WO2017112966A1 - Dual-fuel-brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2017112966A1
WO2017112966A1 PCT/AT2016/060124 AT2016060124W WO2017112966A1 WO 2017112966 A1 WO2017112966 A1 WO 2017112966A1 AT 2016060124 W AT2016060124 W AT 2016060124W WO 2017112966 A1 WO2017112966 A1 WO 2017112966A1
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liquid fuel
change
gas
dual
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PCT/AT2016/060124
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Dino Imhof
Georg Tinschmann
Michael Hillebrecht
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Ge Jenbacher Gmbh & Co Og
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a dual-fuel internal combustion engine having the features of the preamble of claim 1 and a method for operating a dual-fuel internal combustion engine having the features of the preamble of claim 9.
  • Dual-fuel internal combustion engines are typically operated in multiple modes of operation. A distinction is made between a mode of operation with primarily liquid fuel supply ("liquid operation” for short, “diesel operation” in the case of using diesel as a liquid fuel) and a mode of operation with primary gaseous fuel supply in which the liquid fuel serves as a pilot fuel for initiating combustion ( “Gas operation”, also referred to as “pilot operation” or “pilot jet operation”.)
  • liquid fuel for short, “diesel operation” in the case of using diesel as a liquid fuel
  • pilot operation also referred to as "pilot operation” or “pilot jet operation”.
  • the liquid fuel is called diesel.It could also be heavy fuel oil or another auto-ignitable fuel.
  • the gaseous fuel is called natural gas there are other gaseous fuels like biogas etc.
  • a small amount of liquid fuel is introduced as a so-called pilot injection in a piston-cylinder unit.
  • the introduced liquid fuel ignites and ignites a mixture of gaseous fuel and air present in a combustion space of the piston-cylinder unit.
  • the amount of liquid fuel of a pilot injection is typically 0.5-5% of the total amount of energy supplied to the piston-cylinder unit in one operating cycle of the internal combustion engine.
  • the substitution rate indicates what proportion of the energy supplied to the internal combustion engine is supplied in the form of the gaseous fuel.
  • the aim is substitution rates between 95 and 99.5%.
  • Generic internal combustion engines may have a central gas mixer for the at least two combustion chambers.
  • the distance between the at least two combustion chambers from the at least one gas mixer results in a transport delay of the gas-air mixture.
  • the disadvantage here is that the internal combustion engine can therefore behave unpredictably in the switching phase.
  • the object of the invention is to provide a generic dual-fuel internal combustion engine and a corresponding method in which a smoother and more predictable behavior than in the prior art in the switching phase, can be achieved.
  • the distance between the gas mixer and the at least one combustion chamber is understood as a distance which the gas-air mixture has to cover from a fluidic point of view in order to reach a combustion chamber or a group of combustion chambers.
  • the at least one gas mixer can be designed as a central gas mixer for all combustion chambers of the internal combustion engine. Alternatively, two or more gas mixers may be provided, which each supply a group of combustion chambers with gas-air mixture.
  • One aspect of the invention is therefore that for each of the combustion chambers or groups of combustion chambers, the amount of liquid fuel is changed only for those working cycle in which a changed by the at least one gas mixer composition of the gas-air mixture, the combustion chamber or the Group of combustion chambers reached.
  • a working cycle (also called working cycle) of a combustion chamber is the process of loading the combustion chamber with a combustible content, igniting it and then discharging the resulting substance content of the combustion chamber. In a four-stroke internal combustion engine, this therefore comprises two full revolutions of the crankshaft.
  • the main field of application of the invention is therefore a switching between different modes in a dual-fuel internal combustion engine, while the power and the rotational speed of the internal combustion engine remains essentially the same.
  • control device may be configured to set a time of change of the amount of liquid fuel for the combustion chambers as a function of an individual distance of the respective combustion chamber from at least one gas mixer. This may result in the amount of liquid fuel being changed sequentially depending on the distance to the at least one gas mixer in the second direction. In this way, a very accurate adjustment of the amount of liquid fuel to the propagation of the changed concentration in the gas-air mixture in a gas-air mixture supply for the combustion chambers can be achieved.
  • control device In the case of a multiplicity of combustion chambers, these can also be organized by the control device into at least two groups, which groups have a different distance from the at least one gas mixer, the control device being designed to provide a time of change of the quantities of liquid fuel for the at least two Set groups depending on a distance of at least two groups from the gas mixer. This is a good compromise between good coordination of the amount of liquid fuel and easy control of the switching operation.
  • the division of the combustion chambers into two groups represents a first, simple embodiment of the invention.
  • a division into more than two groups take place up to - already mentioned - combustion chamber individual changes introduced by the gas-air mixture and the liquid fuel amounts of energy.
  • the desired value of a start of an injection of liquid fuel in one of the at least two combustion chambers is selected as a function of a membership in one of the at least two groups.
  • a combustion chamber-specific desired value of the beginning of the injection of the liquid fuel can be selected.
  • the later change according to the invention of the amount of energy supplied by the liquid fuel need not be performed every time the amount of energy supplied by the gas-air mixture is changed. For example, if in a mixed operation of the dual-fuel internal combustion engine, only relatively small changes are performed by the gas-air mixture, can be dispensed with the subsequent change in the amount of energy supplied by the liquid fuel.
  • control device is designed to select a time interval between the change in the second direction and the change in the first direction in dependence on a firing order.
  • a calculated distance between the respective combustion chamber and the at least one gas mixer can be corrected by a correction factor determined from the firing order.
  • the transport time is determined primarily by the fluidic distance between the at least one gas mixer and the respective group of combustion chambers. Corrections to the transport time may be indicated due to variable air mass flows (load or speed). Of course, the time interval can also be calculated for individual combustion chamber.
  • the beginning of the injection of the liquid fuel into a combustion chamber is corrected as a function of the mixture temperature present at this combustion chamber and / or the tendency to knock expected at this combustion chamber.
  • knocking can be prevented, for example by delaying the timing of commencement of liquid fuel injection late (near top dead center) if too high mixture temperatures indicate too high a tendency to knock.
  • at least one cylinder pressure sensor for measuring a pressure profile in the at least one combustion chamber can be provided, wherein signals of the at least one cylinder pressure sensor can be fed to the control device, and the control device can be designed to
  • the at least one cylinder pressure sensor indicates that, for example, the peak pressure in a specific combustion chamber is too high, a reduction of an amount of energy supplied via the liquid fuel or a shift in the injection of the liquid fuel can be carried out late (closer to top dead center) in a later work cycle become.
  • other parameters of combustion eg combustion focus
  • the signals of the at least one cylinder pressure sensor indicate too low pressures (peak pressures, parameters for the combustion), the amount of energy introduced can be increased and / or the injection can be carried out earlier. It can be provided for a combustion chamber of the internal combustion engine, a cylinder pressure sensor per combustion chamber or a single cylinder pressure sensor. It is also possible to use cylinder pressure sensors for more than one but not all combustion chambers.
  • control device may be designed to select the time interval between the change in the second direction and the change in the first direction as a function of a change in a substitution rate and / or a start of an injection of the liquid fuel.
  • a greater change in the substitution rate a greater time interval tends to be chosen, since otherwise the risk of knocking off one or more Combustion chambers gets higher.
  • a calculated distance between the respective combustion chamber and the at least one gas mixer by one the firing order certain correction factor can be corrected.
  • the amount of energy supplied by the gas-air mixture or by the liquid fuel to the combustion chambers by the respective amounts of liquid fuel which is injected through the injector in the at least two combustion chambers, or by the amount of gas passing through the gas mixer is admixed with a stream of air determined.
  • this is not the case in all situations.
  • the amount of mixed gas can be reduced while the boost pressure can be increased.
  • the setting of the mixture supercharging pressure is meant and that in supercharged internal combustion engines, the setting of the supercharging pressure is meant.
  • the amount of energy supplied to the at least two combustion chambers by the gas-air mixture can then be substantially the same. These relationships are known to those skilled in the art and the amount of energy supplied to the at least two combustion chambers can usually be calculated relatively easily (for example, from the lambda air excess number or from a mass of the supplied fuels).
  • FIG. 1 a to 1 c show some figures to illustrate a first
  • FIG. 3a and 3b another simplified embodiment for the better Understanding of the invention as well
  • FIG. 1a shows schematically a dual-fuel internal combustion engine with 16 combustion chambers. These combustion chambers are numbered according to the firing order of 1 to 16. Schematically indicated that the gas-air mixture arrives from a seated on the right side of the engine gas mixer at the individual combustion chambers. The combustion chambers are organized in two groups (Group 1 and Group 2).
  • Figures 1 b and 1 c show the course of the amounts of gas and liquid fuel, which are present in the combustion chambers of the two groups. Furthermore, the time course of the air excess lambda is shown. In all embodiments, diesel is used as a liquid fuel.
  • FIG. 1 b shows the different quantity curves for group 2
  • FIG. 1 c is analogous to group 1.
  • the combustion chambers are numbered by their positions in the firing order.
  • the firing order can be used to determine the time of the change in the second direction (retraction of the diesel amount).
  • a calculated distance of group 2 from the gas mixer can be corrected by means of a correction factor.
  • the correction factor may be, for example, additive or multiplicative in nature.
  • Fig. 2 shows an alternative embodiment.
  • the combustion chambers of the dual-fuel internal combustion engine are divided into four groups. Otherwise, this embodiment is analogous to that of Figures 1 a to 1 c.
  • FIG. 3a For better understanding of the invention, another embodiment is shown in Figures 3a and 3b, which includes only four combustion chambers for the sake of simplicity. This is shown in Fig. 3a. Again, a gas mixer is provided, which is arranged in the figure on the right side of the combustion chambers (again indicated by an arrow with "gas” indicated).
  • Fig. 3b shows several diagrams, wherein for different working cycles, the injected amount of diesel is shown.
  • the changes in the amount of diesel can change continuously or stepwise between the illustrated working cycles.
  • the amount of gas which is mixed in the gas mixer increased.
  • this increased amount of gas has not yet reached the combustion chambers.
  • the amount of diesel is therefore not changed for any of the four combustion chambers.
  • the changed amount of gas has reached the combustion chambers 3 and 4 in the cycle 2, but not the combustion chambers 1 and 2.
  • cycle 2 begins to reduce the amount of diesel for the combustion chambers 3 and 4. This can be done gradually, which is illustrated by the difference of the illustrated cycles 2 and 3.
  • cycle 2 the amount of diesel Q_Diesel of the combustion chambers 3 and 4 is reduced by a certain amount. This behavior is continued in the working cycle 3 and the amount of diesel Q_Diesel intended for the combustion chambers after switching over is already used in working cycle 3 for the combustion chambers 3 and 4.
  • FIGS. 3a and 3b are purely schematic.
  • the ratios of the diesel quantities Q_Diesel can in practice deviate greatly from the ratios shown here.
  • the firing order ZR shown to the right is also to be understood as a time axis.
  • the shifted indicators for the amount of diesel Q_Diesel indicate that the injection of the diesel starts earlier than is normally provided. This may be done, for example, in response to excessive cylinder pressure or combustion.
  • 4 shows a dual-fuel internal combustion engine according to the invention is shown schematically.
  • combustion chambers B1 to B4 which injectors 11 to 14 liquid fuel - in this case diesel - can be fed.
  • a central gas mixer GM is provided, which is connected to an air supply L and a gas reservoir G, such as a tank. Via a gas-air mixture supply R, the gas-air mixture produced in the central gas mixer GM is supplied to the combustion chambers B1 to B4. Downstream of the gas mixer GM is still a compressor V of a turbocharger provided (mixture-loaded internal combustion engine). The gas mixer GM could also be arranged after the compressor V in the air supply (air-charged internal combustion engine).
  • the number of combustion chambers B1 to B4 is purely exemplary.
  • the invention can be used in dual-fuel internal combustion engines with 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 combustion chambers, it can reciprocating engines are used, d. H. the combustion chambers are arranged in piston-cylinder units.
  • the invention can preferably be used in a stationary internal combustion engine, for marine applications or mobile applications, such as so-called “non-road mobile machinery” (NRMM), preferably in each case as a reciprocating piston engine Operate compressor systems or be coupled to a generator to a gene sets for generating electrical energy.
  • NRMM non-road mobile machinery

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Abstract

Dual-Fuel-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Brennräumen, welche einen unterschiedlichen Abstand von zumindest einem Gasmischer zur Herstellung eines Gas-Luft-Gemisches aufweisen, wobei jedem der Brennräume ein Einlassventil für das Gas-Luft-Gemisch und ein Injektor für flüssigen Kraftstoff zugeordnet ist, und eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche in einem Umschaltmodus dazu ausgebildet ist, eine den zumindest zwei Brennräumen durch das Gas-Luft-Gemisch zugeführte Energiemenge in eine erste Richtung zu ändern und eine den zumindest zwei Brennräumen zugeführte Menge an flüssigem Kraftstoff in eine entgegengesetzte, zweite Richtung zu ändern, wobei die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Zeitpunkt der Änderung der Menge an flüssigem Kraftstoff in die zweite Richtung für jeden der zumindest zwei Brennräume in Abhängigkeit vom Abstand des jeweiligen Brennraums vom zumindest einen Gasmischer festzulegen.

Description

Dual-Fuel-Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dual-Fuel-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9.
Dual-Fuel-Brennkraftmaschinen werden typischerweise in mehreren Betriebsmodi betrieben. Dabei unterscheidet man einen Betriebsmodus mit primär flüssiger Kraftstoffzufuhr (kurz „Flüssigbetrieb"; im Falle der Verwendung von Diesel als flüssigem Kraftstoff „Dieselbetrieb" genannt) und einen Betriebsmodus mit primär gasförmiger Kraftstoffzufuhr, bei welchem der flüssige Kraftstoff als Pilotkraftstoff zum Initiieren der Verbrennung dient („Gasbetrieb", oder auch als „Pilotbetrieb" oder „Zündstrahlbetrieb" bezeichnet). Als Beispiel für den flüssigen Kraftstoff sei Diesel genannt. Es könnte auch Schweröl oder ein anderer selbstzündfähiger Kraftstoff sein. Als Beispiel für den gasförmigen Kraftstoff sei Erdgas genannt. In Frage kommen noch andere gasförmige Kraftstoffe wie Biogas etc.
Im Pilotbetrieb wird eine geringe Menge an flüssigem Kraftstoff als sogenannte Piloteinspritzung in eine Kolben-Zylindereinheit eingebracht. Durch die zum Einspritzzeitpunkt herrschenden Bedingungen entzündet sich der eingebrachte flüssige Kraftstoff und zündet ein in einem Brennraum der Kolben-Zylindereinheit vorliegendes Gemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft. Die Menge an flüssigem Kraftstoff einer Piloteinspritzung beträgt typischerweise 0,5 - 5 % der gesamten, der Kolben- Zylindereinheit in einem Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine zugeführten Energiemenge.
Die Substitutionsrate gibt an, welcher Anteil der der Brennkraftmaschine zugeführten Energie in Form des gasförmigen Kraftstoffes zugeführt wird. Angestrebt werden Substitutionsraten zwischen 95 und 99,5 %.
Daneben gibt es noch einen Mischbetrieb, bei welchem Substitutionsraten von weniger als 95 % gefahren werden. Außerdem ist es bekannt die Brennkraftmaschine bzw. die Regeleinheit in einem Umschaltmodus zu betreiben, welcher verwendet wird, um während des Betriebs zwischen den verschiedenen Betriebsmodi zu wechseln. Grundsätzlich wird im Umschaltmodus eine den zumindest zwei Brennräumen durch das Gas-Luft-Gemisch zugeführte Energiemenge in eine erste Richtung geändert und eine den zumindest zwei Brennräumen zugeführte Menge an flüssigem Kraftstoff in eine entgegengesetzte, zweite Richtung geändert.
Aus der US 7913673 A1 ist eine Dual-Fuel-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1 bekannt. Nachteilig daran ist es, dass es in einer Umschaltphase - bspw. von einem Flüssigbetrieb zu einem Pilotbetrieb - zu unerwünschten Abweichung der Drehzahl oder des Drehmoments bis hin zum sog. Overfuelling kommen kann. In einem kritischen Fall führt man der Brennkraftmaschine zu viel Energie zu.
Gattungsgemäße Brennkraftmaschinen können einen zentralen Gasmischer für die zumindest zwei Brennräume aufweisen. Durch den Abstand der zumindest zwei Brennräume vom zumindest einen Gasmischer ergibt sich ein Transportverzug des Gas-Luft-Gemisches. Nachteilig ist dabei, dass sich die Brennkraftmaschine deshalb in der Umschaltphase unvorhersehbar verhalten kann.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer gattungsgemäßen Dual-Fuel- Brennkraftmaschine und eines entsprechenden Verfahrens, bei welchen ein gleichmäßigeres und vorhersehbareres Verhalten als im Stand der Technik in der Umschaltphase, erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Dual-Fuel-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Betriebsverfahrens wird diese Aufgabe mit den Merkmalen den Anspruchs 9 gelöst.
Aus dem Stand der Technik ist es bereits bekannt global für alle Brennräume der Brennkraftmaschine die Änderung der Energiemenge an flüssigem Kraftstoff später vorzunehmen als die Änderung der Energiemenge, welche durch das Gas-Luft- Gemisch eingebracht wird. Die Erfindung hat erkannt, dass durch verschiedene Abstände zwischen dem zumindest einen Gasmischer und den Brennräumen in denselben ungleichmäßige und unvorhersehbare Zustände auftreten.
Um dies zu beheben, wird vorgeschlagen, einen Zeitpunkt der Änderung der Menge an flüssigem Kraftstoff in die zweite Richtung für jeden der zumindest zwei Brennräume in Abhängigkeit vom Abstand des jeweiligen Brennraums vom zumindest einen Gasmischer festzulegen.. Dies kann auf verschiedene Arten und Weisen erfolgen.
Für die Zwecke der Erfindung wird als Abstand zwischen dem Gasmischer und dem zumindest einen Brennraum eine Wegstrecke verstanden, welchen das Gas-Luft- Gemisch aus strömungstechnischer Sicht zurücklegen muss, um einen Brennraum oder eine Gruppe von Brennräumen zu erreichen.
Der zumindest eine Gasmischer kann als zentraler Gasmischer für alle Brennräume der Brennkraftmaschine ausgebildet sein. Alternativ können auch zwei oder mehr Gasmischer vorgesehen sein, welche jeweils eine Gruppe von Brennräumen mit Gas- Luft-Gemisch versorgen.
Ein Aspekt der Erfindung besteht also darin, dass für jeden der Brennräume oder für Gruppen von Brennräumen die Menge an flüssigen Kraftstoff erst für jenen Arbeitszyklus geändert wird, in welchem eine durch den zumindest einen Gasmischer geänderte Zusammensetzung des Gas-Luft-Gemisches den Brennraum oder die Gruppe von Brennräumen erreicht.
Bei einem Arbeitszyklus (auch genannt Arbeitsspiel) eines Brennraums handelt es sich um den Vorgang des Ladens des Brennraums mit einem brennfähigen Inhalt, dem Entzünden und dem anschließenden Ausbringen des resultierenden Stoffinhalts des Brennraums. Bei einer Viertaktbrennkraftmaschine umfasst dies also zwei volle Umdrehungen der Kurbelwelle.
Wenn die durch das Gas-Luft-Gemisch zugeführte Energiemenge in eine erste Richtung geändert wird, also beispielsweise erhöht wird, muss in der Regel die durch den flüssigen Kraftstoff zugeführte Energiemenge in die entgegen gesetzte zweite Richtung verändert werden, also in diesem Fall verringert werden. Dies gilt unter der Prämisse, dass die Leistung der Brennkraftmaschine nicht verändert werden soll. Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist also ein Umschalten zwischen verschiedenen Modi bei einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine, während die Leistung und die Drehzahl der Brennkraftmaschine im Wesentlichen gleich bleibt.
Tatsächlich können in der Praxis einige Arbeitsspiele zwischen den Änderungen der durch das Gas-Luft-Gemisch und durch den flüssigen Kraftstoff zugeführten Energiemengen bei verschieden weit vom zumindest einen Gasmischer entfernten Brennräumen stattfinden.
Bei einer Vielzahl von Brennräumen kann die Regeleinrichtung dazu ausgebildet sein, einen Zeitpunkt der Änderung der Menge an flüssigem Kraftstoff für die Brennräume in Abhängigkeit eines individuellen Abstandes des jeweiligen Brennraums vom zumindest einen Gasmischer festzulegen. Daraus kann sich ergeben, dass die Menge an flüssigem Kraftstoff sequenziell je nach Abstand zum zumindest einen Gasmischer in die zweite Richtung geändert wird. Hierdurch kann eine sehr genaue Abstimmung der Menge an flüssigem Kraftstoff an die Ausbreitung der geänderten Konzentration im Gas-Luft-Gemisch in einer Gas-Luft-Gemisch-Zufuhr für die Brennräume erreicht werden.
Bei einer Vielzahl von Brennräumen können diese durch die Regeleinrichtung aber auch in zumindest zwei Gruppen organisiert sein, welche Gruppen einen unterschiedlichen Abstand zum zumindest einen Gasmischer aufweisen, wobei die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Zeitpunkt der Änderung der Mengen an flüssigem Kraftstoff für die zumindest zwei Gruppen in Abhängigkeit eines Abstandes der zumindest zwei Gruppen vom Gasmischer festzulegen. Dies stellt einen guten Kompromiss aus guter Abstimmung der Menge an flüssigem Kraftstoff und einer einfachen Steuerung des Umschaltvorgangs dar.
Die Einteilung der Brennräume in zwei Gruppen stellt eine erste, einfache Ausführung der Erfindung dar. Natürlich kann auch eine Einteilung in mehr als zwei Gruppen erfolgen bis hin zur - bereits erwähnten - brennraumindividuellen Änderungen der durch das Gas-Luftgemisch und den flüssigen Kraftstoff eingebrachten Energiemengen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Sollwert eines Beginns einer Einspritzung flüssigen Kraftstoffs in einem der zumindest zwei Brennräume in Abhängigkeit einer Zugehörigkeit zu einer der zumindest zwei Gruppen gewählt ist. In einer alternativen Ausführung kann ein brennraumindividueller Sollwert des Beginns der Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs gewählt werden.
Die erfindungsgemäße spätere Änderung der durch den flüssigen Kraftstoff zugeführten Energiemenge muss nicht bei jeder Änderung der durch das Gas-Luft-Gemisch zugeführten Energiemenge durchgeführt werden. Beispielsweise dann, wenn in einem Mischbetrieb der Dual-Fuel-Brennkraftmaschine nur relativ kleine Änderungen der durch das Gas-Luft-Gemisch durchgeführt werden, kann auf die spätere Änderung der durch den flüssigen Kraftstoff zugeführten Energiemenge verzichtet werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, einen zeitlichen Abstand zwischen der Änderung in die zweite Richtung und der Änderung in die erste Richtung in Abhängigkeit einer Zündreihenfolge zu wählen. Als Beispiel für die Berücksichtigung der Zündreihenfolge beim zeitlichen Abstand zwischen der Änderung in die erste Richtung und der Änderung in die zweite Richtung kann ein berechneter Abstand zwischen dem jeweiligen Brennraum und dem zumindest einen Gasmischer durch einen aus der Zündreihenfolge bestimmten Korrekturfaktor korrigiert werden. Die Transportzeit wird primär durch den strömungstechnischen Abstand zwischen dem zumindest einen Gasmischer und der jeweiligen Gruppe von Brennräumen bestimmt. Korrekturen der Transportzeit können aufgrund veränderlicher Luftmassenströme (Last oder Drehzahl) angezeigt sein. Natürlich kann der zeitliche Abstand auch brennraumindividuell berechnet werden.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass der Beginn der Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum in Abhängigkeit der an diesem Brennraum vorliegenden Gemischtemperatur und/oder der an diesem Brennraum zu erwartenden Klopfneigung korrigiert wird. Dadurch kann beispielsweise ein Klopfen verhindert werden und zwar indem der Zeitpunkt des Beginns der Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs nach spät (näher zum oberen Totpunkt) verschoben wird, wenn zu hohe Gemischtemperaturen auf eine zu hohe Klopfneigung hindeuten. Es kann weiterhin zumindest ein Zylinderdrucksensor zur Messung eines Druckverlaufs in dem zumindest einen Brennraum vorgesehen sein, wobei Signale des zumindest einen Zylinderdrucksensors der Regeleinrichtung zuführbar sind, und die Regeleinrichtung kann dazu ausgebildet sein,
- die Änderung der durch flüssigen Kraftstoff zugeführten Energiemenge und/oder
- der Beginn der Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum für einen der zumindest zwei Brennräume in Abhängigkeit der Signale des zumindest einen Zylinderdrucksensors zu korrigieren. Zeigt der zumindest eine Zylinderdrucksensor, dass beispielsweise der Spitzendruck in einem bestimmten Brennraum zu hoch ist, kann in einem späteren Arbeitsspiel eine Verringerung einer über den flüssigen Kraftstoff zugeführten Energiemenge bzw. ein Verschiebung der Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs nach spät (näher zum oberen Totpunkt) durchgeführt werden. Natürlich können statt dem Spitzendruck auch andere Kenngrößen der Verbrennung (bspw. Verbrennungsschwerpunkt) verwendet werden. Zeigen die Signale des zumindest einen Zylinderdrucksensors zu niedrige Drücke (Spitzendrücke, Kenngrößen für die Verbrennung) an, kann die eingebrachte Energiemenge erhöht werden und/oder die Einspritzung früher durchgeführt werden. Es kann ein Zylinderdrucksensor je Brennraum oder ein einziger Zylinderdrucksensor für einen Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen sein. Es ist ebenso möglich Zylinderdrucksensoren für mehr als einen aber nicht alle Brennräume zu verwenden.
In einer weiteren Ausführung kann die Regeleinrichtung dazu ausgebildet sein, den zeitlichen Abstand zwischen der Änderung in die zweite Richtung und der Änderung in die erste Richtung in Abhängigkeit einer Änderung einer Substitutionsrate und/oder eines Beginns einer Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs zu wählen. Bei einer stärkeren Änderung der Substitutionsrate wird tendenziell ein größerer zeitlicher Abstand gewählt werden, da sonst die Gefahr des Klopfens einzelner oder mehrerer Brennräume höher wird. Als Beispiel für die Berücksichtigung der Substitutionsrate und/oder des Beginns einer Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs beim zeitlichen Abstand zwischen der Änderung in die erste Richtung und der Änderung in die zweite Richtung kann ein berechneter Abstand zwischen dem jeweiligen Brennraum und dem zumindest einen Gasmischer durch einen aus der Zündreihenfolge bestimmten Korrekturfaktor korrigiert werden.
In der Regel wird die durch das Gas-Luft-Gemisch oder durch den flüssigen Kraftstoff den Brennräumen zugeführte Energiemenge durch die jeweiligen Mengen an flüssigem Kraftstoff, welcher durch den Injektor in die zumindest zwei Brennräume injiziert wird, oder durch die Menge an Gas, welches durch den Gasmischer einem Luftstrom beigemischt wird, bestimmt. Dies ist jedoch nicht in allen Situationen der Fall. Beispielsweise kann bei einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine, welche einen Turbolader mit einer Vorrichtung zur Einstellung des Ladedrucks (Umblaseventil oder Wastgate) die Menge an beigemischtem Gas verringert werden und gleichzeitig der Ladedruck erhöht werden. Hierbei ist zu bemerken, dass bei gemischaufgeladenen Brennkraftmaschinen die Einstellung des Gemischladedrucks gemeint ist und dass bei luftaufgeladenen Brennkraftmaschinen die Einstellung des Ladedrucks gemeint ist. Die den zumindest zwei Brennräumen durch das Gas-Luft-Gemisch zugeführte Energiemenge kann dann im Wesentlichen dieselbe sein. Diese Zusammenhänge sind unter Fachleuten bekannt und die Energiemenge, welche den zumindest zwei Brennräumen zugeführt wird, kann meist relativ einfach berechnet werden (beispielsweise aus der Luft-Überschusszahl Lambda oder aus einer Masse der zugeführten Kraftstoffe).
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen: Fig. 1 a bis 1 c einige Figuren zur Verdeutlichung eines ersten
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dual-Fuel- Brennkraftmaschine und eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 3a und 3b ein weiteres vereinfachtes Ausführungsbeispiel zum besseren Verständnis der Erfindung sowie
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Dual-Fuel-
Brennkraftmaschine. Fig. 1 a zeigt schematisch eine Dual-Fuel-Brennkraftmaschine mit 16 Brennräumen. Diese Brennräume sind gemäß der Zündreihenfolge von 1 bis 16 durchnummeriert. Schematisch angedeutet ist, dass das Gas-Luft-Gemisch von einem auf der rechten Seite der Brennkraftmaschine sitzenden Gasmischer bei den einzelnen Brennräumen eintrifft. Die Brennräume sind in zwei Gruppen (Gruppe 1 und Gruppe 2) organisiert.
Die Figuren 1 b und 1 c zeigen den Verlauf der Mengen an Gas und flüssigem Treibstoff, welcher in den Brennräumen der zwei Gruppen vorliegen. Des Weiteren ist der zeitliche Verlauf der Luft-Überschusszahl Lambda eingezeichnet. In allen Ausführungsbeispiel kommt Diesel als flüssiger Treibstoff zum Einsatz.
In Fig. 1 b sind die verschiedenen Mengenverläufe für die Gruppe 2 eingezeichnet, Fig. 1 c ist dazu analog in Bezug auf Gruppe 1 .
Zum Zeitpunkt T_S wird über den Gasmischer Gas beigemischt. Dieses Gas wird die Gruppe 1 schneller erreichen als die Gruppe 2. Deshalb wird bei der Gruppe 1 zum Zeitpunkt T_1 die Dieselmenge zurückgezogen. Bei der Gruppe 2 geschieht dies erst zum späteren Zeitpunkt T_2. Am Ende des Umschaltvorgangs (Zeitpunkt T_E) liegt in allen Brennräumen ein gleiches Verhältnis zwischen der Gasmenge Q_Gas und der Dieselmenge Q_Diesel vor. Auch die Luft-Überschusszahl Lambda ist angeglichen.
Während des Umschaltens ist es auch vorgesehen, den Beginn des Einspritzens des flüssigen Kraftstoffs - in diesem Fall Diesel - in Abhängigkeit der am jeweiligen Brennraum vorliegenden Gemischtemperatur und der an diesem Brennraum zu erwartenden Klopfneigung zu korrigieren. Der zu korrigierende Sollwert für den Beginn der Einspritzung des Diesels wird dabei davon abhängen, zu welcher Gruppe der jeweilige Brennraum gehört. In Fig. 1 a sind die Brennräume durch ihre Positionen in der Zündreihenfolge nummeriert. Die Zündreihenfolge kann zur Bestimmung des Zeitpunkts der Änderung in die zweite Richtung (Zurückziehen der Dieselmenge) herangezogen werden. Beispielsweise kann für den Brennraum mit Nummer 1 in der Zündreihenfolge ein berechneter Abstand der Gruppe 2 vom Gasmischer mittels eines Korrekturfaktors korrigiert werden. Der Korrekturfaktor kann beispielsweise additiver oder multiplikativer Natur sein. Aufgrund seiner Position 1 , welche weit weg vom Gasmischer ist und daher zu einem gewissen Zeitpunkt eine geringere Gaskonzentration erfährt als beispielsweise der Brennraum mit Position 15, wird im vorliegenden Fall eine effektive Vergrößerung des berechneten Abstands durch den Korrekturfaktor angezeigt sein (also die Dieselmenge später zurückgezogen werden).
Fig. 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel. Dabei sind die Brennräume der Dual- Fuel-Brennkraftmaschine in vier Gruppen unterteilt. Ansonsten ist dieses Ausführungsbeispiel analog zu dem aus den Figuren 1 a bis 1 c.
Zur besseren Verständlichkeit der Erfindung ist in den Figuren 3a und 3b ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, welches der Einfachheit halber nur vier Brennräume umfasst. Dies ist in Fig. 3a dargestellt. Wieder ist ein Gasmischer vorgesehen, welcher in der Figur auf der rechten Seite der Brennräume angeordnet ist (wieder durch einen Pfeil beschriftet mit„Gas" angedeutet).
Fig. 3b zeigt mehrere Diagramme, wobei für verschiedene Arbeitsspiele die eingespritzte Dieselmenge dargestellt ist. Dabei sind vier Arbeitsspiele dargestellt, welche jedoch nicht direkt aufeinander folgen müssen. In der Praxis wird es tatsächlich üblicher sein, dass zwischen den dargestellten Arbeitsspielen mehrere weitere Arbeitsspiele liegen. Die Veränderungen in der Dieselmenge können dabei kontinuierlich oder stufenartig zwischen dem dargestellten Arbeitsspielen wechseln. In diesem Ausführungsbeispiel wird zu einem gewissen Zeitpunkt, welcher vor dem Arbeitsspiel 1 liegt, die Gasmenge, welche im Gasmischer beigemischt wird, erhöht. Im Arbeitsspiel 1 hat diese erhöhte Gasmenge die Brennräume noch nicht erreicht. Die Dieselmenge wird deshalb für keinen der vier Brennräume geändert. Die geänderte Gasmenge hat im Arbeitsspiel 2 zwar die Brennräume 3 und 4 erreicht, jedoch nicht die Brennräume 1 und 2. Deshalb wird im Arbeitsspiel 2 begonnen, die Dieselmenge für die Brennräume 3 und 4 zu reduzieren. Dies kann schrittweise erfolgen, was durch den Unterschied der dargestellten Arbeitsspiele 2 und 3 verdeutlicht wird. In einem ersten Schritt (Arbeitsspiel 2) wird die Dieselmenge Q_Diesel der Brennräume 3 und 4 um ein gewisses Maß reduziert. Dieses Verhalten wird im Arbeitsspiel 3 fortgesetzt und die für die Brennräume nach dem Umschalten gedachte Dieselmenge Q_Diesel wird im Arbeitsspiel 3 für die Brennräume 3 und 4 bereits verwendet.
Dieses schrittweise Zurückziehen der Dieselmenge Q_Diesel ist jedoch nicht absolut notwendig. Auch ein abruptes Zurückziehen der Dieselmenge Q_Diesel kann vorteilhaft sein. Die Vorgänge weiterverfolgend hat im Arbeitsspiel 4 die veränderte Gasmenge in der Gas-Luft-Gemischzufuhr nun auch die Brennräume 1 und 2 erreicht. Hier wird die Dieselmenge sofort von der vor dem Umschalten vorliegenden Menge auf die gewünschte Dieselmenge Q_Diesel zurückgezogen. Zu diesem Zeitpunkt wird dann wieder in allen Brennräumen 1 bis 4 die gleiche Dieselmenge Q_Diesel eingespritzt.
Es ist zu bemerken, dass Figuren 3a und 3b rein schematisch sind. Insbesondere die Verhältnisse der Dieselmengen Q_Diesel können in der Praxis stark von den hier dargestellten Verhältnissen abweichen. Bei den mit den Bezugszeichen X versehenen Einspritzereignissen (Arbeitsspiel 3, Brennraum 3 sowie Arbeitsspiel 4, Brennraum 2) ist die nach rechts dargestellte Zündreihenfolge ZR ebenfalls als Zeitachse zu verstehen. Durch die verschobenen Indikatoren für die Dieselmenge Q_Diesel wird angezeigt, dass die Einspritzung des Diesels früher beginnt als dies normal vorgesehen ist. Dies kann beispielsweise in Reaktion auf einen zu hohen Zylinderdruck oder einen unerwünschten Verbrennungsverlauf gemacht werden. In Figur 4 ist eine erfindungsgemäße Dual-Fuel-Brennkraftmaschine schematisch dargestellt. Sie verfügt über vier Brennräume B1 bis B4, welchen über Injektoren 11 bis 14 flüssiger Treibstoff - in diesem Fall Diesel - zuführbar ist. Zur Herstellung des Gas-Luft-Gemisches ist ein zentraler Gasmischer GM vorgesehen, welcher mit einer Luftzufuhr L und einem Gasreservoir G, wie beispielsweise ein Tank, verbunden ist. Über eine Gas-Luft-Gemisch-Zufuhr R wird das in dem zentralen Gasmischer GM hergestellte Gas-Luft-Gemisch den Brennräumen B1 bis B4 zugeführt. Dem Gasmischer GM nachgeschaltet ist noch ein Verdichter V eines Turboladers vorgesehen (gemischaufgeladene Brennkraftmaschine). Der Gasmischer GM könnte aber auch nach dem Verdichter V in der Luftzufuhr angeordnet sein (luftaufgeladene Brennkraftmaschine). Die Anzahl der Brennräume B1 bis B4 ist rein beispielhaft.
Die Erfindung kann bei Dual-Fuel-Brennkraftmaschinen mit 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 Brennräumen zum Einsatz kommen, es können Hubkolbenmaschinen zum Einsatz kommen, d. h. die Brennräume sind in Kolben-Zylinder-Einheiten angeordnet.
Die Erfindung kann bevorzugt bei einer stationären Brennkraftmaschine, für Marineanwendungen oder mobile Anwendungen wie sogenannte „Non-Road-Mobile- Machinery" (NRMM) - vorzugsweise jeweils als Hubkolbenmaschine - eingesetzt werden. Die Brennkraftmaschine kann als mechanischer Antrieb dienen, z. B. zum Betreiben von Verdichteranlagen oder mit einem Generator zu einem Gensets zur Erzeugung elektrischer Energie gekoppelt sein.

Claims

Patentansprüche
Dual-Fuel-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Brennräumen, welche einen unterschiedlichen Abstand von zumindest einem Gasmischer zur Herstellung eines Gas-Luft-Gemisches aufweisen, wobei
- jedem der Brennräume ein Einlassventil für das Gas-Luft-Gemisch und ein Injektor für flüssigen Kraftstoff zugeordnet ist, und
- eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche in einem Umschaltmodus dazu ausgebildet ist, eine den zumindest zwei Brennräumen durch das Gas-Luft- Gemisch zugeführte Energiemenge in eine erste Richtung zu ändern und eine den zumindest zwei Brennräumen zugeführte Menge an flüssigem Kraftstoff in eine entgegengesetzte, zweite Richtung zu ändern,
dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Zeitpunkt der Änderung der Menge an flüssigem Kraftstoff in die zweite Richtung für jeden der zumindest zwei Brennräume in Abhängigkeit vom Abstand des jeweiligen Brennraums vom zumindest einen Gasmischer festzulegen.
2. Dual-Fuel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Brennräumen vorgesehen ist, wobei die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Zeitpunkt der Änderung der Menge an flüssigem Kraftstoff für die Brennräume in Abhängigkeit eines individuellen Abstandes des jeweiligen Brennraums vom zumindest einen Gasmischer festzulegen.
3. Dual-Fuel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Brennräumen vorgesehen ist, welche in der Regeleinrichtung in zumindest zwei Gruppen organisiert sind, welche Gruppen einen unterschiedlichen Abstand zum zumindest einen Gasmischer aufweisen, wobei die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Zeitpunkt der Änderung der Mengen an flüssigem Kraftstoff für die zumindest zwei Gruppen in Abhängigkeit eines Abstandes der zumindest zwei Gruppen vom Gasmischer festzulegen.
4. Dual-Fuel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert eines Beginns einer Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs in einem der Brennräume in Abhängigkeit einer Zugehörigkeit zu einer der zumindest zwei Gruppen gewählt ist.
5. Dual-Fuel-Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, einen zeitlichen Abstand zwischen der Änderung in die erste Richtung und der Änderung in die zweite Richtung in Abhängigkeit einer Zündreihenfolge zu wählen.
6. Dual-Fuel-Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum in Abhängigkeit der an diesem Brennraum vorliegenden Gemischtemperatur und/oder der an diesem Brennraum zu erwartenden Klopfneigung korrigiert wird.
7. Dual-Fuel-Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zylinderdrucksensor zur Messung eines Druckverlaufs in dem zumindest einen Brennraum vorgesehen ist, wobei Signale des zumindest einen Zylinderdrucksensors der Regeleinrichtung zuführbar sind, und die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist,
- die Änderung der durch flüssigen Kraftstoff zugeführten Energiemenge und/oder
- der Beginn der Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum für einen der zumindest zwei Brennräume in Abhängigkeit der Signale des zumindest einen Zylinderdrucksensors zu korrigieren.
8. Dual-Fuel-Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, den zeitlichen Abstand zwischen der Änderung in die zweite Richtung und der Änderung in die erste Richtung in Abhängigkeit einer Änderung einer Substitutionsrate und/oder eines Beginns einer Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs zu wählen.
9. Verfahren zum Betrieb einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine, wobei eine zumindest zwei Brennräumen der Brennkraftmaschine durch Gas-Luft-Gemisch zugeführte Energiemenge in eine erste Richtung geändert wird und eine den zumindest zwei Brennräumen zugeführte Menge an flüssigem Kraftstoff in eine entgegengesetzte, zweite Richtung geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass einen Zeitpunkt der Änderung der Menge an flüssigem Kraftstoff in die zweite Richtung für jeden der zumindest zwei Brennräume in Abhängigkeit vom Abstand des jeweiligen Brennraums vom zumindest einen Gasmischer festgelegt wird.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008007325A1 (de) * 2008-02-02 2009-08-13 Man Diesel Se Prüfverfahren für Zündfluid-Injektoren
US20100332106A1 (en) * 2009-06-30 2010-12-30 Clean Air Power, Inc. Method and apparatus for controlling liquid fuel delivery during transition between modes in a multimode engine
DE102013213349A1 (de) * 2013-03-28 2014-10-02 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine, Regelung für eine Dual-Fuel-Brennkraftmaschine und Dual-Fuel-Brennkraftmaschine
DE102013215924A1 (de) * 2013-08-12 2015-02-12 Mtu Onsite Energy Gmbh Verfahren zur Lastgleichstellung von Zylindern einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2635764B2 (ja) * 1989-05-18 1997-07-30 株式会社ディーゼルユナイテッド マルチフューエル機関の燃料切換え方法
US5370097A (en) * 1993-03-22 1994-12-06 Davis Family Trust Combined diesel and natural gas engine fuel control system and method of using such
US6101986A (en) 1998-03-06 2000-08-15 Caterpillar Inc. Method for a controlled transition between operating modes of a dual fuel engine
US20120266846A1 (en) * 2011-04-25 2012-10-25 Michael Kilbourne Dual fuel diesel engine system
EP2915987B1 (de) * 2014-03-07 2016-12-21 Caterpillar Motoren GmbH & Co. KG Beurteilung der Funktionstüchtigkeit eines Einlassventils für gasförmigen Brennstoff

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008007325A1 (de) * 2008-02-02 2009-08-13 Man Diesel Se Prüfverfahren für Zündfluid-Injektoren
US20100332106A1 (en) * 2009-06-30 2010-12-30 Clean Air Power, Inc. Method and apparatus for controlling liquid fuel delivery during transition between modes in a multimode engine
DE102013213349A1 (de) * 2013-03-28 2014-10-02 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine, Regelung für eine Dual-Fuel-Brennkraftmaschine und Dual-Fuel-Brennkraftmaschine
DE102013215924A1 (de) * 2013-08-12 2015-02-12 Mtu Onsite Energy Gmbh Verfahren zur Lastgleichstellung von Zylindern einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine

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AT518122A1 (de) 2017-07-15

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