WO2018028812A1 - Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine, einrichtung zum steuern und/oder regeln und brennkraftmaschine - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine with a gas guidance system according to the preamble of claim 1, a device for controlling and / or regulating an internal combustion engine and an internal combustion engine.
  • a method for operating an internal combustion engine such as an engine or the like, in particular a large diesel engine, provides an initially mentioned gas guide system for the periphery of the internal combustion engine.
  • an engine may be operated in a partial operation in which the fuel injection into individual cylinders or into a cylinder group, for example, in an entire cylinder bank, can be switched off.
  • This partial operation - or partial engine operation - is also referred to as so-called ZA operation (cylinder shutdown).
  • the non-fuel injected cylinders are also referred to as unfired cylinders.
  • the fuel injected cylinders are also referred to as fired cylinders.
  • a cylinder designed for operation with injection has an injector which is actuated for injection in full operation and partial operation.
  • a cylinder designed for operation without injection has an injector, which is activated in full operation for injection and is activated in partial operation to refrain from injection.
  • the partial operation of an engine has the advantage that with the same effective power of the engine in the still fired cylinder correspondingly more fuel can be injected and thus the same power output is shown as in full engine operation.
  • Full operation - or full engine operation - provides that all cylinders of the engine are fired, i. Fuel is injected into all cylinders.
  • JP 2008 025 525 A shows an ECU-controlled V-type internal combustion engine having various cylinder groups and individual exhaust passages and independently for each cylinder group catalysts in the individual exhaust passages.
  • a common exhaust passage connects the individual exhaust passages downstream of an individual one Catalyst and upstream of a common catalyst.
  • a valve in the common exhaust passage and each valve in an individual exhaust passage may be switched by an ECU depending on the state of combustion operation of the two cylinder groups.
  • the ECU may close an exhaust gas control valve in the common exhaust passage and start only a second cylinder group for a combustion operation when starting the internal combustion engine.
  • the ECU may also start a first and second cylinder groups for combustion operation while the exhaust control valve opens in the common exhaust passage. This system can still be improved.
  • the exhaust gas temperature in an exhaust aftertreatment system of the gas routing system in the periphery of the engine differs due to the mixing of hot exhaust gas from the fired cylinders with comparatively cold gas-correctly comparatively cold compressed air without fuel combustion residuals-the unfired cylinders from exhaust gas temperature in full operation.
  • these equipped with a conventional exhaust system in idle and low load operation ie in the case of partial operation, have too low exhaust gas temperature.
  • the low exhaust gas temperature is lowered due to the mixing of hot exhaust gas fired cylinder and comparatively cold gas unspent cylinder such that a downstream exhaust aftertreatment system in the field of partial operation can only have an insufficient efficiency.
  • An exhaust aftertreatment system may include, for example, a particulate filter (PF), also referred to as a soot particulate filter (RPF) or diesel particulate filter (DPF), in particular a catalytically reactive particulate filter (CPF).
  • PF particulate filter
  • RPF soot particulate filter
  • DPF diesel particulate filter
  • CPF catalytically reactive particulate filter
  • Catalytically regenerated and otherwise regenerated particulate filters (PF) usually require a certain minimum temperature for regeneration. Similar minimum temperature requirements exist for catalysts that are used in an exhaust aftertreatment system, such.
  • an SCR catalyst selective catalytic reaction
  • a 3-way catalyst an NO x storage catalyst, or other such suitable vehicle catalyst.
  • a first separating means in particular a dispensing cylinder flap, a gas-conducting embodiment connection between the first gas version and a line branch connected to a high-pressure turbine, in particular an exhaust gas turbocharger turbine, and the second gas version (4);
  • a second separating means in particular an exhaust gas recirculation flap, a gas-conducting feedback connection to an exhaust gas recirculation heat exchanger and / or the gas supply, in particular open or closed, and
  • a gas-conducting connection between the second gas outlet and a line branch connected gas-conductively to the outlet of the high-pressure turbine is controlled, in particular opened or closed, by means of a third separating means, in particular a high-pressure turbine bypass flap;
  • DE 10 2009 028 354 B4 describes a gas guidance system which, by means of suitable separating agents in the gas supply and gas discharge of an internal combustion engine, enables the separation of the two gas flows and thus only the exhaust gases from the fired cylinders are directed to the exhaust gas turbocharger turbine the compressed fresh air from the unfired cylinders, without the efficiency-related losses from the exhaust gas turbocharger, can be routed directly into the gas supply again.
  • the invention begins, whose task is to provide a method in an improved manner to improve the transient behavior of an internal combustion engine when load is applied.
  • a reduction of the reaction time and the emissions is to be achieved in a load application.
  • fuel consumption and emissions in part-load operation are to be reduced.
  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, comprising the steps mentioned above according to the preamble of claim 1. According to the invention it is provided that
  • both the first partial gas stream and the second partial gas stream practically completely
  • High-pressure turbine is supplied, in particular an injection in the first cylinder bank (21) is wholly or partially activated, wherein
  • the first release agent in particular the dispenser cylinder flap
  • the second release agent in particular the Abgasmck Installations flap, predominantly or practically completely closed so that the gas-conducting return connection is predominantly or practically closed.
  • the invention also leads to a device for controlling and / or regulating an internal combustion engine of claim 13 and an internal combustion engine of claim 15.
  • the invention is based on the consideration that in the case of a transient operating state of an internal combustion engine, in particular a load connection, the reaction time should be minimized.
  • the invention has recognized that the short-term shutdown of the basically energetically advantageous separation of both gas streams originating from fired as well as from unfired cylinders is advantageous in the case of a sudden load application.
  • This advantage is due to the fact that the air flow from the unfired cylinders, which are passed directly back into the gas supply in the stationary operating state of the internal combustion engine to achieve the above-described consumption and emission advantages, in the case of a load application neglecting a short-term enthalpy loss in addition to Exhaust gas flow from the fired cylinders is passed to the turbocharger turbine and thus additionally accelerated.
  • the boost pressure of the internal combustion engine can be built faster, which in turn leads to a faster startup of the internal combustion engine.
  • the reaction time of the internal combustion engine with regard to the provision of the required drive power is significantly shortened in this way.
  • the injection time is delayed relative to an injection time of an operating state before the transient operating state by a predetermined period between t m j n and t max in the millisecond range and behind an injection time of one Operating state is before the transient operating state, in particular wherein the operating state before the transient operating state is a partial load operation.
  • the advantage is achieved that occurring during acceleration Nitrogen oxide (NOx) emissions can be partially or even fully compensated, and thus the enthalpy to accelerate the turbocharger turbine is increased.
  • NOx Nitrogen oxide
  • Gas supply to be supplied in particular an injection in the first cylinder bank (21) is completely or partially deactivated, wherein
  • the second separating means in particular the exhaust gas recirculation flap, is partially or completely opened, so that the gas-conducting return connection is partially or completely opened,
  • the first separating means in particular the dispensing cylinder flap, is partially or completely closed, so that the gas-carrying Auslandertik is partially or completely closed.
  • the internal combustion engine can be operated in a predominantly stationary donor cylinder operation by the separate exhaust aftertreatment energy-efficient, that is, in particular under reduced fuel consumption and reduced emissions.
  • the separate execution of exhaust gases from both the fired cylinders on the turbocharger turbine, as well as the separate execution of fresh air from the unfired cylinders to a more efficient energy recovery compared to a conventional mixing of these two gas shares in the application of the turbocharger turbine.
  • the gas supply to a charge air cooler is influenced by means of a fourth separating means, in particular an air throttle.
  • a fourth separating means in particular an air throttle.
  • a device for controlling and / or regulating an internal combustion engine (20) is advantageously designed to control and / or regulate a combustion system for carrying out a method according to the method or one of the developments.
  • an engine control unit ECU
  • ECU engine control unit
  • LA load application
  • TL partial load operation
  • VL full load operation
  • the first separating means is a dispensing cylinder flap which is designed for an exhaust gas recirculation rate control.
  • the second separating means is an exhaust gas recirculation flap, which is designed for an exhaust gas recirculation rate control and an exhaust gas recirculation shutdown.
  • the third separating means is a high-pressure turbine bypass valve, which is designed for a boost pressure control.
  • the fourth separating means is a charge air throttle, which is designed for thermal management.
  • the combustion system according to the invention comprises an internal combustion engine with a number of cylinders having engine and an aforementioned means for controlling and / or regulating and with a arranged in the periphery of the internal combustion engine gas supply system for guiding gas of the internal combustion engine, wherein the combustion system for performing the method according to the invention or a development of the same is formed.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a combustion system with an internal combustion engine and a gas guidance system of a preferred embodiment
  • FIG. 2 is a flow chart illustrating the preferred embodiment and a method of operating the combustion system, as exemplified in FIG.
  • the gas guiding system 10 is arranged at the periphery of an internal combustion engine 20 for guiding gas, ie fresh air and exhaust gas.
  • the internal combustion engine 20 has an upstream side and a downstream side periphery.
  • the internal combustion engine 20 is shown symbolically in the form of a large diesel engine and has a first cylinder bank 21 with a first gas version 3 and a second cylinder bank 22 with a second gas version 4.
  • the gas supply system 10 has an inflow-side gas supply 1 for supplying gas to an input side of the internal combustion engine 20 on.
  • the gas supply 1 in the present case has a fresh air section 11 and a gas return 12 for exhaust gas or exhaust air, which are both further downstream of an input side of the engine 20, that is, before the cylinder banks 21, 22, merged into a common part of the gas supply 1.
  • the fresh air section 11 of the gas supply 1 is initially formed by a raw air section 11.1 for sucking raw air before a low-pressure compressor 11.2 with a downstream intercooler 11.3.
  • a raw air section 11.1 for sucking raw air before a low-pressure compressor 11.2 with a downstream intercooler 11.3.
  • two Rohluftspecialn 11.1 and two first Compressor 11.2 and intercooler 11.3 are two Rohlufttalkn 11.1 and two first Compressor 11.2 and intercooler 11.3 provided.
  • the two Rohluft choirn 11.1 are merged into a common charge air gap 11.4 in front of a high pressure compressor 11.5, to which a further charge air gap 11.6 connects, which leads from the high pressure compressor 11.5 to the intercooler 11.7.
  • a release agent 44 On the inflow side of the charge air cooler 11.7 is a release agent 44, by means of which the gas-conducting connection between the charge air gap 11.6 and the intercooler 11.7 can be made or interrupted.
  • Downstream of the intercooler 11.7 close in the present two further routes 11.8 of the fresh air section 11, which merges the fresh air section 11 with the gas recirculation 12 of the gas supply 1.
  • the compressors namely the two low-pressure compressor 11.2 and the high-pressure compressor 11.5, are each driven by a turbine 13.2, 13.5 of the downstream gas discharge 2.
  • two low-pressure turbines 13.2 are arranged in a section 13.1 and a high-pressure turbine 13.5 in a section 13.4 between the low-pressure turbines 13.2 and a branch 13.3 of the line 13.
  • a downstream gas discharge 2 adjoins the outflow side to the branch 13.3 of the line 13, which is connected to the gas versions 3, 4.
  • the gas versions 3, 4 are connected downstream of the internal combustion engine 20 to the cylinders of the cylinder banks 21, 22, that is, in the present case arranged on an output side of the internal combustion engine 20.
  • the internal combustion engine 20 can be driven in full load operation (also full engine operation) or in partial load operation (also partial engine operation).
  • the first cylinder bank 21 is designed as an unfired cylinder bank in this embodiment, i. in the case of a partial load operation of the internal combustion engine 20, the cylinders of the first cylinder bank 21 are operated without injection, and in the case of a full-load operation of the internal combustion engine 20, the cylinders of the first cylinder bank 21 are operated with injection.
  • the second cylinder bank 22 of the engine 20 is formed in the form of a fired cylinder bank, i. In the case of a partial load operation of the internal combustion engine as well as in the case of full load operation of the internal combustion engine 20, the cylinders of the second cylinder bank 22 are operated with injection.
  • the first Gasausstattung 3 - comprising manifolds and the like - used to execute a first partial gas flow 7 from the cylinders of the first cylinder bank 21, namely the unloaded in partial load cylinder bank.
  • the second gas version 4 comprising manifolds and the like, serves to carry out a second partial gas flow 8 from the cylinders of the second cylinder bank 22, namely the cylinder bank fired in full and part load operation.
  • a first cylinder group is thereby formed by the cylinders of the first cylinder bank 21 and a second cylinder group is formed by the cylinders of the second cylinder bank 22.
  • a gas-conducting connection between the first gas version 3 and the second gas version 4 can be produced.
  • a gas-conducting connection between the first gas version 3 and the gas recirculation 12 can be produced.
  • an exhaust gas recirculation cooler 12.1 is arranged in the gas recirculation 12. That An exhaust gas emerging from the fired first cylinder bank 21 into the first gas outlet 3 can be supplied via the separating means 42 and the gas return path 12 to the exhaust gas recirculation cooler 12.1
  • the second gas version 4 serves to carry out a second partial gas flow 8 from the cylinders of the second cylinder bank 22.
  • the gas version 4 has a first branch 4.1, which leads to the branch 13.3 of the line 13 of the gas outlet 2.
  • the second gas version 4 has a second branch 4.2, which opens into the line 13 of the gas outlet 2, namely between the high-pressure turbine 13.5 and the low-pressure turbine 13.2, i. into the track 13.4.
  • the branch 4.2 of the second gas version 4 has a separating means 43.
  • the separating means 43 serves in the second branch 4.2 as a bypass valve.
  • the gas versions 3, 4 are connected via the branch 13.3 and / or via the bypass connection in the route 13.4.
  • the first separating means 41 separates the first gas outlet 3 and the second gas outlet 4. That is to say, in partial load operation the first separating means 41 closes.
  • the third separating means 43 can be closed in full load operation or fully / partially opened.
  • the operation of the internal combustion engine 100 with the engine 20 and the gas guide system 10 is controlled for the full-load operation and the partial-load operation by guiding the gas by means of the separation means 41, 42, 43 and 44.
  • the release means 41, 42, 43 and 44 - hereinafter also referred to as valves - are connected to a motor control, which means this Control variables VALVE 1, VALVE2, VALVE3 and VALVE4 are controlled.
  • VALVE 1, VALVE 2, VALVE 3 and VALVE4 are explained according to the functions with reference to FIG. 2.
  • the exhaust gases of the cylinders of the first cylinder bank 21 can be passed with closed release agent 41 and 42 release agent to the gas recirculation 12 and then over the further course of the gas supply 1 back to the input side of the engine 20 become.
  • the exhaust gas is passed through the exhaust gas recirculation cooler 12.1.
  • the cylinders of the first cylinder bank 21 are simultaneously referred to as donor cylinders; the arrangement is referred to as donor exhaust gas recirculation and controlled via the separating means 41 and 42.
  • Serve the control variables VALVE 1 and VALVE 2 according to the release means 41 and 42 open or close.
  • the exhaust gas is supplied from the cylinders of the first cylinder bank 21 via the first gas outlet 3 and the branch 13.3 of the conduit 13 to the downstream gas outlet 2. This is done by driving the turbines 13.5 and 13.2, before the exhaust gases are discharged via the further downstream line section 13.1 into the environment.
  • the turbines 13.5 and 13.2 drive the compressors 11.5 and 11.2 to compress the raw air in the inflow-side gas supply 1 at.
  • the cylinders of the second cylinder bank 22 are fired, i. they are operated under injection of fuel.
  • In VollUast plante 43 of the partial gas flow of the second cylinder bank 22 of the high-pressure turbine 13.5 can be supplied with a closed release agent.
  • the gas routing in the gas guidance system 10 is advantageously as follows:
  • the fuel injection into the cylinders of the first cylinder bank 21 is switched off.
  • the same effective power output of the internal combustion engine 20 is injected into the further fueled cylinder of the second cylinder bank 22 correspondingly more fuel and thus in principle the same power output as shown in VollUast Anlagen.
  • the compressed air from the unfired cylinders of the first cylinder bank 21 can be supplied directly to the fresh air in the inflow-side gas feed 1 without the efficiency-related energy losses of the exhaust gas turbocharger due to the closing of the first separating means 41 and the opening of the second separating means 42.
  • the exhaust gases of the fired, second cylinder bank via the second Gasausschreibung 4 and the line branch 13.3 are passed directly to the high-pressure turbine 13.5 of the exhaust gas turbocharger.
  • the gas guide in the gas guide system 10 advantageously represents as follows: By completely opening the first separating means 41 and completely closing the second separating means 42, both the first partial gas stream 8 and the second partial gas stream 9 completely fed to the high-pressure turbine 13.5.
  • FIG. 1 An illustrative flow chart for explaining the switching operations between the various full-load, load-on and part-load modes is shown in FIG.
  • step S4 the transition to step S 1 takes place via a feedback.
  • step S5 the donor cylinder injection is activated in step S5
  • step S8 the injection timing is retarded by a defined period of time in step S8, in step S9 it is checked whether the exhaust gas turbocharger rotational speed nATL exceeds a limit value GW according to the test condition nATL > GW.
  • step S10 the first separating agent, the second separating agent and the third separating agent are controlled via the control variables VALVE 1, VALVE2 and VALVE 3 in accordance with a control mode, in particular an exhaust-gas recirculation control (EGR control) ) or a boost pressure control (pLL control).
  • EGR control exhaust-gas recirculation control
  • pLL control boost pressure control
  • step S1 the donor cylinder injection is deactivated in step S1 1.
  • step S12 the dependent actuation of the first separating means 41 and of the third separating means 43 takes place via the control variables VALVE 1 and VALVE3.
  • step S13 the transition to step S1 takes place via a feedback.
  • VL VL, TL, LA full load operation, partial load operation, load application

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Abstract

Verfahren Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei erfindungsgemäß im Fall eines transienten Betriebszustandes, insbesondere einer Lastaufschaltung (LA), sowohl der erste Teilgasstrom (7) als auch der zweite Teilgasstrom (8) praktisch vollständig der Hochdruck-Turbine (13.5) zugeführt wird, insbesondere eine Einspritzung in der ersten Zylinderbank (21) ganz oder teilweise aktiviert wird, und wobei das erste Trennmittels (41), insbesondere die Spenderzylinder-Klappe, überwiegend oder praktisch vollständig geöffnet wird sodass die gasführende Ausführverbindung überwiegend oder vollständig geöffnet ist, und das zweite Trennmittel (42), insbesondere die Abgasrückführungs-Klappe, überweigend praktisch vollständig geschlossen wird sodass die gasführende Rückführverbindung überwiegend geschlossen wird.

Description

BESCHREIBUNG Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln und Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Gasführungssystem gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine.
Ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine wie eines Motors oder dergleichen, insbesondere eines Großdieselmotors, sieht ein eingangs genanntes Gasführungssystem für die Peripherie der Brennkraftmaschine vor. Beispielsweise in einem Schwachlastbetrieb oder Leerlauf kann ein Motor in einem Teilbetrieb betrieben werden, bei welchem die Kraftstoffeinspritzung in einzelne Zylinder oder in eine Zylindergruppe, beispielsweise in eine ganze Zylinderbank, abgeschaltet werden kann. Dieser Teilbetrieb - oder Teilmotorbetrieb - wird auch als sogenannter ZA-Betrieb (Zylinder-Abgeschaltet) bezeichnet. Die nicht mit Kraftstoffeinspritzung versehenen Zylinder werden auch als ungefeuerte Zylinder bezeichnet. Die mit Kraftstoffeinspritzung versehenen Zylinder werden auch als gefeuerte Zylinder bezeichnet. Ein zum Betrieb mit Einspritzung ausgelegter Zylinder weist einen Injektor auf, der im Vollbetrieb und Teilbetrieb zur Einspritzung angesteuert wird. Ein zum Betrieb ohne Einspritzung ausgelegter Zylinder weist einen Injektor auf, der im Vollbetrieb zur Einspritzung angesteuert wird und im Teilbetrieb angesteuert wird, eine Einspritzung zu unterlassen. Der Teilbetrieb eines Motors hat den Vorteil, dass bei gleicher effektiver Leistung des Motors in die weiterhin gefeuerten Zylinder entsprechend mehr Kraftstoff eingespritzt werden kann und somit die gleiche Abgabeleistung wie im vollmotorischen Betrieb dargestellt wird. Der Vollbetrieb - oder Vollmotorbetrieb - sieht vor, dass alle Zylinder des Motors gefeuert werden, d.h. in alle Zylinder wird Kraftstoff eingespritzt.
JP 2008 025 525 A zeigt eine ECU-gesteuerte Verbrennungsmaschine des V-Typs mit verschiedenen Zylindergruppen und individuellen Abgaspassagen und unabhängig für jede Zylindergruppe Katalysatoren in den individuellen Abgaspassagen. Eine gemeinsame Abgaspassage verbindet die individuellen Abgaspassagen stromabwärts eines individuellen Katalysators und stromaufwärts eines gemeinsamen Katalysators. Ein Ventil in der gemeinsamen Abgaspassage und jeweils ein Ventil in einer individuellen Abgaspassage können von einer ECU, abhängig vom Zustand eines Verbrennungsbetriebs der beiden Zylindergruppen, geschaltet werden. Die ECU kann ein Abgaskontrollventil in der gemeinsamen Abgaspassage schließen und nur eine zweite Zylindergruppe für einen Verbrennungsbetrieb beim Anfahren der Verbrennungsmaschine starten. Die ECU kann auch eine erste und zweite Zylindergruppe für einen Verbrennungsbetrieb starten während das Abgaskontrollventil in der gemeinsamen Abgaspassage öffnet. Diese Anlage ist noch verbesserbar.
In einem Teilbetrieb eines Motors unterscheidet sich die Abgastemperatur bei einem Abgasnachbehandlungs- System des Gasführungssystems in der Peripherie des Motors aufgrund der Vermischung von heißem Abgas aus den gefeuerten Zylindern mit vergleichsweise kaltem Gas -korrekterweise vergleichsweise kalter komprimierter Luft ohne Kraftstoffverbrennungsreste- der ungefeuerten Zylinder von einer Abgastemperatur im Vollbetrieb. Bei modernen Dieselmotoren hat sich insbesondere gezeigt, dass diese—mit einer konventionellen Abgasführung ausgestattet- im Leerlauf und Schwachlastbetrieb, also im Falle des Teilbetriebs, eine zu niedrige Abgastemperatur aufweisen. Die niedrige Abgastemperatur ist infolge der Vermischung heißen Abgases gefeuerter Zylinder und vergleichsweise kalten Gases ungefeuerter Zylinder derart abgesenkt, dass ein nachgeschaltetes Abgasnachbehandlungs- System im Bereich des Teilbetriebs nur eine unzureichende Wirksamkeit aufweisen kann. Ein Abgasnachbehandlungs- System kann beispielsweise einen Partikelfilter (PF) -auch als Russpartikelfilter (RPF) oder Dieselpartikelfilter (DPF) bezeichnet- aufweisen, insbesondere einen katalytisch reaktiven Partikelfilter (CPF). Solche Partikelfilter arbeiten beispielsweise nach dem CRT-Prinzip (CRT = Continuously Regeneration Trap). Katalytisch regenerierte und anders regenerierte Partikelfilter (PF) benötigen zur Regeneration üblicherweise eine gewisse Mindesttemperatur. Ähnliche Mindesttemperaturanforderungen bestehen für Katalysatoren, die in einem Abgasnachbehandlungs-System eingesetzt werden, wie z. B. für einen Oxidationskatalysator, einen SCR-Katalysator (selektive katalytische Reaktion), einen 3-Wege- Katalysator, einen NOx- Speicherkatalysator oder einen anderen dergleichen geeigneten Fahrzeugkatalysator. Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen hat sich eine Energierückgewinnung durch die Nutzung von Abgasen zur Beaufschlagung einer Abgasturboladerturbine generell als vorteilhaft erwiesen. Weiterhin stellt das teilweise Abschalten von Zylindern einer Brennkraftmaschine in dem Fall, in dem die volle Antriebsleistung nicht benötigt wird, eine wirkungsvolle Maßnahme dar, um Kraftstoffverbrauch und Emissionen zu reduzieren.
Dazu dient das eingangs genannte im Prinzip aus DE 10 2009 028 354 B4 bekannte Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, aufweisend die Schritte:
- Zuführen von Gas über eine zuströmseitige Gaszuführung zur Brennkraftmaschine,
Ausführen eines ersten Teilgasstroms aus wenigstens einem Zylinder (Spenderzylinder) einer, nur für den Fall eines Vollllastbetriebs befeuerten bzw. für den Fall eines Teillastbetriebs ganz oder teilweise unbefeuerten ersten Zylinderbank über eine erste Gasausführung und
Ausführen eines zweiten Teilgasstroms aus wenigstens einem Zylinder (Feuerzylinder) einer sowohl für den Fall eines Vollllastbetriebs als auch für den Fall eines Teillastbetriebs befeuerten zweiten Zylinderbank über eine zweite Gasausführung, wobei
über ein erstes Trennmittel, insbesondere eine Spenderzylinder-Klappe, eine gasführende Ausführverbindung zwischen der ersten Gasausführung und einem mit einer Hochdruckturbine, insbesondere einer Abgasturboladerturbine, und der zweiten Gasausführung (4) gasführend verbundenen Leitungszweig, gesteuert wird, insbesondere geöffnet oder geschlossen wird,
über ein zweites Trennmittel, insbesondere eine Abgasrückführungs-Klappe, eine gasführende Rückführverbindung zu einem Abgasrückführungs- Wärmetauscher und/oder der Gaszuführung gesteuert wird, insbesondere geöffnet oder geschlossen wird, und
über ein drittes Trennmittel, insbesondere eine Hochdruckturbinen-Bypass-Klappe, eine gasführende Verbindung zwischen der zweiten Gasausfuhrung und einem mit dem Auslass der Hochdruckturbine gasführend verbundenem Leitungszweig gesteuert wird, insbesondere geöffnet oder geschlossen wird,
Abführen von Gas aus der Brennkraftmaschine über eine abströmseitige Gasabführung.
Eine Kombination beider Ansätze in dem vorgenannten Verfahren führt zu dem Problem, dass bei der Rückführung der Abgase in den Abgasturbolader sowohl die Abgase der befeuerten Zylinder als auch die durch die nicht befeuerten Zylinder geleitete Luft wieder vermischt werden. Da der Wirkungsgrad des Abgasturboladers kleiner als 100 % ist, entsteht hierdurch ein Energieverlust. Wünschenswert ist es, auch in einem Teilbetrieb der Brennkraftmaschine, die Abgastemperatur im Abgasnachbehandlungs-System ausreichend hoch zu halten, um dadurch dessen Wirksamkeit ohne Kraftstoffmehrverbrauch zu steigern. Zur Lösung dieses Problems ist in der DE 10 2009 028 354 B4 ein Gasfuhrungssystem beschrieben, welches durch geeignete Trennmittel in der Gaszu- und Gasabführung einer Brennkraftmaschine die Trennung beider Gasströme ermöglicht und somit nur die Abgase aus den befeuerten Zylindern auf die Abgasturboladerturbine geleitet werden, wohingegen die verdichtete Frischluft aus den unbefeuerten Zylindern, ohne die wirkungsgradbedingten Verluste aus dem Abgasturbolader, wieder direkt in die Gaszuführung geleitet werden können.
Problematisch ist bei diesem Ansatz jedoch noch, dass im Falle eines transienten Vorgangs bei einer Lastaufschaltung, insbesondere bei der Anforderung eines schnellen Hochlaufs oder einer Aufschaltung eines Generators, die momentane Leistung der Brennkraftmaschine nicht ausreichen kann, um den erhöhten Leistungsbedarf in einer angemessen kurzen Zeit zu erfüllen.
Wünschenswert wäre es daher, unter Erhalt der in dem vorangegangen beschriebenen Ansatz genannten Vorteile, eine Verbesserung des Transientverhaltens bei Lastaufschaltung zu erreichen.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, in verbesserter Weise ein Verfahren anzugeben, das Transientverhalten einer Brennkraftmaschine bei Lastaufschaltung zu verbessern. Insbesondere soll hierbei eine Verringerung der Reaktionszeit und der Emissionen bei einer Lastaufschaltung erreicht werden. Weiterhin sollen Kraftstoffverbrauch und Emissionen im Teillastbetrieb gesenkt werden.
Die Aufgabe, betreffend das Verfahren, wird durch die Erfindung mit einem Verfahren des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, aufweisend die eingangs genannten Schritte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
im Fall eines transienten Betriebszustandes, insbesondere einer Lastaufschaltung (LA), sowohl der erste Teilgasstrom als auch der zweite Teilgasstrom praktisch vollständig der
Hochdruck-Turbine zugeführt wird, , insbesondere eine Einspritzung in der ersten Zylinderbank (21) ganz oder teilweise aktiviert wird, wobei
das erste Trennmittels, insbesondere die Spenderzylinder-Klappe, überwiegend oder praktisch vollständig geöffnet wird sodass die gasführende Ausführverbindung überwiegend oder vollständig geöffnet ist, und das zweite Trennmittel, insbesondere die Abgasmckführungs-Klappe, überwiegend oder praktisch vollständig geschlossen wird so dass die gasführende Rückführverbindung überwiegend oder praktisch geschlossen wird.
Die Erfindung führt im Rahmen der Aufgabenstellung auch auf eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine des Anspruchs 13 und eine Brennkraftmaschine des Anspruchs 15.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass im Falle eines transienten Betriebszustands einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Lastaufschaltung, die Reaktionszeit minimiert werden soll. Die Erfindung hat erkannt, dass die kurzzeitige Abschaltung der grundsätzlich energetisch vorteilhaften Trennung beider sowohl aus befeuerten als auch unbefeuerten Zylindern stammenden Gasströme im Fall einer plötzlichen Lastaufschaltung vorteilhaft ist. Dieser Vorteil liegt begründet in der Tatsache, dass der Luftstrom aus den unbefeuerten Zylindern, der im stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine zur Erreichung der oben beschriebenen Verbrauchs- und Emissionsvorteile direkt zurück in die Gaszuführung geleitet werden, im Falle einer Lastaufschaltung unter Vernachlässigung eines kurzzeitigen Enthalpieverlustes zusätzlich zum Abgasstrom aus den befeuerten Zylindern auf die Abgasturboladerturbine geleitet wird und diese somit zusätzlich beschleunigt. Auf diese Weise kann der Ladedruck der Brennkraftmaschine schneller aufgebaut werden, was wiederum zu einem schnelleren Hochlauf der Brennkraftmaschine führt. Die Reaktionszeit der Brennkraftmaschine hinsichtlich der Bereitstellung der benötigten Antriebsleistung wird auf diese Weise signifikant verkürzt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, im Fall des transienten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (20) der Einspritzzeitpunkt zeitlich verzögert wird gegenüber einem Einspritzzeitpunkt eines Betriebszustandes vor dem transienten Betriebszustand um einen vorbestimmten Zeitraum zwischen tmjn und tmax im Millisekundenbereich und hinter einem Einspritzzeitpunkt eines Betriebszustandes vor dem transienten Betriebszustand liegt, insbesondere wobei der Betriebszustandes vor dem transienten Betriebszustand eine Teillastbetrieb ist. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass bei der Beschleunigung auftretende Stickstoffoxid (NOx)-Emissionen teilweise oder sogar ganz kompensiert werden können, und die Enthalpie zur Beschleunigung der Abgasturboladerturbine somit gesteigert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass im Fall eines Teillastbetriebs (TL) der Brennkraftmaschine
der erste Teilgasstrom überwiegend dem Abgasrückführungs- Wärmetauscher und/oder der
Gaszuführung zugeführt werden, insbesondere eine Einspritzung in der ersten Zylinderbank (21) ganz oder teilweise deaktiviert wird, wobei
das zweite Trennmittel, insbesondere die Abgasrückführungs-Klappe, teilweise oder vollständig geöffnet wird, so dass die gasführende Rückführverbindung teilweise oder vollständig geöffnet wird,
das erste Trennmittel, insbesondere die Spenderzylinder-Klappe, teilweise oder vollständig geschlossen wird, so dass die gasführende Ausführverbindung teilweise oder vollständig geschlossen wird.
Dies führt zu dem Vorteil, dass die Brennkraftmaschine im vorwiegend stationären Spenderzylinderbetrieb durch die getrennte Abgasnachbehandlung energieeffizient, das heißt insbesondere unter reduziertem Kraftstoffverbrauch und reduzierten Emissionen, betrieben werden kann. Insbesondere führt die separate Ausführung von Abgasen sowohl aus den befeuerten Zylindern auf die Abgasturboladerturbine, sowie die separate Ausführung von Frischluft aus den unbefeuerten Zylindern zu einer effizienteren Energierückgewinnung im Vergleich zu einer konventionellen Vermischung dieser beiden Gasanteile bei der Beaufschlagung der Abgasturboladerturbine.
Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass im Fall eines Volllastbetriebs (VL) der Brennkraftmaschine eine Einspritzung in der ersten Zylinderbank vollständig aktiviert wird und sowohl das erste Trennmittel, insbesondere die Spenderzylinder-Klappe, als auch das zweite Trennmittel, insbesondere die Abgasrückführungs-Klappe, gemäß jeweils einer von der Abgasrückfuhrungs-Rate (AGRR) abhängigen Funktion gesteuert wird, insbesondere geöffnet oder geschlossen wird. Vorteilhaft erfolgt so ein Beimischen von Abgas aus den befeuerten Zylindern in die Frischluftzufuhr.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Gaszufuhr zu einem Ladeluftkühler beeinflusst wird mittels einem vierten Trennmittel, insbesondere einer Luftdrossel. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass der Luftstrom abhängig von Betriebszustand und Lastanforderungen sowohl aus durch die Hochdruckturbine verdichteter Frischluft als auch aus von den unbefeuerten Zylindern stammender, verdichteter Luft zusammengesetzt werden kann.
Eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine (20) ist vorteilhaft ausgebildet ein Brennkraftsystem zur Durchfuhrung eines Verfahrens nach dem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer der Weiterbildungen zu steuern und/oder zu regeln. Insbesondere ist vorteilhaft vorgesehen, dass ein Motorsteuergerät (ECU) Steuer- und/oder regelverbunden ist mit einem Motor und/oder Einspritzsystem der Brennkraftmaschine sowie einem oder mehreren der ersten, zweiten, dritten und vierten Trennmittel, wobei das Motorsteuergerät ausgebildet ist, die Brennkraftmaschine in einem transienten Betriebszustandes, insbesondere einer Lastaufschaltung (LA), in einem Teillastbetriebs (TL) oder in einem Vollllastbetriebs (VL) zu steuern und/oder zu regeln.
Vorteilhaft ist das erste Trennmittel eine Spenderzylinder-Klappe, die ausgebildet ist für eine Abgasrückführungs-Ratenregelung. Vorteilhaft ist das zweite Trennmittel eine Abgasrückführungs-Klappe ist, die ausgebildet ist für eine Abgasrückführungs-Ratenregelung und eine Abgasrückführungs- Abschaltung. Vorteilhaft ist das dritte Trennmittel eine Hochdruckturbinen-Bypass-Klappe ist, die ausgebildet ist für eine Ladedruck-Regelung. Vorteilhaft ist das vierte Trennmittel eine Ladeluftsrossel, die ausgebildet ist für ein Thermomanagement.
Das erfindungsgemäße Brennkraftsystem weist eine Brennkraftmaschine mit einer Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und eine vorgenannte Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln auf sowie mit einem in der Peripherie der Brennkraftmaschine angeordneten Gasführungssystem zur Führung von Gas der Brennkraftmaschine, wobei das Brennkraftsystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer Weiterbildung desselben ausgebildet ist.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Brennkraftsystem mit einer Brennkraftmaschine und einem Gasführungssystem einer bevorzugten Ausführungsform; Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der bevorzugten Ausführungsform und eines Verfahrens zum Betrieb des Brennkraftsystems, wie es in Fig. 1 beispielhaft dargestellt ist.
Fig. 1 zeigt ein Brennkraftsystem 100 mit einem Gasführungssystem 10 in einer ersten Ausführungsform gemäß der ersten weiterbildenden Variante der Erfindung. Das Gasführungssystem 10 ist an der Peripherie einer Brennkraftmaschine 20 zur Führung von Gas, d.h. Frischluft und Abgas, angeordnet. Die Brennkraftmaschine 20 hat eine zuströmseitige und eine abströmseitige Peripherie. Die Brennkraftmaschine 20 ist vorliegend in Form eines Großdieselmotors symbolisch dargestellt und hat eine erste Zylinderbank 21 mit einer ersten Gasausführung 3 und eine zweite Zylinderbank 22 mit einer zweiten Gasausführung 4. Das Gasführungssystem 10 weist eine zuströmseitige Gaszuführung 1 zur Zuführung von Gas zu einer Eingangsseite der Brennkraftmaschine 20 auf. Die Gaszuführung 1 hat vorliegend eine Frischluftstrecke 11 und eine Gasrückführung 12 für Abgas bzw. Abluft, welche beide weiter stromabwärts vor einer Eingangsseite der Brennkraftmaschine 20, das heißt vor den Zylinderbänken 21, 22, zu einem gemeinsamen Teil der Gaszuführung 1 zusammengeführt werden. Die Frischluftstrecke 11 der Gaszuführung 1 ist eingangs durch eine Rohluftstrecke 11.1 zum Ansaugen von Rohluft vor einem Niederdruckverdichter 11.2 mit einem nachgeschalteten Zwischenkühler 11.3 gebildet. Vorliegend sind zwei Rohluftstrecken 11.1 und zwei erste Verdichter 11.2 und Zwischenkühler 11.3 vorgesehen. Die beiden Rohluftstrecken 11.1 werden zu einer gemeinsamen Ladeluftstrecke 11.4 vor einem Hochdruckverdichter 11.5 zusammengeführt, an den sich eine weitere Ladeluftstrecke 11.6 anschließt, die vom Hochdruckverdichter 11.5 zum Ladeluftkühler 11.7 führt. Zuströmseitig des Ladeluftkühlers 11.7 befindet sich ein Trennmittel 44, mittels dessen die gasführende Verbindung zwischen der Ladeluftstrecke 11.6 und dem Ladeluftkühler 11.7 hergestellt bzw. unterbrochen werden kann. Abströmseitig des Ladeluftkühlers 11.7 schließen sich vorliegend zwei weitere Strecken 11.8 der Frischluftstrecke 11 an, welche die Frischluftstrecke 11 mit der Gasrückführung 12 der Gaszuführung 1 zusammenfuhrt. Die Verdichter, nämlich die zwei Niederdruckverdichter 11.2 und der Hochdruckverdichter 11.5, werden jeweils durch eine Turbine 13.2, 13.5 der abströmseitigen Gasabfuhrung 2 angetrieben. Dazu sind zwei Niederdruckturbinen 13.2 in einer Strecke 13.1 und eine Hochdruckturbine 13.5 in einer Strecke 13.4 zwischen den Niederdruckturbinen 13.2 und einem Zweig 13.3 der Leitung 13 angeordnet. Eine abströmseitige Gasabfuhrung 2 schließt sich abströmseitig an den Zweig 13.3 der Leitung 13 an, welcher mit den Gasausführungen 3, 4 verbunden ist. Die Gasausführungen 3, 4 sind abströmseitig der Brennkraftmaschine 20 jeweils an die Zylinder der Zylinderbänke 21, 22 angeschlossen, dass heißt vorliegend an einer Ausgangsseite der Brennkraftmaschine 20 angeordnet.
Die Brennkraftmaschine 20 kann im Vollllastbetrieb (auch Vollmotorbetrieb) oder im Teillastbetrieb (auch Teilmotorbetrieb) gefahren werden. Die erste Zylinderbank 21 ist bei dieser Ausführungsform als unbefeuerte Zylinderbank ausgelegt, d.h. im Falle eines Teillastbetriebs der Brennkraftmaschine 20 werden die Zylinder der ersten Zylinderbank 21 ohne Einspritzung betrieben und im Falle eines Vollllastbetriebs der Brennkraftmaschine 20 werden die Zylinder der ersten Zylinderbank 21 mit Einspritzung betrieben. Dagegen ist die zweite Zylinderbank 22 der Brennkraftmaschine 20 in Form einer befeuerten Zylinderbank gebildet, d.h. im Falle eines Teillastbetriebs der Brennkraftmaschine als auch im Falle eines Vollllastbetriebs der Brennkraftmaschine 20 werden die Zylinder der zweiten Zylinderbank 22 mit Einspritzung betrieben.
Die erste Gasausfuhrung 3 - umfassend Krümmer und dergleichen - dient zur Ausfuhrung eines ersten Teilgasstroms 7 aus den Zylindern der ersten Zylinderbank 21, nämlich der im Teillastbetrieb unbefeuerten Zylinderbank. Die zweite Gasausführung 4 - umfassend Krümmer und dergleichen - dient zur Ausführung eines zweiten Teilgasstroms 8 aus den Zylindern der zweiten Zylinderbank 22, nämlich der im Voll- und Teillastbetrieb befeuerten Zylinderbank. Vorliegend wird dadurch eine erste Zylindergruppe durch die Zylinder der ersten Zylinderbank 21 und eine zweite Zylindergruppe durch die Zylinder der zweiten Zylinderbank 22 gebildet.
Über ein Trennmittel 41 kann eine gasführende Verbindung zwischen der ersten Gasausführung 3 und der zweiten Gasausführung 4 hergestellt werden. Über ein Trennmittel 42 kann eine gasführende Verbindung zwischen der ersten Gasausführung 3 und der Gasrückführung 12 hergestellt werden. In der Gasrückführung 12 ist ein Abgasrückführkühler 12.1 angeordnet. D.h. es kann ein aus der befeuerten, ersten Zylinderbank 21 in die erste Gasausführung 3 austretendes Abgas über das Trennmittel 42 und die Gasrückfuhrstrecke 12 dem Abgasrückführkühler 12.1 zugeführt werden
Die zweite Gasausführung 4 dient zum Ausführen eines zweiten Teilgasstroms 8 aus den Zylindern der zweiten Zylinderbank 22. Die Gasausführung 4 weist einen ersten Zweig 4.1 auf, welcher zum Zweig 13.3 der Leitung 13 der Gasabführung 2 führt. Zur Umgehung der Hochdruckturbine 13.5 weist die zweite Gasausführung 4 einen zweiten Zweig 4.2 auf, welcher in die Leitung 13 der Gasabführung 2 mündet, nämlich zwischen der Hochdruckturbine 13.5 und der Niederdruckturbine 13.2, d.h. in die Strecke 13.4.
Der Zweig 4.2 der zweiten Gasausführung 4 weist ein Trennmittel 43 auf. Das Trennmittel 43 dient im zweiten Zweig 4.2 als Bypass- Ventil. Somit kann das relative Verhältnis zwischen dem der Hochdruckturbine 13.5 zugeführten Gasstrom und dem den Niederdruckturbinen 13.2 zugef hrten Gasstrom über das dritte Trennmittel 43 beeinflusst werden. Die Gasausführungen 3, 4 sind über den Zweig 13.3 und/oder über den Bypass- Anschluss in der Strecke 13.4 verbunden. Im Falle eines Teillastbetriebs trennt das erste Trennmittel 41 die erste Gasausfuhrung 3 und die zweite Gasausführung 4. Das heißt im Teillastbetrieb schließt das erste Trennmittel 41. Das dritte Trennmittel 43 kann im Vollllastbetrieb geschlossen sein oder ganz/teilweise geöffnet sein.
Der Betrieb des Brennkraftsystems 100 mit Brennkraftmaschine 20 und Gasführungssystem 10 wird für den Vollllastbetrieb und den Teillastbetrieb durch Führen des Gases mittels der Trennmittel 41, 42 ,43 und 44 gesteuert. Die Trennmittel 41, 42 ,43 und 44 - im Folgenden auch als Ventile bezeichnet - sind dazu mit einer Motorsteuerung verbunden, welche diese mittels Steuergrößen VENTIL 1, VENTIL2, VENTIL3 und VENTIL4 steuert. Dazu werden die Werte der Steuergrößen VENTIL 1, VENTIL2, VENTIL3 und VENTIL4 für die Trennmittel 41, 42 ,43 und 44 gemäß der Funktionen in Bezug auf Fig. 2 erläutert.
Im VollUastbetrieb stellt sich die Gasführung im Gasführungssystem 10 wie folgt dar: Die Abgase der Zylinder der ersten Zylinderbank 21 können bei geschlossenem Trennmittel 41 und geöffnetem Trennmittel 42 zu der Gasrückführung 12 und dann über den weiteren Verlauf der Gaszuführung 1 zurück zur Eingangsseite der Brennkraftmaschine 20 geleitet werden. Dabei wird das Abgas über den Abgasrückführkühler 12.1 geleitet. Die Zylinder der ersten Zylinderbank 21 werden gleichzeitig als Spenderzylinder bezeichnet; die Anordnung wird als Spenderabgasrückführung bezeichnet und über die Trennmittel 41 und 42 gesteuert. Dazu dienen die Steuergrößen VENTIL 1 und VENTIL2, gemäß der die Trennmittel 41 und 42 öffnen oder schließen.
Bei geschlossenem Trennmittel 42 und geöffnetem Trennmittel 41 wird das Abgas aus den Zylindern der ersten Zylinderbank 21 über die erste Gasausführung 3 und den Zweig 13.3 der Leitung 13 der abströmseitigen Gasabführung 2 zugeleitet. Dies erfolgt unter Antrieb der Turbinen 13.5 und 13.2, bevor die Abgase über den weiter abströmseitigen Leitungsabschnitt 13.1 in die Umgebung abgeleitet werden. Die Turbinen 13.5 und 13.2 treiben dabei die Verdichter 11.5 und 11.2 zur Verdichtung der Rohluft in der zuströmseitigen Gaszuführung 1 an.
Im VollUastbetrieb sind, wie auch im Teillastbetrieb, die Zylinder der zweiten Zylinderbank 22 befeuert, d.h. sie werden unter Einspritzung von Kraftstoff betrieben. Im VollUastbetrieb kann bei geschlossenem Trennmittel 43 der Teilgasstrom der zweiten Zylinderbank 22 der Hochdruckturbine 13.5 zugeleitet werden.
Im Teillastbetrieb stellt sich die Gasführung im Gasführungssystem 10 vorteilhaft wie folgt dar: Die Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder der ersten Zylinderbank 21 ist abgeschaltet. Bei im Prinzip gleicher effektiver Abgabeleistung der Brennkraftmaschine 20 wird in die weiterhin befeuerten Zylinder der zweiten Zylinderbank 22 entsprechend mehr Kraftstoff eingespritzt und somit im Prinzip die gleiche Abgabeleistung wie im VollUastbetrieb dargestellt. Weiterhin kann im Teillastbetrieb vorteilhaft die verdichtete Luft aus den unbefeuerten Zylindern der ersten Zylinderbank 21 ohne die wirkungsgradbedingten Energieverluste des Abgasturboladers durch das Schließen des ersten Trennmittels 41 und das Öffnen des zweiten Trennmittels 42 wieder direkt der Frischluft in der zuströmseitigen Gaszuführung 1 zugeführt werden. In diesem Fall werden die Abgase der befeuerten, zweiten Zylinderbank über die zweite Gasausfuhrung 4 und den Leitungszweig 13.3 direkt auf die Hochdruckturbine 13.5 des Abgasturboladers geleitet.
Im Fall eines transienten Betriebszustandes, insbesondere einer Lastaufschaltung, stellt sich die Gasführung im Gasführungssystem 10 vorteilhaft wie folgt dar: Durch das vollständige Öffnen des ersten Trennmittels 41 und das vollständige Schließen des zweiten Trennmittels 42 wird sowohl der erste Teilgasstrom 8 als auch der zweite Teilgasstrom 9 vollständig der Hochdruck- Turbine 13.5 zugeführt.
Ein veranschaulichendes Flussdiagramm zur Erläuterung der Umschaltvorgänge zwischen den verschiedenen Betriebsarten Vollast, Lastaufschaltung und Teillast ist in Fig. 2 dargestellt. Nach dem Start einer Brennkraftmaschine 20 in einem Brennkraftsystem 100 wird zunächst in Verfahrensschritt S 1 mittels der Steuervariable B A geprüft, welche Betriebsart B A gefordert ist.
Für den Fall, dass die Steuervariable BA den Wert„Volllast" VL annimmt, wird in Schritt S2 die Spenderzylinder-Einspritzung aktiviert. In Schritt S3 wird das zweite Trennmittel 42 über die Steuervariable VENTIL2 in Abhängigkeit der Abgasrückführungsrate AGRR geöffnet gemäß des Zusammenhangs VENTIL2 = f(AGRR). In Schritt S4 wird das erste Trennmittel 41 über die Steuervariable VENTIL 1 in Abhängigkeit der Abgasrückführungsrate AGRR geöffnet gemäß des Zusammenhangs VENTIL 1 = f(AGRR). Im Anschluss an Schritt S4 erfolgt über eine Rückführung der Übergang zu Schritt S 1.
Für den Fall, dass die Steuervariable BA den Wert„Lastaufschaltung" LA annimmt, wird in Schritt S5 die Spenderzylinder-Einspritzung aktiviert. In Schritt S6 wird das erste Trennmittel 41 über die Steuervariable VENTIL 1 vollständig geöffnet gemäß des Zusammenhangs VENTIL 1 = AUF. In Schritt S7 wird das zweite Trennmittel 42 über die Steuervariable VENTIL2 vollständig geschlossen gemäß des Zusammenhangs VENTIL2 = ZU. In Schritt S8 wird der Einspritzzeitpunkt um einen definierten Zeitraum verzögert. In Schritt S9 wird geprüft, ob die Abgasturboladerdrehzahl nATL einen Grenzwert GW überschreitet gemäß der Prüfbedingung nATL > GW.
Für den Fall, dass die Abgasturboladerdrehzahl nATL einen Grenzwert GW überschreitet, werden in Schritt S10 das erste Trennmittel, das zweite Trennmittel und das dritte Trennmittel über die Steuergrößen VENTIL 1, VENTIL2 und VENTIL3 entsprechend eines Regelungsmodus, insbesondere einer Abgasrückführungs-Regelung (AGR-Regelung) oder einer Ladedruck-Regelung (pLL-Regelung) betrieben. Für den Fall, dass die Abgasturboladerdrehzahl nATL einen Grenzwert GW nicht überschreitet, wird über eine Rückführung wieder mit Schritt Sl fortgefahren.
Für den Fall, dass die Steuervariable BA den Wert„Teillast" TL annimmt, wird in Schritt Sl 1 die Spenderzylindereinspritzung deaktiviert. Anschließend erfolgt in Schritt S12 die abhängige Ansteuerung des ersten Trennmittel 41 und des dritten Trennmittels 43 über die Steuervariablen VENTIL 1 und VENTIL3. In Schritt S13 wird daraufhin das zweite Trennmittel 42 über die Steuervariable VENTIL2 vollständig geöffnet gemäß des Zusammenhangs VENTIL2 = AUF. Im Anschluss an Schritt S13 erfolgt über eine Rückführung der Übergang zu Schritt Sl.
Bezugszeichenliste und Abkürzungen
1 zuströmseitige Gaszuführung
2 abströmseitige Gasabführung
3 erste Gasausftihrung
4 zweite Gasausführung
7 erster Teilgasstrom
8 zweiter Teilgasstrom
10 Gasführungssystem
11 Frischluftstrecke
11.1 Rohluftstrecke
11.2 Niederdruckverdichter, Verdichter
11.3 Zwischenkühler
11.4 Ladeluftstrecke
11.5 Hochdruckverdichter, Verdichter
11.6 weitere Ladeluftstrecke
11.7 Ladeluftkühler
11.8 erste und zweite weitere Strecken der Frischluftstrecke, Ladeluftstrecke
12 Gasrückführung
12.1 Abgasrückführkühler
13 Leitung der Gasabführung 2
13.1 Leitungsabschnitt
13.2 Niederdruckturbine, Turbine
13.3 Leitungszweig
13.4 Strecke zwischen Niederdruckturbinen 13.2 und Anschluss 13.3
13.5 Hochdruckturbine, Turbine
20 Brennkraftmaschine
21 erste Zylinderbank
22 zweite Zylinderbank
41 erstes Trennmittel, Spenderzylinder-Klappe
42 zweites Trennmittel, Abgasrückführungsklappe
43 drittes Trennmittel, Hochdruckturbinenbypass
44 viertes Trennmittel
100 Brennkraftsystem AGR Abgasrückführung
AGRR Abgasrückführungsrate
BA Steuergröße
GW
nATL
VENTIL 1, VENTIL2,
VENTIL3, VENTIL4 Steuergröße
S 1 -S 13 Verfahrensschritte 1 - 13
VL, TL, LA Volllastbetrieb, Teillastbetrieb, Lastaufschaltung

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (20), aufweisend die Schritte:
Zuführen von Gas über eine zuströmseitige Gaszuführung (1) zur Brennkraftmaschine
(20),
Ausführen eines ersten Teilgasstroms (7) aus wenigstens einem Zylinder
(Spenderzylinder) einer, nur für den Fall eines Vollllastbetriebs befeuerten bzw. für den Fall eines Teillastbetriebs ganz oder teilweise unbefeuerten ersten Zylinderbank (21) über eine erste Gasausführung (3) und
Ausführen eines zweiten Teilgasstroms (8) aus wenigstens einem Zylinder
(Feuerzylinder) einer sowohl für den Fall eines Vollllastbetriebs als auch für den Fall eines Teillastbetriebs befeuerten zweiten Zylinderbank (22) über eine zweite Gasausführung (4), wobei
über ein erstes Trennmittel (41), insbesondere eine Spenderzylinder-Klappe, eine gasführende Ausführverbindung zwischen der ersten Gasausführung (3) und einem mit einer Hochdruckturbine (13.5), insbesondere einer Abgasturboladerturbine, und der zweiten
Gasausführung (4) gasführend verbundenen Leitungszweig (13.3), gesteuert wird, insbesondere geöffnet oder geschlossen wird,
über ein zweites Trennmittel (42), insbesondere eine Abgasrückf hrungs-Klappe, eine gasführende Rückführverbindung zu einem Abgasrückführungs- Wärmetauscher (12.1) und/oder der Gaszuführung (1) gesteuert wird, insbesondere geöffnet oder geschlossen wird, und
über ein drittes Trennmittel (43), insbesondere eine Hochdruckturbinen-Bypass-Klappe, eine gasführende Verbindung zwischen der zweiten Gasausführung (4) und einem mit dem
Auslass der Hochdruckturbine (13.3) gasführend verbundenem Leitungszweig (13.4) gesteuert wird, insbesondere geöffnet oder geschlossen wird,
Abführen von Gas aus der Brennkraftmaschine (20) über eine abströmseitige
Gasabführung (2),
dadurch gekennzeichnet, dass im Fall eines transienten Betriebszustandes, insbesondere einer Lastaufschaltung (LA), sowohl der erste Teilgasstrom (7) als auch der zweite Teilgasstrom (8) praktisch vollständig der Hochdruck-Turbine (13.5) zugeführt wird, insbesondere eine Einspritzung in der ersten
Zylinderbank (21) ganz oder teilweise aktiviert wird, wobei
das erste Trennmittels (41), insbesondere die Spenderzylinder-Klappe, überwiegend oder praktisch vollständig geöffnet wird sodass die gasführende Ausfuhrverbindung überwiegend oder vollständig geöffnet ist, und
das zweite Trennmittel (42), insbesondere die Abgasrückführungs-Klappe, überweigend praktisch vollständig geschlossen wird sodass die gasführende Rückführverbindung überwiegend geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall des transienten
Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (20), insbesondere einer Lastaufschaltung (LA), der Einspritzzeitpunkt zeitlich verzögert wird gegenüber einem Einspritzzeitpunkt eines
Betriebszustandes vor dem transienten Betriebszustand.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzzeitpunkt zeitlich verzögert wird gegenüber einem Einspritzzeitpunkt eines Betriebszustandes vor dem transienten Betriebszustand um einen vorbestimmten Zeitraum zwischen tmjn und tmax im
Millisekundenbereich und hinter dem Einspritzzeitpunkt eines Betriebszustandes vor dem transienten Betriebszustand liegt, insbesondere wobei der Betriebszustandes vor dem transienten Betriebszustand eine Teillastbetrieb ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall eines Teillastbetriebs (TL) der Brennkraftmaschine (20) der erste Teilgasstrom (7) überwiegend dem Abgasrückführungs- Wärmetauscher (12.1) und/oder der Gaszuführung (1) zugeführt werden, insbesondere eine Einspritzung in der ersten Zylinderbank (21) ganz oder teilweise deaktiviert wird, wobei
das zweite Trennmittel (42), insbesondere die Abgasrückführungs-Klappe, teilweise oder vollständig geöffnet wird, sodass die gasführende Rückführverbindung teilweise oder vollständig geöffnet wird,
das erste Trennmittel (41), insbesondere die Spenderzylinder-Klappe, teilweise oder vollständig geschlossen wird sodass die gasführende Ausführverbindung teilweise oder vollständig geschlossen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall eines VoUllastbetriebs (VL) der Brennkraftmaschine (20) sowohl das erste Trennmittel (41), insbesondere die Spenderzylinder-Klappe, als auch das zweite Trennmittel (42), insbesondere die Abgasrückführungs-Klappe, gemäß jeweils einer von der Abgasrückführungs-Rate (AGRR) abhängigen Funktion gesteuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Trennmittel (41, 42) geöffnet oder geschlossen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Einspritzung in der ersten Zylinderbank (21) vollständig aktiviert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhr zu einem Ladeluftkühler (11.7) beeinflusst wird mittels einem vierten Trennmittel (44), insbesondere einer Luftdrossel.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennmittel (41) eine Spenderzylinder-Klappe ist, die ausgebildet ist für eine
Abgasrückführungs-Ratenregelung.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennmittel (42) eine Abgasrückführungs-Klappe ist, die ausgebildet ist für eine
Abgasrückführungs-Ratenregelung und eine Abgasrückführungs- Abschaltung.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Trennmittel (43) eine Hochdruckturbinen-Bypass-Klappe ist, die ausgebildet ist für eine Ladedruck-Regelung.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Trennmittel (44) eine Ladeluftsrossel ist, die ausgebildet ist für ein Thermomanagement.
13. Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine (20), die ausgebildet ist ein Brennkraftsystem (100) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der
vorhergehenden Ansprüche zu steuern und/oder zu regeln.
14. Einrichtung nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Motorsteuergerät (ECU) Steuer- und/oder regelverbunden ist mit einem Motor und/oder Einspritzsystem der Brennkraftmaschine sowie einem oder mehreren der ersten, zweiten, dritten und vierten Trennmittel (41, 42, 43, 44), wobei das Motorsteuergerät ausgebildet ist die
Brennkraftmaschine in einem transienten Betriebszustandes, insbesondere einer
Lastaufschaltung (LA), in einem Teillastbetriebs (TL) oder in einem Vollllastbetriebs (VL) zu steuern und/oder zu regeln.
15. Brennkraftsystem (100), aufweisend eine Brennkraftmaschine (20) mit einer Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln nach Anspruch 13 oder 14 sowie mit einem in der Peripherie der Brennkraftmaschine (20) angeordneten Gasführungssystem zur Führung von Gas der Brennkraftmaschine (20), wobei das Brennkraftsystem (100) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
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