinsichtlich des NOx-Emissions-Verhaltens.The object of the proposed method and the proposed internal combustion engine is in the preferred case, the equality of the cylinder of an internal combustion engine, in particular a gas engine in lean operation. In the preferred case, it is provided that the measuring device comprises a NO x sensor, and that the measuring device determines the NO x concentration or the NO x content in the exhaust gas, since the NO x emission value of a cylinder very accurate conclusions about the combustion behavior in the combustion chamber respective cylinder permits. The equality of the individual cylinders thus takes place with regard to the NO x emission behavior.
Im einfachsten Fall reicht es aus, wenn die Messeinrichtung das Vorhandensein eines Stoffes delektiert bzw. die Empfindlichkeit der Messung entsprechend eingestellt ist, dass eine Detektion erst bei einem Schwellenwert erfolgt, d.h., es erfolgt nur eine qualitative oder semiquantitative Messung.In the simplest case, it suffices if the measuring device detects the presence of a substance or if the sensitivity of the measurement is set accordingly, that detection takes place only at a threshold value, that is, only a qualitative or semiquantitative measurement takes place.
Im bevorzugten Fall ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung den zumindest einen Stoff quantitativ erfasst, sodass ein tatsächlicher Wert (bspw. NOx Gehalt) ermittelt wird, der eine ideale Regelung der einzelnen Zylinder zulässt. Vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass eine Regeleinrichtung und/oder eine Steuereinrichtung, welche inIn the preferred case, it is provided that the measuring device quantitatively detects the at least one substance so that an actual value (for example NO x content) is determined which permits ideal regulation of the individual cylinders. Preferably, it is therefore provided that a control device and / or a control device, which in
Abhängigkeit vom Vorhandensein eines Stoffes oder von der Menge eines Stoffes imDependence on the presence of a substance or on the amount of a substance in the body
Abgas des jeweiligen Brennraums, wenigstens einen Parameter zur Beeinflussung des Brennverhaltens im jeweiligen Brennraum, regelt und/oder steuert.Exhaust gas of the respective combustion chamber, at least one parameter for influencing the combustion behavior in the respective combustion chamber, controls and / or controls.
Bei einer solchen Brennkraftmaschine mit Regeleinrichtung und / oder Steuereinrichtung kann im bevorzugten Fall vorgesehen sein, dass die Menge des zumindest einen erfassten Stoffes aus den von jedem Brennraum abgegebenen Abgasen mit der Messeinrichtung gemessen bzw. analysiert wird und aus diesen Werten ein Mittelwert der Stoffmenge über alle Brennräume gebildet wird, d.h., es wird z.B. die mittlere Konzentration an NOx bestimmt. Dieser Wert wird als Sollwert für die Regelung genommen. Anschließend wird jeder einzelne Brennraum auf diesen Sollwert nachgeführt, indem ein Parameter zur Beeinflussung des Brennverhaltens geregelt wird. Praktisch bedeutet dies im Wesentlichen, dass - ausgehend von einem gemessenen Mittelwert einer Stoffmenge, die Standardabweichung für diesen Mittelwert minimiert wird, indem auf diesen Mittelwert nachgeführt wird. Wie bereits angedeutet ist bevorzugt vorgesehen, dass der wenigstens eine Parameter zur Beeinflussung des Brennverhaltens im jeweiligen Brennraum der Zündzeitpunkt ist. In der Praxis kann bei dieser Vorgehensweise darauf verzichtet werden, die Absolutmenge eines Stoffes zu bestimmen, es reichen im Prinzip relative Werte, d.h. Differenzen, aus und man bedient sich nur der Abweichungen vom entsprechenden Mittelwert. Um Drifterscheinungen zu erkennen, ist allerdings die Bestimmung der Absolutwerte des jeweiligen Stoffes vorteilhaft.In such an internal combustion engine with a control device and / or control device can be provided in the preferred case that the amount of at least one detected substance from the exhaust gases emitted from each combustion chamber with the measuring device is measured or analyzed and from these values an average of the amount of substance over all Combustion chambers is formed, that is, for example, the average concentration of NO x is determined. This value is taken as the setpoint for the control. Subsequently, each individual combustion chamber is tracked to this setpoint by a parameter for influencing the combustion behavior is regulated. In practical terms, this essentially means that, starting from a measured average of a substance quantity, the standard deviation for this mean value is minimized by tracking this mean value. As already indicated, it is preferably provided that the at least one parameter for influencing the combustion behavior in the respective combustion chamber is the ignition time. In practice, this procedure can be omitted to determine the absolute amount of a substance, it in principle sufficient relative values, ie differences, and one uses only the deviations from the corresponding mean. In order to detect drifting phenomena, however, the determination of the absolute values of the respective substance is advantageous.
In einer alternativen Variante wäre es auch denkbar, dass die Regeleinrichtung und/oder Steuereinrichtung das Brennverhalten im jeweiligen Brennraum bei Abweichen von einem Sollwert, auf das Brennverhalten jener Brennräume angleicht, welche vom Sollwert nicht abweichen. In einer weiteren Alternative könnte vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung und/oder Steuereinrichtung das Brennverhalten im jeweiligen Brennraum bei Abweichen von einem Sollwert auf den Sollwert angleicht. Beispielsweise könnte man, um den jeweiligen Brennraum zu analysieren, diesen an den Randbereich der Klopf- oder Aussetzergrenze führen, um den optimalen Betriebsbereich des Brennraumes zu ermitteln.In an alternative variant, it would also be conceivable for the control device and / or control device to adjust the combustion behavior in the respective combustion chamber when deviating from a desired value to the combustion behavior of those combustion chambers which do not deviate from the desired value. In a further alternative it could be provided that the control device and / or control device adjusts the combustion behavior in the respective combustion chamber when deviating from a desired value to the desired value. For example, in order to analyze the respective combustion chamber, one could lead it to the edge region of the knock or misfire boundary in order to determine the optimum operating region of the combustion chamber.
Die Messung der entsprechenden Emission, insbesondere NOx-Emission der einzelnen Zylinder erfolgt in der Art und Weise, dass im Bereich des Abgasauslasses jedes Brennraumes eine Entnahmevorrichtung vorgesehen ist, über die ein Teil des Abgases entnehmbar ist. Zum Beispiel können an den Auslasskanälen der Zylinder Abgasentnahmesonden angebracht sein, über die ein geringer Teil des Abgases, beispielsweise durch Magnetventile geschalten, in eine Messgassammelleitung geleitet wird, die mit einer entsprechenden Messeinrichtung (beispielsweise NOx-Messsonde) verbunden ist. Daher ist bevorzugt vorgesehen, dass die Entnahmevorrichtung wenigstens ein Ventil umfasst und weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Entnahmevorrichtung an jedem Brennraum mit der Messeinrichtung verbunden ist.The measurement of the corresponding emission, in particular NO x emission of the individual cylinders takes place in such a way that in the region of the exhaust gas outlet of each combustion chamber, a removal device is provided, via which a part of the exhaust gas can be removed. For example, may be attached to the exhaust ducts of the cylinder exhaust gas sampling probes over which a small portion of the exhaust gas, for example, connected by solenoid valves, is passed into a sample gas manifold, which is connected to a corresponding measuring device (for example, NO x -probe). Therefore, it is preferably provided that the removal device comprises at least one valve and further it is preferably provided that the removal device is connected to the measuring device at each combustion chamber.
Weiters kann vorgesehen sein, dass von der Entnahmevorrichtung eine Gasleitung zur Messeinrichtung führt. Im Idealfall ist weiters eine gemeinsame Gasleitung für die Abgase aller Zylinder bzw. Brennräume vorgesehen. Dies ist vorteilhaft gegenüber der einfachsten Ausführung der Erfindung bei der an jedem Abgasauslass eines Brennraumes eine Messeinrichtung eingerichtet ist. Da dies aber einerseits kostenintensiv ist und andererseits den Nachteil hat, dass verschiedene Messeinrichtungen meist nie zu denselben Messergebnissen kommen, da sie eine gewisse Messstreubreite zeigen, werden die Abgase jedes Brennraumes mit nur einer oder einer geringen Zahl an Messeinrichtungen analysiert. Eine gemeinsame Gasleitung in der selektiv durch Betätigung der einzelnen Ventile immer nur das Abgas eines Brennraumes zur Messeinrichtung geführt wird, hat den Vorteil, dass nur eine Messeinrichtung benötigt wird und in bestimmten Abständen die Abgaswerte einzelner Brennräume ermittelbar sind. Weitere Messeinrichtungen sind im Idealfall nur zu Redundanzzwecken oder zu Eichzwecken bzw. zum Überprüfen einer Messeinrichtung vorgesehen.Furthermore, it can be provided that a gas line leads from the sampling device to the measuring device. Ideally, there is also a common gas pipe for the Exhaust gases of all cylinders or combustion chambers provided. This is advantageous over the simplest embodiment of the invention in which a measuring device is set up at each exhaust gas outlet of a combustion chamber. Since this is on the one hand cost-intensive and on the other hand has the disadvantage that different measuring devices usually never come to the same measurement results, as they show a certain Messstreubreite, the exhaust gases of each combustion chamber are analyzed with only one or a small number of measuring devices. A common gas line in which only the exhaust gas of a combustion chamber is selectively guided to the measuring device by actuation of the individual valves has the advantage that only one measuring device is required and at certain intervals the exhaust gas values of individual combustion chambers can be determined. Further measuring devices are ideally provided only for redundancy purposes or for calibration purposes or for checking a measuring device.
Weitere Vorteile und Details der Erfindung sowie zusätzliche Aspekte ergeben sich aus den folgenden Figuren und Figurenbeschreibungen.Further advantages and details of the invention as well as additional aspects emerge from the following figures and description of the figures.
Es zeigen die Fig. 1 bis 6 in schematisierter Darstellung sechs Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Brennkraftmaschinen.1 to 6 show in schematic representation six embodiments of internal combustion engines according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 in der Form eines gemischaufgeladenen Gasmotors in magerer Betriebsweise mit sechzehn Brennräumen 2a bis 2p bzw. sechzehn Zylindern 2a bis 2p (allgemein werden die Brennräume im folgenden nur mehr mit 2 bezeichnet, wenn nicht auf einen speziellen Zylinder bzw. Brennraum Bezug genommen werden soll). Die Brennräume 2 bzw. Zylinder 2 sind jeweils in Form der Zylinderköpfe angedeutet, die eine obere Zylinderreihe 3 und eine untere Zylinderreihe 3' bilden. In den einzelnen Brennräumen 2 wird jeweils ein Luft/Brennstoffgemisch verbrannt. Wie beim Stand der Technik auch, wird das verbrannte Gemisch im Bereich des Abgasauslasses jedes Zylinders 2 in einer Abgassammelleitung 4 gesammelt. In der Fig. 1 sind die Abgasauslässe durch die Entnahmevorrichtung mit den Bezugszeichen 11 verdeckt, die weiter unten beschrieben werden. Die obere Zylinderreihe 3 hat die Abgasauslässe in der Bildebene nach oben orientiert, die untere Zylinderreihe 3' nach unten. Die Abgassammelleitung 4 führt die Abgase zu einer Abgasturbine 5, die über eine Welle 6 eine Verdichtungseinrichtung 7 antreibt. In der Verdichtungseinrichtung 7 wird ein Treibstoff- Luftgemisch verdichtet. Das Treibstoff-Luftgemisch wird in einem Gasmischer 8 aus Luftzufuhr 9 und Treibstoffzufuhr 10 (eigentlich Treibgaszufuhr) hergestellt. Von der Verdichtungseinrichtung 7 wird das Treibstoff-Luftgemisch zu den Zylindern 2 bzw. Brennräumen 2 geführt, wo dieses beispielsweise ottomotorisch mittels einer Zündeinrichtung (in der Fig. 1 nicht gezeigt) gezündet wird, wodurch es zur Verbrennung kommt.Fig. 1 shows an internal combustion engine 1 according to the invention in the form of a supercharged gas engine in lean operation with sixteen combustion chambers 2a to 2p and sixteen cylinders 2a to 2p (in general, the combustion chambers are hereinafter referred to only with 2, if not on a specific cylinder or Combustion chamber should be referred to). The combustion chambers 2 and cylinders 2 are each indicated in the form of the cylinder heads, which form an upper cylinder row 3 and a lower cylinder row 3 '. In the individual combustion chambers 2 each an air / fuel mixture is burned. As in the prior art also, the combusted mixture is collected in the region of the exhaust outlet of each cylinder 2 in an exhaust manifold 4. In Fig. 1, the exhaust gas outlets are covered by the removal device with the reference numeral 11, which will be described below. The upper cylinder row 3 has the exhaust gas outlets in the image plane oriented upwards, the lower cylinder row 3 'downwards. The exhaust manifold 4 leads the exhaust gases to an exhaust gas turbine 5, which via a shaft 6 a Compressor 7 drives. In the compression device 7, a fuel-air mixture is compressed. The fuel-air mixture is produced in a gas mixer 8 from air supply 9 and fuel supply 10 (actually propellant gas supply). From the compression device 7, the fuel-air mixture is led to the cylinders 2 and combustion chambers 2, where this is ignited, for example ottomotorisch by means of an ignition device (not shown in FIG. 1), whereby it comes to the combustion.
Beim Stand der Technik ist in der Regel vorgesehen, dass in der Abgassammelleitung 4, meist kurz vor oder kurz nach der Abgasturbine 5 eine Messeinrichtung vorhanden ist, die das Abgasgemisch aller Brennräume 2 analysiert, d.h., den Mittelwert der Abgase (2a-2p)/16 bzw. allgemein c = ∑n c(X) / n, wobei C(X)n die Konzentration des Stoffes X (insbesondere NOx) im Zylinder 2 bedeutet. Eine solche Messeinrichtung kann bei den erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen 1 zwar auch vorgesehen sein, erfindungsgemäß wird aber nunmehr vor der Abgassammelleitung 4 vorzugsweise direkt am Abgasauslass der einzelnen Brennräume 2a bis 2p mittels einer Entnahmevorrichtung 11 eine geringe Menge Abgas aus dem jeweiligen Brennraum 2a bis 2p entnommen und der Messeinrichtung 14 zugeführt.In the prior art, it is generally provided that in the exhaust manifold 4, usually just before or just after the exhaust gas turbine 5, a measuring device is present, which analyzes the exhaust gas mixture of all combustion chambers 2, ie, the average value of the exhaust gases (2a-2p) / 16 or in general c = Σ n c (X) / n, where C (X) n means the concentration of the substance X (in particular NO x ) in the cylinder 2. Although such a measuring device can indeed be provided in the internal combustion engine 1 according to the invention, but according to the invention is now taken before the exhaust manifold 4 directly at the exhaust outlet of the individual combustion chambers 2a to 2p by means of a removal device 11, a small amount of exhaust gas from the respective combustion chamber 2a to 2p and Measuring device 14 supplied.
Zwischen den Abgasauslässen der einzelnen Brennräume 2 bzw. Zylinder 2 und der gemeinsamen Abgassammelleitung 4 befinden sich im gezeigten Beispiel Übertrittsoder Verbindungsstutzen 13 wo die Entnahmevorrichtungen 11 vorgesehen sind. Ebenfalls an den Übertritts- oder Verbindungsstutzen 13 sind Schalteinrichtungen (z.B. Schaltventile) angeordnet. Das über die Entnahmevorrichtung 11 entnommene Messgas aus den Zylindern 2 bzw. Brennräumen 2 wird über eine gemeinsame Messgassammelleitung 15 zur Messeinrichtung 14, die im vorliegenden Fall eine NOx- Messeinrichtung (bzw. NOx-Sonde) ist, geführt und von dort anschließend in die Abgasleitung 17 der Brennkraftmaschine 1 nach der Abgasturbine 5 eingeleitet. Zur Abgleichung der einzelnen Zylinder 2 wird an einer Entnahmevorrichtung 11 z.B. am Zylinder 2a Messgas entnommen indem die Schalteinrichtung 12 am Zylinder 2a geöffnet wird. In diesem Zeitpunkt wird den übrigen Zylindern 2b bis 2p kein Messgas entnommen, indem die Schalteinrichtungen 12 an den Zylindern 2b bis 2p geschlossen sind. Die Messeinrichtung 14 bestimmt so selektiv zumindest einen Stoff im Abgas von Zylinder 2a. Über eine Regeleinrichtung 16 oder eine Steuereinrichtung kann am 17Between the exhaust gas outlets of the individual combustion chambers 2 and cylinder 2 and the common exhaust manifold 4 are located in the example shown Übertrittsoder connecting piece 13 where the removal devices 11 are provided. Switching devices (eg switching valves) are likewise arranged on the transfer or connecting piece 13. The measuring gas taken from the cylinders 2 or combustion chambers 2 via the sampling device 11 is conducted via a common measuring gas collecting line 15 to the measuring device 14, which in the present case is an NO x measuring device (or NO x probe) and from there into introduced the exhaust pipe 17 of the internal combustion engine 1 after the exhaust gas turbine 5. In order to match the individual cylinders 2, sample gas is taken from a removal device 11 on the cylinder 2a, for example, by opening the switching device 12 on the cylinder 2a. At this time, no measurement gas is taken from the remaining cylinders 2b to 2p by closing the switching devices 12 at the cylinders 2b to 2p. The measuring device 14 thus selectively determines at least one substance in the exhaust gas of cylinder 2a. About a control device 16 or a control device can on 17
88th
Zylinder 2a ein Parameter zur Beeinflussung des Brennverhaltens geregelt oder gesteuert werden, falls der Stoff einen bestimmten vorgebbaren Grenzwert, der im einfachsten Fall der Mittelwert über alle Brennräume 2a bis 2p ist, nicht einhält. Nachdem der Zylinder 2a analysiert wurde, kann nunmehr ein zweiter Zylinder 2b analysiert werden. Zu diesem Zweck wird am Zylinder 2b Messgas entnommen indem die Schalteinrichtung 12 am Zylinder 2b geöffnet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird den übrigen Zylindern 2a sowie 2c bis 2p kein Messgas entnommen, indem die Schalteinrichtungen 12 an diesen Zylindern 2a, 2c-2p geschlossen sind. Auf diese Weise können der Reihe nach alle Zylinder 2a-2p analysiert und anschließend nachgeführt bzw. gleichgestellt werden. Bei Gasmotoren erfolgt eine derartige Gleichstellung günstigerweise im Abstand von zumindest 100 Betriebsstunden.Cylinder 2a, a parameter for influencing the combustion behavior is controlled or controlled, if the substance does not comply with a certain predeterminable limit, which in the simplest case is the average over all combustion chambers 2a to 2p. After the cylinder 2a has been analyzed, a second cylinder 2b can now be analyzed. For this purpose, measuring gas is taken from the cylinder 2b by opening the switching device 12 on the cylinder 2b. At this time, no measurement gas is taken from the remaining cylinders 2a and 2c to 2p by closing the switching devices 12 at these cylinders 2a, 2c-2p. In this way, all the cylinders 2a-2p can be analyzed in sequence and subsequently tracked or equalized. In the case of gas engines, such equality is favorably carried out at intervals of at least 100 operating hours.
In Fig. 2 ist eine Variante gezeigt, die sich von der Variante der Fig.1 nur darin unterscheidet, dass zwei Messeinrichtungen 14, 14' vorgesehen sind, die über Schalteinrichtungen 18, 19 zuschaltbar sind. Eine solche Ausführung zeichnet sich durch eine höhere Betriebssicherheit aus, die durch Redundanz der Messeinrichtungen 14, 14' erreicht wird. Zusätzlich haben zwei oder mehr Messeinrichtungen 14, 14' den Vorteil, dass bei Austausch einer Messeinrichtung 14 durch eine neue Messeinrichtung 14" die in der Brennkraftmaschine verbleibende Messeinrichtung 14' zur Eichung der neuen Messeinrichtung 14" verwendet werden kann, da Messeinrichtungen 14, 14' in der Regel eine Messstreubreite aufweisen, die so zu Beginn der Inbetriebnahme einer neuen Messeinrichtung 14" ermittelt werden kann.FIG. 2 shows a variant that differs from the variant of FIG. 1 only in that two measuring devices 14, 14 'are provided, which can be connected via switching devices 18, 19. Such an embodiment is characterized by a higher reliability, which is achieved by redundancy of the measuring devices 14, 14 '. In addition, two or more measuring devices 14, 14 'have the advantage that, when a measuring device 14 is replaced by a new measuring device 14, "the measuring device 14' remaining in the internal combustion engine can be used to calibrate the new measuring device 14", since measuring devices 14, 14 ' As a rule, have a measurement spread, which can be determined so at the beginning of commissioning a new measuring device 14 ".
Die Ausführungsvariante der Fig. 3 zeigt, dass zusätzlich zum Messgas von den einzelnen Zylindern 2a bis 2p die Gesamtabgaswerte, insbesondere die NCVWerte derThe embodiment variant of FIG. 3 shows that in addition to the measurement gas from the individual cylinders 2 a to 2 p, the total exhaust gas values, in particular the NCV values of the
Brennkraftmaschine 1 gemessen werden, indem eine Gasentnahmevorrichtung 22 in der Abgassammelleitung 4 vorgesehen ist. Zur Abgasanalyse werden zwei unabhängige Messeinrichtungen 14, 14' eingesetzt. Die Entnahme des Messgases aus der Abgassammelleitung 4 erfolgt vorzugsweise vor der Abgasturbine 5, da dort etwa derselbe Druck vorhanden ist, wie bei der Entnahmestelle für die Zylinderabgasmenge und damit definierte Volumenströme eingestellt werden können. Es sind beispielsweise folgende Messaufgaben erfüllbar:Internal combustion engine 1 are measured by a gas sampling device 22 is provided in the exhaust manifold 4. For exhaust gas analysis, two independent measuring devices 14, 14 'are used. The removal of the sample gas from the exhaust manifold 4 is preferably carried out in front of the exhaust gas turbine 5, since there is about the same pressure as can be set at the sampling point for the cylinder exhaust gas and thus defined volume flows. For example, the following measurement tasks can be fulfilled:
- Schalteinrichtung 19 offen, Schalteinrichtung 20 geschlossen: Messung der Abgaswerte des gesammelten Motorabgases über Sensor 14'. - Schalteinrichtung 18 offen, Schalteinrichtung 20 geschlossen bei Messprozedur für Zylindergleichstellung über Messeinrichtung 14. Die Beschreibung der einzelnen Verfahrensschritte ist analog zu Fig. 1.Switching device 19 open, switching device 20 closed: Measurement of the exhaust gas values of the collected engine exhaust gas via sensor 14 '. Switching device 18 open, switching device 20 closed during measuring procedure for cylinder equalization via measuring device 14. The description of the individual method steps is analogous to FIG. 1.
- Schalteinrichtung 18 geschlossen, Schalteinrichtungen 19 und 20 offen: Messeinrichtungen 14 und 14' messen das gleiche Messgas, sodass eine gegenseitige Kontrolle der Messeinrichtungen 14 und 14' möglich ist.Switching device 18 closed, switching devices 19 and 20 open: Measuring devices 14 and 14 'measure the same measuring gas, so that a mutual control of the measuring devices 14 and 14' is possible.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 mit zwei unabhängigen Messeinrichtungen 14, 14' und insgesamt vier Schalteinrichtungen 18, 19, 20, 21 vor den Messeinrichtungen 14, 14' können vorteilhafterweise alle Funktionen ausgeführt werden, die einen praktischen Nutzen haben. Dabei ist von Vorteil, wenn das Messgas für die Abgasmessung des Gesamtmotors vor der Abgasturbine 5 entnommen wird, und damit mit gleichem Druck zur Verfügung steht wie das Messgas von den einzelnen Zylindern 2a bis 2p. Jede Schalteinrichtung 14, 14' kann hier unabhängig von der anderen Messeinrichtung 14', 14 für jede Messfunktion verwendet werden. Beide Messeinrichtungen 14, 14' können entweder für die Gleichstellungsprozedur oder für die permanente Messung für eine closed-loop-Abgasemissions-Regelung vorzugsweise closed-loop-NOx-Regelung eingesetzt werden, und es können die Schalteinrichtungen 18, 19, 20, 21 so geschalten werden, dass zu beiden Messeinrichtungen 14, 14' dasselbe Messgas geleitet wird.In the embodiment of FIG. 4 with two independent measuring devices 14, 14 'and a total of four switching devices 18, 19, 20, 21 in front of the measuring devices 14, 14' can advantageously be performed all functions that have a practical use. It is advantageous if the measurement gas for the exhaust gas measurement of the entire engine is removed in front of the exhaust gas turbine 5, and thus is available at the same pressure as the sample gas from the individual cylinders 2a to 2p. Each switching device 14, 14 'can be used here independently of the other measuring device 14', 14 for each measuring function. Both measuring devices 14, 14 'can be used either for the equalization procedure or for the permanent measurement for a closed-loop exhaust emission control, preferably closed-loop NOx control, and the switching devices 18, 19, 20, 21 can be so switched be that to both measuring devices 14, 14 'the same sample gas is passed.
Das Abgas aus dem Abgasauslass des Zylinders 2a wird getrennt vom Abgas der übrigen Zylinder 2b bis 2p zu Messeinrichtung 14 geleitet, wo die Abgaswerte, vorzugsweise NOx-Konzentration bestimmt wird. Prinzipiell ist es natürlich möglich, für jeden Zylinder 2a bis 2p eine eigene Messeinrichtung 14 vorzusehen, allerdings ist dies aus mehreren Gründen nicht notwendig bzw. sinnvoll. Zum einen ist die Gleichstellung der Zylinder 2a bis 2p untereinander nur in größeren Laufzeitintervallen der Brennkraftmaschine 1 erforderlich (beispielsweise etwa alle 100 bis 500 Betriebsstunden), die Messprozedur selbst dauert nur etwa eine Stunde, sodass es sinnvoll ist, eine Messeinrichtung 14 für mehrere oder alle Zylinder zu nutzen. Weiters weisen die Messeinrichtungen 14, 14' Messwertstreuungen auf, die einer genauen Gleichstellung entgegenstehen, wenn für jeden Zylinder 2a bis 2p eine eigene Messeinrichtung 14 verwendet wird. Letztlich sind es auch Kostengründe, die es vorteilhaft machen, mehrere oder am Besten für alle Zylinder 2a bis 2p einen gleichen oder aus Redundanzgründen zwei gleiche Messeinrichtung 14, 14' zu verwenden. In diesem Fall werden die Abgase der einzelnen Zylinder 2a bis 2p über z.B. Magnetventile 12 getrennt und nacheinander auf die gemeinsame Messgasleitung 15 zur Messeinrichtung 14 geschalten. Nach der Messung des Zylinderabgases wird der Messwert in der Regeleinrichtung 16 bzw. Steuereinrichtung des Motormanagementsystems im Datenspeicher abgelegt und weiter verarbeitet. Wenn die Abgase aller Zylinder 2a-2p gemessen sind, erfolgt die Verarbeitung der Daten. Dabei werden die erforderlichen Regeleingriffe bzw. Eingriffe der Steuereinrichtung errechnet und die Korrekturmaßnahem eingeleitet. Bevorzugterweise erfolgt die Gleichstellung der Zylinder 2a bis 2p durch Veränderung bzw. Anpassung der Zündzeitpunkte der einzelnen Zylinder 2a bis 2p. Es hat sich nämlich im Versuch und in der Praxis gezeigt, dass dadurch eine Gleichstellung der NOx-Emission der Zylinder 2a-2p gleichzeitig optimale Bedingungen für den Wirkungsgrad und die Leistung der Brennkraftmaschine gegeben sind. Insbesondere sind dann auch die Abstände der einzelnen Zylinder 2a-2p zur Klopf- und Aussetzergrenze hinreichend gut gleichgestellt.The exhaust gas from the exhaust gas outlet of the cylinder 2 a is conducted separately from the exhaust gas of the remaining cylinders 2 b through 2 p to the measuring device 14, where the exhaust gas values, preferably NO x concentration, are determined. In principle, it is of course possible to provide for each cylinder 2a to 2p own measuring device 14, but this is not necessary or useful for several reasons. On the one hand, the equalization of the cylinders 2a to 2p with each other is required only in longer transit time intervals of the internal combustion engine 1 (for example, about every 100 to 500 operating hours), the measurement procedure itself takes only about one hour, so it makes sense, a measuring device 14 for several or all Cylinder to use. Furthermore, the measuring devices 14, 14 'have measured value differences which preclude exact equality if a separate measuring device 14 is used for each cylinder 2a to 2p. Finally, there are cost reasons that make it advantageous to have several or best for all cylinders 2a to 2p the same or for redundancy reasons to use two identical measuring device 14, 14 '. In this case, the exhaust gases of the individual cylinders 2 a to 2 p are separated, for example via magnetic valves 12, and connected in succession to the common measuring gas line 15 to the measuring device 14. After the measurement of the cylinder exhaust gas, the measured value is stored in the control unit 16 or control device of the engine management system in the data memory and further processed. When the exhaust gases of all cylinders 2a-2p are measured, the data is processed. In this case, the necessary control interventions or interventions of the control device are calculated and the corrective measures are initiated. Preferably, the equalization of the cylinders 2a to 2p by changing or adjusting the ignition timing of the individual cylinders 2a to 2p. It has been shown in the experiment and in practice that this equality of the NO x emission of the cylinder 2a-2p are given optimal conditions for the efficiency and performance of the internal combustion engine at the same time. In particular, then the distances of the individual cylinders 2a-2p are sufficiently equal to the knock and misfire limit.
In Fig. 5 ist eine Variante dargestellt, die im Wesentlichen der Variante der Fig. 1 entspricht, die aber genauso gut wie eine der anderen Varianten ausgebildet sein könnte. Im Unterschied zur Variante der Fig. 1 wurden bei diesem Beispiel die Schalteinrichtungen 12 in Distanz zu den Abgasauslässen der einzelnen Brennräume 2a bis 2p angebracht, da so die entsprechenden Schalteinrichtungen 12 einer geringeren thermischen Belastung unterliegen.In Fig. 5, a variant is shown, which substantially corresponds to the variant of Fig. 1, but which could be just as well as one of the other variants. In contrast to the variant of FIG. 1, in this example, the switching devices 12 were mounted at a distance from the exhaust gas outlets of the individual combustion chambers 2a to 2p, since the corresponding switching devices 12 are thus subject to a lower thermal load.
Die Ausführungsvariante der Fig. 6 zeigt nur mehr einen Ausschnitt aus einer Brennkraftmaschine, wo im Gegensatz zu den in den Varianten der Fig. 1 bis 5 vorgesehenen Schalteinrichtungen 12 an jedem Brennraum 2a bis 2p nur mehr eine Umschalteinrichtung 23 vorgesehen ist, über die das Abgas jedes eines einzelnen Zylinders 2a Messreinrichtung 14 zuschaltbar ist, während die Abgase der übrigen Zylinder 2b bis 2g weggeschalten sind. Durch Betätigung der Umschalteeinrichtung 23 kann z.B. ein anderer Zylinder 2b zugeschalten werden, während die übrigen Zylinder 2a, 2c bis 2g weggeschalten sind. Im bevorzugten Fall ist die Umschalteeinrichtung 23 derart ausgebildet, dass selektiv ein Brennraum 2a zuschaltbar ist, während die übrigen Brennräume 2b bis 2g abschaltbar sind. Im einfachsten Fall ist die Umschalteeinrichtung 23 ein Schaltventil. Bevorzugterweise hat die Umschalteeinrichtung 23 wenigstens soviele Schaltzustände, wie Brennräume vorhanden sind.The embodiment of FIG. 6 only shows a section of an internal combustion engine, where, in contrast to the switching devices 12 provided in the variants of FIGS. 1 to 5, only one switching device 23 is provided on each combustion chamber 2 a to 2 p, via which the exhaust gas each of a single cylinder 2a measuring device 14 is switchable, while the exhaust gases of the remaining cylinders 2b to 2g are switched off. By actuating the switching device 23, for example, another cylinder 2b can be switched on, while the remaining cylinders 2a, 2c to 2g are switched away. In the preferred case, the switching device 23 is designed such that selectively a combustion chamber 2a is switchable, while the remaining combustion chambers 2b to 2g are switched off. In the simplest case, that is Switching device 23, a switching valve. Preferably, the switching device 23 has at least as many switching states as combustion chambers are present.
Die Gleichstellung der Zylinder 2a-2p sollte günstigerweise während eine gleichbleibenden Motorlast im Bereich der Motorvolllast erfolgen. Bei Motorvolllast treten nämlich die Unterschiede der Zylinder 2a bis 2p am signifikantesten hervor. Die über die NOx-Sensoren gemessenen Emissionswerte werden im Auswerteprozess mit der aktuellen Motorleistung bzw. verschiedenen Randbedingungen in Bezug gesetzt. Sollte während einer Messprozedur eine starke Lastreduktion oder eine Motoreinstellung erfolgen, so wird der Messvorgang abgebrochen und erst wieder aufgenommen, wenn die Bedingungen für den Start der Prozedur wieder gegeben sind. Es genügt dann, wenn der zuletzt gemessene Zylinder 2a noch einmal gemessen wird und dann mit den restlichen fortgefahren wird. Nachdem das Proben-Abgas die Messeinrichtung 14 passiert hat, wird es in den Abgasstrang der Brennkraftmaschine 1 nach der Abgasturbine 5 (aber vor einem allfälligen Abgaskatalysator bzw. einer allfälligen Abgasnachbehandlungseinrichtung) eingeleitet.The equalization of the cylinders 2a-2p should be done conveniently during a constant engine load in the engine full load. Namely, at engine full load, the differences of the cylinders 2a to 2p are most significant. The emission values measured via the NO x sensors are related to the current engine power or various boundary conditions in the evaluation process. If a heavy load reduction or motor setting occurs during a measuring procedure, the measuring procedure is stopped and only resumed when the conditions for starting the procedure are met again. It is sufficient if the last measured cylinder 2a is measured again and then continued with the rest. After the sample exhaust gas has passed the measuring device 14, it is introduced into the exhaust gas line of the internal combustion engine 1 downstream of the exhaust gas turbine 5 (but before any catalytic converter or any exhaust gas aftertreatment device).
Die Unterschiede der Zylinder 2a bis 2p in der Abgasemission und im Besonderen in der NOx-Emission resultieren aus unterschiedlichen Verbrennungsabläufen und Verbrennungsbedingungen. Die Gründe dafür können vielfältig sein, oft sind es z.B. unterschiedliche Toleranzlagen der Bauteile, Unterschiede in Temperatur, Druck und λ-Werte an den Ansaugstutzen der Zylinder 2 etc. Diese Ursachen ändern sich über die Betriebszeit in der Regel nicht oder nicht wesentlich. Eine Ursache für Unterschiede können aber auch Brennraumablagerungen sein, die sich von Zylinder 2a zu Zylinder 2b unterschiedlich über die Zeit verändern können. Die Zylinderunterschiede ändern sich über die Zeit nur sehr langsam, sodass Korrekturen und Anpassungen nur relativ selten erforderlich sind. Unter den Annahmen, dass eine Messprozedur etwa ein bis zwei Stunden in Anspruch nimmt und alle 100 Betriebsstunden einmal durchgeführt wird, ergibt sich für eine Motorlaufzeit von 30000 Betriebsstunden eine Einsatzzeit für die Messeinrichtung 14 von insgesamt einigen 100 Stunden. NOx-Sensoren wurden bisher bereits über mehrere 1000 Einsatzstunden getestet, ohne dass eine signifikante Veränderung in der Messgenauigkeit beobachtet werden konnte. Aufgrund der insgesamt nur geringen Einsatzzeit der Messeinrichtung 14, kann das vorgestellte Verfahren auch bei Brennkraftmaschinen 1 eingesetzt werden, die mit problemstoffbelasteten Treibgasen betrieben werden, wo im Abgas Spuren von chemischen Verbindungen mit Schädigungspotenzial für Sensorkomponenten enthalten sind, beispielsweise Biogas.The differences of the cylinders 2a to 2p in the exhaust emission and, in particular, in the NO x emission result from different combustion processes and combustion conditions. The reasons for this can be manifold, often there are, for example, different tolerance positions of the components, differences in temperature, pressure and λ values at the intake manifold of the cylinder 2, etc. These causes generally do not change or do not change significantly over the operating time. However, a cause for differences can also be combustion chamber deposits, which can vary from cylinder 2a to cylinder 2b differently over time. Cylinder differences change very slowly over time, so corrections and adjustments are rarely required. Under the assumption that a measuring procedure takes about one to two hours and is carried out once every 100 operating hours, the operating time for the measuring device 14 for a total of some 100 hours results for an operating time of 30,000 operating hours. NO x sensors have been tested over several thousand hours of operation without any significant change in the accuracy of the measurement. Due to the overall short service life of the measuring device 14, the proposed method can also be used in internal combustion engines 1, which are operated with problem-laden propellant gases, where traces of chemical compounds with damage potential for sensor components are contained in the exhaust gas, such as biogas.
Die gesamte Einrichtung für das vorgeschlagene Verfahren ist für die gesamte Lebensdauer der Motoranlage ausgelegt und benötigt einen nur minimalen Wartungsund Instandhaltungsaufwand.The entire apparatus for the proposed method is designed for the entire life of the engine system and requires only minimal maintenance and servicing.
Durch die vermehrte Anwendung von Sensoren, insbesondere NOx-Sensoren werden kostengünstige Fertigungsverfahren anwendbar, sodass für die nächste Zukunft noch deutliche Verbilligungen erwartet werden. Da die für die Gleichstellungsprozedur erforderlichen Probegasmengen vergleichsweise sehr gering sind und sich im Promille- Bereich des gesamten Abgases bewegen, sind die entsprechenden Bauteile und Ventile klein und die Leitungen 15 mit sehr geringem Querschnitt ausgeführt (beispielsweise Durchmesser 5 mm). Aus diesem Grund sowie weil Schalteinrichtungen 12, 18, 19, 20, 21 auf Basis von Magnetventilen auf ausgereiftem Stand der Technik basieren und in großen Stückzahlen hergestellt werden, ist die gesamte Vorrichtung sehr kostengünstig.The increased use of sensors, in particular NO x sensors cost-effective manufacturing processes are applicable, so that in the near future even significant reductions are expected. Since the sample gas quantities required for the equality procedure are comparatively very small and move in the per thousand range of the total exhaust gas, the corresponding components and valves are small and the lines 15 are designed with a very small cross section (for example, 5 mm diameter). For this reason, and because switching devices 12, 18, 19, 20, 21 based on state-of-the-art solenoid valves are based and manufactured in large numbers, the entire device is very inexpensive.
Neben der Funktion der Zylindergleichstellung, kann bei der Verwendung von zumindest einem NOx-Sensor, welcher für diese Gleichstellung der Zylinder 2a-2p vorgesehen ist, auch die NOx-Emission des gesamten Motors gemessen bzw. bestimmt werden. Für die Erkennung von langsamen Drifterscheiungen, wie sie durch Ablagerungen auftreten können, genügt es, eine Mittelwertbildung der gemessen NOx- Werte aus der Gleichstellprozedur vorzunehmen und die Veränderung dieser Mittelwerte über die Laufzeit der Brennkraftmaschine 1 zu erfassen und für Driftkopensationsmaßnahmen zu verwerten.In addition to the function of the cylinder equalization, with the use of at least one NOx sensor, which is provided for this equality of the cylinder 2a-2p, and the NOx emission of the entire engine can be measured or determined. For the detection of slow drifting phenomena, as they can occur due to deposits, it is sufficient to carry out an averaging of the measured NOx values from the equalization procedure and to record the change in these mean values over the running time of the internal combustion engine 1 and to utilize them for drift copying measures.
Für eine ständige NOx-Regelung der Brennkraftmaschine 1 in Form einer „closed-loop- Regelung" ist eine permanente NOx-Messung erforderlich. Die erfolgt sinnvollerweise über separaten einen NOx-Sensor, der ständig mit dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine (z.B. nach Austritt aus der Abgasturbine 5) in Kontakt ist. Der oder die NOx-Sensoren, die für die Zylindergleichstellung verwendet werden, können aber auch dazu genutzt werden, den (separaten) NOx-Sensor für die closed- loop-Regelung zu überwachen bzw. zu kalibrieren. Dazu werden die Sensoren über eine geeignete Leitungsführung in Serie oder parallel geschalten, sodass mit demselben „Probengas" beaufschlagt werden. Aus der gegebenen oder fehlenden Übereinstimmung der Messwerte kann auf die Funktion der Sensoren rückgeschlossen werden.For a continuous NOx control of the internal combustion engine 1 in the form of a "closed-loop control" a permanent NOx measurement is required.This is usefully via a separate NOx sensor that is constantly with the exhaust gas flow of the internal combustion engine (eg after leaving the Exhaust turbine 5) is in contact. However, the NOx sensor (s) used for cylinder equalization can also be used to monitor or calibrate the (separate) NOx sensor for closed-loop control. For this purpose, the sensors are connected in series or in parallel by means of suitable cable routing, so that they are supplied with "sample gas." The function or the sensors can be deduced from the given or missing correspondence of the measured values.
Abgase von Brennkraftmaschinen 1 enthalten Wasserdampf, der bei Temperaturen unterhalb des Taupunktes (bei Magermotoren ca. 60 - 70 0C) auskondensiert. Da dasExhaust gases of internal combustion engines 1 contain water vapor, which condenses at temperatures below the dew point (at lean burns about 60 - 70 0 C). Since that
Messgas von der Entnahme bei den Zylinderköpfen bis zur Messeinrichtung 14 abkühlt, ist es vorteilhaft, durch geeignete Maßnahmen dafür zu sorgen, dass in denSample gas from the removal of the cylinder heads to the measuring device 14 cools, it is advantageous to take appropriate measures to ensure that in the
Leitungen bei den Messeinrichtungen 14 kein Kondensat anfällt. Dies ist insofern günstig, da die Leitungen nur für relativ kurze Zeit vom heißen Messgas durchströmt werden und daher auskühlen bzw. im Normalfall kalt sind.Cables at the measuring equipment 14 no condensate accumulates. This is advantageous in that the lines are only flowed through for a relatively short time by the hot sample gas and therefore cool or are normally cold.
Um das Ausfällen von Kondensaten zu vermeiden, könnte beispielsweise die gesamte Einrichtung beheizt und isoliert ausgeführt sein. Eine andere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, die Leitungen auch außerhalb der Messzyklen mit geringen Mengen Abgas durchströmen zu lassen, um, in Kombination mit entsprechender Isolierung, die Leitungen auf Temperatur zu halten. Wiederum eine andere Möglichkeit besteht darin, vor der oder den Messeinrichtung(en) 14 Kondensatabscheider einzusetzen.To avoid the precipitation of condensates, for example, the entire device could be designed to be heated and insulated. Another possibility is, for example, to allow the lines to flow through with small amounts of exhaust gas even outside the measuring cycles in order to keep the lines at a temperature in combination with appropriate insulation. Yet another possibility is to use 14 condensate before the or the measuring device (s).
Zur Überprüfung der Funktion der NOx-Sensoren kann es sinnvoll sein, der Messprozedur einen Kalibriervorgang vor- oder nachzuschalten. Beispielsweise kann durch Einleitung von Luft in die Messgasleitung ein Nullabgleich erfolgen, oder es kann durch Einleitung eines Kalibriergases eine Kalibrierung der Messeinrichtungen 14, 14' erfolgen.To check the function of the NOx sensors, it may be useful to precede or follow the calibration procedure with a calibration procedure. For example, by introducing air into the sample gas line, a zero adjustment can take place, or calibration of the measuring devices 14, 14 'can take place by introducing a calibration gas.
Ein potenzielles Problem für die korrekte Durchführung der Gleichstellungsprozedur könnte darin bestehen, dass eines oder mehrere der Schalteinrichtungen 12, 18, 19, 20, 21 im geschlossen Zustand nicht ausreichend dicht sind und dadurch die Messwerte verfälscht werden. Um die Einrichtung auf dieses Problem hin zu überwachen, kann beispielsweise eine zusätzliche Schalteinrichtung beispielsweise in Form eines Magnetventils vor der Messeinrichtung 14 eingesetzt werden, welche außerhalb der Messprozedur so wie alle anderen Schalteinrichtungen geschlossen ist. Sobald eines der Schalteinrichtungen der Zylinderentnahmesonden undicht wird, steigt der Druck in der Leitung zur zusätzlichen Schalteinrichtung vor der Messeinrichtung. Dies kann durch Einsetzen eines Drucksensors in der Leitung erkannt werden. A potential problem for the correct implementation of the equality procedure could be that one or more of the switching devices 12, 18, 19, 20, 21 in the closed state are not sufficiently dense and thereby the measured values are falsified. To set up the facility for this problem monitor, for example, an additional switching device may be used, for example in the form of a solenoid valve in front of the measuring device 14, which is closed outside the measurement procedure as all other switching devices. As soon as one of the switching devices of the cylinder sampling probes becomes leaky, the pressure in the line to the additional switching device rises in front of the measuring device. This can be detected by inserting a pressure sensor in the pipe.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Brennkraftmaschine (1), umfassend1. internal combustion engine (1), comprising
• zumindest zwei Brennräume (2a-2p) zur Verbrennung eines Luft/Brennstoffgemisches• at least two combustion chambers (2a-2p) for combustion of an air / fuel mixture
• eine Abgassammelleitung (4), in der Abgase aus den zumindest zwei Brennräumen (2a-2p) gesammelt werden,An exhaust manifold (4), in which exhaust gases are collected from the at least two combustion chambers (2a-2p),
• zumindest eine Messeinrichtung (14, 14') zur Bestimmung zumindest eines Stoffes im Abgas der Brennkraftmaschine (1), welche derart angeordnet ist, dass die von jedem Brennraum (2a-2p) abgegebenenAt least one measuring device (14, 14 ') for determining at least one substance in the exhaust gas of the internal combustion engine (1), which is arranged such that the output from each combustion chamber (2a-2p)
Abgase mit der Messeinrichtung (14, 14') messbar sind undExhaust gases with the measuring device (14, 14 ') are measurable and
• eine Regeleinrichtung (16) und/oder eine Steuereinrichtung, welche in Abhängigkeit vom Vorhandensein eines Stoffes oder von der Menge eines Stoffes im Abgas des jeweiligen Brennraums (2a-2p), wenigstens einen Parameter zur Beeinflussung des Brennverhaltens im jeweiligen• a control device (16) and / or a control device which, depending on the presence of a substance or the amount of a substance in the exhaust gas of the respective combustion chamber (2a-2p), at least one parameter for influencing the combustion behavior in the respective
Brennraum (2a-2p), regelt und/oder steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (16) und/oder Steuereinrichtung das Brennverhalten im jeweiligen Brennraum (2a-2p) bei Abweichen von einem Sollwert auf den Sollwert angleicht.Combustion chamber (2a-2p), controls and / or controls, characterized in that the control device (16) and / or control device equalizes the combustion behavior in the respective combustion chamber (2a-2p) in deviation from a desired value to the desired value.
2. Brennkraftmaschine (1), umfassend2. Internal combustion engine (1) comprising
• zumindest zwei Brennräume (2a-2p) zur Verbrennung eines Luft/Brennstoffgemisches• at least two combustion chambers (2a-2p) for combustion of an air / fuel mixture
• eine Abgassammelleitung (4), in der Abgase aus den zumindest zwei Brennräumen (2a-2p) gesammelt werden,An exhaust manifold (4), in which exhaust gases are collected from the at least two combustion chambers (2a-2p),
• zumindest eine Messeinrichtung (14, 14') zur Bestimmung zumindest eines Stoffes im Abgas der Brennkraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (14, 14') derart angeordnet ist, dass die von verschiedenen Brennräumen (2a-2p) abgegebenen Abgase selektiv mit einer gemeinsamen Messeinrichtung (14,• at least one measuring device (14, 14 ') for determining at least one substance in the exhaust gas of the internal combustion engine (1), characterized in that the measuring device (14, 14') is arranged such that the of different combustion chambers (2a-2p) delivered Exhaust gases selectively with a common measuring device (14,
14') messbar sind.14 ') are measurable.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung (16) und/oder eine Steuereinrichtung, welche in Abhängigkeit vom Vorhandensein eines Stoffes oder von der Menge eines Stoffes im Abgas des jeweiligen Brennraums (2a-2p), wenigstens einen Parameter zur Beeinflussung des Brennverhaltens im jeweiligen Brennraum (2a-2p), regelt und/oder steuert.3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized by a control device (16) and / or a control device, which in dependence from the presence of a substance or the amount of a substance in the exhaust gas of the respective combustion chamber (2a-2p), at least one parameter for influencing the combustion behavior in the respective combustion chamber (2a-2p), controls and / or controls.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (16) und/oder Steuereinrichtung den Mittelwert der Stoffmenge aller Brennräume (2a-2p) bildet und das Brennverhalten im jeweiligen Brennraum (2a-2p) bei Abweichen von diesem Mittelwert auf diesen Mittelwert nachführt.4. Internal combustion engine according to claim 1 or claim 3, characterized in that the control device (16) and / or control means the average of the molar amount of all combustion chambers (2a-2p) and the combustion behavior in the respective combustion chamber (2a-2p) in deviation from this Average on this average.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (16) und/oder Steuereinrichtung das Brennverhalten im jeweiligen Brennraum (2a-2p) bei Abweichen von einem Sollwert auf den Sollwert angleicht.5. Internal combustion engine according to claim 1 or claim 3, characterized in that the control device (16) and / or control device equalizes the combustion behavior in the respective combustion chamber (2a-2p) in deviation from a desired value to the desired value.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Parameter zur Beeinflussung des Brennverhaltens im jeweiligen Brennraum (2a-2p) der Zündzeitpunkt ist.6. Internal combustion engine according to one of claims 1 or 3 to 5, characterized in that the at least one parameter for influencing the combustion behavior in the respective combustion chamber (2a-2p) is the ignition point.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (14, 14') den zumindest einen Stoff quantitativ erfasst.7. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the measuring device (14, 14 ') detects the at least one substance quantitatively.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (14, 14') einen NOx-Sensor umfasst, und die Messeinrichtung (14, 14') die NOx Konzentration im Abgas ermittelt.8. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the measuring device (14, 14 ') comprises a NO x sensor, and the measuring device (14, 14') determines the NO x concentration in the exhaust gas.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Abgasauslasses jedes Brennraumes (2a-9. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the region of the exhaust gas outlet of each combustion chamber (2a)
2p) eine Entnahmevorrichtung (11 , 12) vorgesehen ist, über die ein Teil des Abgases entnehmbar ist. 2p) a removal device (11, 12) is provided, via which a part of the exhaust gas can be removed.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmevorrichtung (11 , 12) wenigstens eine Schalteinrichtung (12), vorzugsweise Ventil umfasst.10. Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the removal device (11, 12) comprises at least one switching device (12), preferably valve.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmevorrichtung (11 , 12) an jedem Brennraum (2a-2p) mit der Messeinrichtung (14, 14') verbunden ist.11. Internal combustion engine according to claim 6 or claim 7, characterized in that the removal device (11, 12) on each combustion chamber (2a-2p) with the measuring device (14, 14 ') is connected.
12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass von der Entnahmevorrichtung (11 , 12) eine12. Internal combustion engine according to one of claims 9 to 11, characterized in that of the removal device (11, 12) a
Messgassammelleitung (15) zur Messeinrichtung (14, 14') führt.Measuring gas manifold (15) to the measuring device (14, 14 ') leads.
13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Entnahmevorrichtungen (11 , 12) in einer gemeinsamen Messgasleitung (15) münden.13. Internal combustion engine according to any one of claims 1 or 3 to 5, characterized in that all removal devices (11, 12) in a common sample gas line (15) open.
14. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, zumindest eine zweite Messeinrichtungen (14') vorgesehen ist. 14. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 13, characterized in that at least one second measuring means (14 ') is provided.
EP09730419A 2008-04-07 2009-03-23 Internal combustion engine Withdrawn EP2268915A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0054908A AT506085B1 (en) 2008-04-07 2008-04-07 Internal combustion engine
PCT/AT2009/000117 WO2009124327A1 (en) 2008-04-07 2009-03-23 Internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2268915A1 true EP2268915A1 (en) 2011-01-05

Family

ID=40707527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09730419A Withdrawn EP2268915A1 (en) 2008-04-07 2009-03-23 Internal combustion engine

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2268915A1 (en)
AT (1) AT506085B1 (en)
WO (1) WO2009124327A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009015188B4 (en) 2009-03-31 2011-12-15 Avl Emission Test Systems Gmbh Plant for taking exhaust gas samples from internal combustion engines and their use
DE102009035579A1 (en) * 2009-07-28 2011-02-03 Beru Ag Method for operating diesel engine of motor vehicle, involves determining target value of nitrogen oxide concentration by engine characteristic map by sensor, and regulating internal combustion engine to target value by sensor
DE102013012568A1 (en) * 2013-07-29 2015-01-29 Man Diesel & Turbo Se Method for operating an internal combustion engine
DE102013014674A1 (en) * 2013-09-04 2015-03-05 Man Diesel & Turbo Se Method for operating an internal combustion engine

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58223034A (en) * 1982-06-22 1983-12-24 Nippon Kokan Kk <Nkk> Method and device for judging cause of abnormality of diesel engine
US5651353A (en) * 1996-05-03 1997-07-29 General Motors Corporation Internal combustion engine control
DE19811788A1 (en) * 1998-03-18 1999-09-23 Volkswagen Ag Valve assembly for measurement equipment investigating properties of exhaust gases
DE10062895A1 (en) * 2000-12-16 2002-06-27 Bosch Gmbh Robert Method and device for controlling an internal combustion engine
EP1398483A3 (en) * 2002-09-03 2005-02-16 Robert Bosch Gmbh Method and apparatus for controlling an intenal combustion engine with reduced emission of pollutants
AT413739B (en) * 2004-02-09 2006-05-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Ohg METHOD FOR REGULATING A COMBUSTION ENGINE
WO2006039452A2 (en) * 2004-10-01 2006-04-13 Southwest Research Institute CLOSED LOOP ENGINE CONTROL FOR REGULATING NOx EMISSIONS, USING TWO-DIMENSIONSAL FUEL-AIR CURVE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2009124327A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
AT506085B1 (en) 2009-06-15
WO2009124327A1 (en) 2009-10-15
AT506085A4 (en) 2009-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014216251B4 (en) LEARNING THE TRANSMISSION FUNCTION OF EGR VALVE STROKE AND EGR VALVE FLOW
DE102005009101B3 (en) Correction value determining method for internal combustion engine, involves determining correction value for controlling air/fuel-ratio based on adaptation values and temperatures of respective injection valves
DE10312387B4 (en) Method and device for operating an internal combustion engine
DE102019102513A1 (en) METHOD AND SYSTEMS FOR CONTROLLING THE AIR-FUEL RATIO FOR INDIVIDUAL CYLINDERS IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
DE102013200495B4 (en) Method for controlling the operation of an internal combustion engine operating in an HCCI combustion mode
DE102016101210A1 (en) SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING AN EXHAUST GAS VALVE BASED ON A TEMPERATURE DIFFERENCE OF THE VALVE
DE102008000069A1 (en) Apparatus for controlling injection of fuel into an engine and apparatus for controlling combustion in an engine
DE102007009689B4 (en) Method for operating an internal combustion engine with exhaust gas recirculation
DE102014221446A1 (en) A method and system for controlling an EGR valve during lean operation in a turbocharged engine system
DE102014214475B4 (en) EXHAUST GAS RECIRCULATION CONTROL
DE102016101211A1 (en) SYSTEM AND METHOD FOR DIAGNOSIS OF RUSS ASSEMBLY ON AN EXHAUST GAS RECYCLING VALVE
DE10327691A1 (en) Method for monitoring the exhaust gas recirculation of an internal combustion engine
DE102016219781A1 (en) Method and control unit for balancing and diagnosing an exhaust gas recirculation mass flow meter
DE102011102029A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR OPERATING A COMBUSTION ENGINE IN A BURNING MODE WITH HOMOGENEOUS COMPRESSION IGNITION
DE102015120977A1 (en) Diagnostic procedure for a compressor recirculation valve
DE102018104983A1 (en) Method and systems for detecting an impairment of a lambda probe due to outgassing gas
AT506085B1 (en) Internal combustion engine
DE112015006302B4 (en) METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE OPERATION OF AN COMBUSTION ENGINE
DE102015120976A1 (en) Diagnostic procedure for a compressor recirculation valve
DE112006003630B4 (en) Method for monitoring the secondary air system in an emission control system
DE102011087000B4 (en) Device for measuring at least one exhaust gas component in an exhaust gas passage of a combustion process
EP3047131A1 (en) Method for operation of an internal combustion engine
DE102009055120B4 (en) Method for checking a function of an actuator or a sensor, method for calibrating an actuator or a sensor and corresponding device
EP3042062B1 (en) Method of controlling an internal combustion engine
DE10028886A1 (en) Method and device for monitoring the operation of an internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20101004

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA RS

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20131001