WO2019166451A1 - Verfahren zum inbetriebnehmen einer brennkraftmaschine und brennkraftmaschine zur durchführung eines solchen verfahrens - Google Patents

Verfahren zum inbetriebnehmen einer brennkraftmaschine und brennkraftmaschine zur durchführung eines solchen verfahrens Download PDF

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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for starting up an internal combustion engine and to an internal combustion engine which is set up for carrying out such a method.
  • the invention has for its object to provide a method for commissioning a
  • the object is achieved in particular by providing a method for commissioning a
  • Internal combustion engine is provided, wherein the internal combustion engine from a
  • the internal combustion engine is brought to a start signal out of the idle state without load on the predetermined speed.
  • the start signal may be, for example, an emergency start request, which causes a start of the internal combustion engine, for example in the event of a power failure or a similar situation.
  • the internal combustion engine is brought out of a switched-off or switched-off state to the predetermined speed.
  • the internal combustion engine is started in response to the start signal and then, on the one hand, brought to the predetermined speed within a predetermined time and, on the other hand, loaded with the load.
  • the fact that the internal combustion engine is brought to the predetermined speed without load means, in particular, that apart from unavoidable friction torques and possibly further unavoidable internal losses, in particular, of the internal combustion engine and / or a system for supplying power connected to the internal combustion engine,
  • the load - for example in the form of an internal combustion engine braking generator rotating field for power generation - only switched when the internal combustion engine reaches the predetermined speed.
  • the load is preferably switched on as soon as the internal combustion engine reaches the predetermined speed.
  • the load connection can be made on reaching the predetermined speed independently of a current value of the boost pressure in the charging path. This contributes for example to the fastest possible synchronization with the
  • Internal combustion engine drive operatively connected generator with a power grid.
  • the predetermined speed may be a synchronous speed for synchronizing a generator operatively connected to the internal combustion engine to a power grid, more particularly a lower speed limit of a synchronous speed window for allowable load engagement within the synchronous speed window.
  • the synchronization of the generator with the power grid and thus the power supply is particularly fast when the load is already switched on reaching the lower speed limit of the synchronous speed window.
  • the load is preferably applied to the internal combustion engine in a single load step or a single load stage, if - especially as soon as - the internal combustion engine reaches the predetermined speed. In particular, there is therefore no gradual or continuous load increase.
  • the charging path of the internal combustion engine is so far pressurized upon reaching the predetermined speed that the load can be switched on abruptly.
  • a charging path is understood, in particular, as meaning a flow path, in particular a piping, via which combustion air or a combustion air / fuel mixture can be supplied via or via the at least one combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a boost pressure in particular a pressure is understood, which prevails in the charging path, the boost pressure preferably upstream of a charging path in particular for
  • Quantity control of the internal combustion engine arranged throttle device and / or downstream of a in the charging path to parent compressor is determined.
  • boost pressure value is understood to be a pressure value in the charging path, which without additional measures for
  • Raising the boost pressure in a conventional operation of the internal combustion engine - in the normal operating mode - sets either by the internal combustion engine operates as a naturally aspirated engine, or by, for example, an exhaust gas turbocharger in a conventional manner by a arranged in an exhaust path of the engine turbine only by the for
  • the boost pressure value assigned to the current operating state of the internal combustion engine can also be set by appropriate control of a compressor, for example an electrically driven compressor, provided in particular for the normal operating mode.
  • a compressor for example an electrically driven compressor, provided in particular for the normal operating mode.
  • the compressor is then driven differently, for generating a higher boost pressure, which can be performed, for example, by a map switching between a map for driving the compressor in the normal operating mode on the one hand and a map for driving the compressor in the start operating mode.
  • Start operating mode - additional measures are taken to increase the boost pressure in the charging path of the internal combustion engine beyond the corresponding boost pressure value. It is preferably provided that the boost pressure in the normal operating mode of
  • An operating state of the internal combustion engine is preferably characterized in particular by a momentary speed as well as a momentary torque applied by the internal combustion engine.
  • a start operating mode is understood to mean an operating mode which is activated or selected, in particular, for a startup or runup of the internal combustion engine.
  • the start operating mode can also be activated for transient operating states, in particular when the operating state is raised to a higher load, that is to say when load increases or load jumps occur.
  • the boost pressure is raised by a compressor in the charging path of the internal combustion engine via a the current operating state of the internal combustion engine - in the normal operating mode - assigned
  • Compressor speed is driven out.
  • such an already existing compressor can be used in the charging path to raise the boost pressure, in addition to anyway corresponding to the current operating state of the internal combustion engine
  • Measures for driving the compressor further measures are taken to increase the compressor speed in addition, and thus additionally drive the compressor.
  • the compressor is driven by an electric drive.
  • This electric drive can in particular directly drive the compressor.
  • the electric drive in a parent in the exhaust path of the internal combustion engine and with the compressor
  • a control of the electric drive for the commissioning of the internal combustion engine is preferably changed compared to the normal operating mode, so that the compressor is driven beyond a determined for the normal operating mode compressor speed level. For this purpose, for example, a map switching or the like can be performed.
  • the electric drive is provided for an exhaust gas turbocharger with turbine in the exhaust path of the internal combustion engine, the increase in the compressor speed by means of the electric drive is preferably in addition to a drive of the turbine by an exhaust gas flow in the exhaust path during startup of the internal combustion engine.
  • the electric drive is preferably inactive.
  • a normal operating mode is particularly preferably understood as normal or continuous operation in a stationary operating state. It is possible that raising the
  • Boost pressure except during startup of the internal combustion engine and beyond the preferably stationary normal operation in transient operating conditions of the internal combustion engine, in particular at sudden load jumps to higher load is performed.
  • the compressor can be driven by pressurizing a turbine, which is drive-connected to the compressor and arranged in particular in the exhaust path of the internal combustion engine.
  • a turbine which is drive-connected to the compressor and arranged in particular in the exhaust path of the internal combustion engine.
  • This is an equally simple and cost-effective way to additionally drive the compressor.
  • the turbine is arranged in the exhaust path of the internal combustion engine, it can be acted upon in addition to the current exhaust gas flow with the compressed gas.
  • the compressed gas may in particular be air, an inert gas, in particular nitrogen, argon, carbon dioxide, another noble gas, or any other suitable, in particular
  • the compressed gas is preferably upstream of the turbine in the exhaust path of the
  • the compressed gas is provided by a compressor.
  • the compressor may be battery or accumulator driven. With the aid of a compressor, pressurized gas can be provided cost-effectively and, in particular, without preparatory measures.
  • the compressed gas is provided by a compressed gas reservoir.
  • the compressed gas reservoir can according to one embodiment as
  • Compressed gas boiler may be formed, which is preferably in advance, that is, before the start of the internal combustion engine, pressurized and held, so that the pressure gas pressure is at the commissioning of the internal combustion engine for driving the compressor available.
  • the pressurized gas boiler serves insofar as energy storage to provide additional energy for commissioning the internal combustion engine.
  • the compressed gas reservoir may alternatively or additionally be designed as a compressed gas cylinder. This is a particularly favorable and easy to provide embodiment of a compressed gas reservoir. This may be, for example, a conventional compressed gas cylinder with compressed air, nitrogen, argon, carbon dioxide or other suitable gas.
  • the compressed gas reservoir is preferably fluidly connected via a switchable valve device with the turbine, so that the turbine can be selectively acted upon by switching the valve device with compressed gas.
  • the compressed gas is provided by a compressed gas line.
  • This compressed gas line for example, with a to the
  • Internal combustion engine external compressed gas supply network or a compressed gas reservoir be fluidly connected.
  • a switchable valve device is preferably provided, through which the turbine can optionally be acted upon with compressed gas from the compressed gas line.
  • the compressed gas line preferably opens in particular upstream of the turbine in the exhaust path of the internal combustion engine.
  • Internal combustion engine is characterized in particular by an external mixture formation outside a combustion chamber, wherein the combustion chamber via the charging path, a combustion air-fuel mixture is supplied.
  • Embodiment of an internal combustion engine is preferably carried out by placing a throttle device in the charging path of the internal combustion engine.
  • the boost pressure is preferably a pressure of the combustion air-fuel mixture in the charging path, in particular upstream of the throttle device.
  • the internal combustion engine is designed as a gas engine for operation with a fuel gas as fuel, in particular as a gasoline engine.
  • a fuel gas as fuel in particular as a gasoline engine.
  • gas engines have the advantage of being able to represent even the lowest emission levels even without exhaust aftertreatment.
  • a fuel gas is understood to mean, in particular, a combustible substance or a combustible substance mixture, the combustible substance mixture having at least one combustible substance, and the combustible substance or the combustible substance mixture being present in gaseous form under normal conditions, that is to say in particular at 1013 mbar and 25 ° C.
  • the fuel gas may in particular be a fuel gas, which comprises at least one substance selected from the group consisting of methane, propane and butane.
  • the fuel gas can be natural gas, for example compressed natural gas (CNG) or liquefied natural gas (LNG).
  • CNG compressed natural gas
  • LNG liquefied natural gas
  • the internal combustion engine is operated as an emergency generator.
  • the predetermined speed is particularly preferably a lower limit of a synchronous speed window for permissible electrical connection of a drive operatively connected to the internal combustion engine generator with a power grid.
  • the charge pressure is regulated via a throttle functional position of a throttle device in the charging path.
  • a charge pressure maximum value provided, for example, for component protection reasons for the internal combustion engine or to prevent compressor pumping, has already been reached before the load is switched on.
  • This limitation can be carried out in a suitable manner via the preferably anyway provided throttle device.
  • the boost pressure is regulated via a bypass function position of an actuating device in a compressor bypass path.
  • the compressor bypass path preferably branches off the charging path downstream of the compressor and re-enters the charging path upstream of the compressor, so that the compressor can be blown over the compressor bypass path.
  • an adjusting device is arranged, by means of which a flow cross section of the
  • Compressor bypass paths preferably from a complete blockage of the
  • Compressor bypass path is variable up to a maximum release thereof.
  • Compressor bypass path which is defined by the bypass function position of the actuator, the boost pressure downstream of the compressor can be adjusted, preferably regulated.
  • the compressor can therefore be blown selectively and as needed, in particular to avoid too high boost pressure and / or a compressor pumps. As already stated, this is preferably done when the charge pressure maximum value has already been reached, but the predetermined speed has not yet been reached.
  • the charge pressure is further increased after switching on the load until a predetermined power output of the internal combustion engine is reached.
  • the predetermined power output is preferably a predetermined load stage and / or a predetermined operating condition of the internal combustion engine. This may be, for example, a specified, stationary normal operating state, in particular at rated load.
  • Power output can be achieved so that the full power of the internal combustion engine can be provided quickly. This makes it possible in particular when using the
  • an internal combustion engine which has at least one combustion chamber and a charging path, which is set up for supplying combustion air and / or a combustion air / fuel mixture into the at least one combustion chamber.
  • the internal combustion engine further includes boost boosting means arranged to boost a boost pressure in the boost path of the internal combustion engine beyond a boost pressure value associated with a current operating state of the internal combustion engine in a normal operation mode in a startup operation mode.
  • the internal combustion engine has a control device, which with the
  • Boost pressure lifting device is operatively connected and arranged to perform an inventive method for starting the internal combustion engine or a method according to one of the embodiments described above.
  • the control device is set up to raise the boost pressure in a start operating mode when starting the internal combustion engine from a rest state to a predetermined speed beyond the current operating state of the internal combustion engine in the normal operating mode corresponding boost pressure value by controlling the boost pressure lifting device.
  • the internal combustion engine preferably has a compressor in the charging path.
  • Boost pressure lifting device is preferably configured to in the start operating mode, the compressor via a current operating state of the internal combustion engine in the
  • the boost pressure lifting device is preferably designed as an electric drive, in particular as an electric motor.
  • the electric drive can attack either directly on the compressor or on a drive-connected with the compressor turbine, in particular on a compressor shaft and / or a turbine shaft.
  • the boost pressure lifting device is preferably set up to pressurize the turbine, which is actively connected to the compressor, with a compressed gas. It is possible that the boost pressure lifting device comprises a compressor, a compressed gas reservoir, and / or a compressed gas line.
  • the turbine which is drive-connected to the compressor, is preferably in one
  • the compressor and the turbine are particularly preferably designed as part of an exhaust gas turbocharger of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine a multi-stage charge and / or a
  • Register charging so that it has a plurality of compressors and in particular a plurality of exhaust gas turbochargers.
  • the boost pressure lifting device can cooperate with exactly one compressor of the internal combustion engine or with a plurality of compressors of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a quantity-controlled internal combustion engine, in particular as a gas engine, particularly preferably as an Otto gas engine.
  • the internal combustion engine in the charging path to a throttle device, wherein the control device is operatively connected to the throttle device to the
  • the internal combustion engine has a compressor bypass path, which opens out of the charging path downstream of the compressor and opens again into the charging path upstream of the compressor.
  • an adjusting device is arranged, which is operatively connected to the control device, so that the adjusting device can be controlled by the control device.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. It is possible that the internal combustion engine is arranged to drive a passenger car, a truck or a commercial vehicle. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is the drive in particular heavy land or water vehicles, such as mine vehicles, trains, the internal combustion engine in a
  • Locomotive or a railcar is used, or by ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle such as a tank.
  • An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, for stationary power supply in emergency operation,
  • the internal combustion engine in this case preferably drives a generator. Also a stationary application of
  • Internal combustion engine for driving auxiliary equipment for example, from Leuerlöschpumpen on rigs, is possible. Furthermore, an application of the internal combustion engine in the field of the transport of fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas, possible. It is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas. In particular, when the internal combustion engine is designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a
  • Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of the
  • Figure 3 is a schematic representation of an embodiment of a method for
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a
  • the internal combustion engine 1 may alternatively have only one combustion chamber 3, or four, eight, twelve, fourteen, sixteen, eighteen or twenty combustion chambers 3. Other and in particular larger numbers of combustion chambers 3 are possible. The one shown here
  • Internal combustion engine 1 is designed as a gasoline engine.
  • each combustion chamber 3 is associated with an ignition device 5, which is adapted to ignite a arranged in the respective combustion chamber 3 combustion air-fuel mixture.
  • the ignition device 5 can be set up and designed, for example, as an electric spark plug, as a fiber spark plug, as a corona spark plug or in a suitable other way.
  • the ignition device 5 can also be designed as an ignition-jet ignition device, in particular as a pilot-jet injector for injecting an ignition oil into the respective combustion chamber 3.
  • the internal combustion engine 1 has a yarn path 7, which is set up and designed to supply the at least one combustion chamber 3 combustion air or a combustion air-fuel mixture.
  • the internal combustion engine 1 is designed as a quantity-controlled internal combustion engine and in particular as a gas engine with external mixture formation, so that the combustion chambers 3 along the Fadepfads 7 a
  • Combustion air-fuel mixture is supplied.
  • Combustion air-fuel gas mixture in the charging path 7 flows.
  • the mixing device 9 is arranged here upstream of a compressor 15 in the charging path 7, so that the
  • Internal combustion engine 1 is designed as a mixture supercharged internal combustion engine, in which the combustion chambers 3 a compressed combustion air-fuel mixture is supplied.
  • the internal combustion engine 1 has a boost pressure lifting device 17, which is set up to boost a boost pressure in the charge path 7 in a start operating mode beyond a boost pressure value, which corresponds to a current operating state of the internal combustion engine 1 in a normal operating mode.
  • the boost pressure lifting device 17 is here in particular designed to drive the compressor 15 beyond a compressor speed corresponding to the current operating state of the internal combustion engine.
  • the boost pressure lifting device has for this purpose an electric drive 19, in particular an electric motor, which is drive-connected to the compressor 15.
  • the compressor 15 is part of an exhaust gas turbocharger 21, wherein the exhaust gas turbocharger 21 except the compressor 15 has a arranged in an exhaust path 23 of the internal combustion engine 1 turbine 25, wherein the turbine 25 is driebenswirkverbunden with the compressor 15.
  • the electric drive 19 acts on the turbine 25 here, so it is in particular drivingly connected to the turbine 25 and thus in particular configured to increase a speed of the turbine 25, at the same time increasing the compressor speed of the compressor 15.
  • a throttle device 27 through which a flow cross-section of the charging path 7 is variable in response to a throttle Lunktions ein the throttle device 27.
  • the boost pressure in the charging path 7 can be regulated in particular by varying the throttle-Lunktions ein the throttle device 27.
  • the throttle device 27 is preferably designed as a throttle valve.
  • the internal combustion engine 1 in addition to a compressor bypass path 29, the downstream of the compressor 15 from the loading path 7 and upstream of the compressor 15 again opens into the charging path 7, sodas s the compressor 15 can be blown over the compressor bypass path 29 ,
  • an adjusting device 31 is arranged here, wherein a flow cross-section of the compressor bypass path 29 is variable depending on a bypass function position of the adjusting device 31.
  • the boost pressure in the charging path 7 is preferably additionally or alternatively regulated by the throttle device 27 by controlling and in particular changing the bypass function position of the adjusting device 31 in the compressor bypass path 29.
  • a charge air cooling device 33 for cooling the heated by the compression in the compressor 15 charge air, here specifically the combustion air-fuel gas mixture, ordered to.
  • the compressor bypass path 29 branches off from the charging path 7 downstream of the charge air cooling device 33.
  • the internal combustion engine 1 also has a control device 35 which in particular is operatively connected to the boost pressure lifting device 17, in this case to the electric drive 19, in order to actuate the boost pressure lifting device 17 to increase the boost pressure.
  • the control device 35 is preferably also operatively connected to the throttle device 27 and / or the adjusting device 31 for their control, which is not explicitly shown here for the sake of clarity.
  • control device 35 is specifically set up to control the boost pressure lifting device 19 and / or the throttle device 27 and / or the adjusting device 31.
  • control device 35 is particularly preferably configured for controlling and / or regulating the internal combustion engine 1, wherein is particularly preferably designed as an engine control unit, in particular as an engine control unit (ECU).
  • ECU engine control unit
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the internal combustion engine 1.
  • the boost pressure lifting device 17 is set up, to pressurize the turbine 25 with compressed gas.
  • the boost pressure lifting device 17 has a pressure device 37, which can be designed, in particular, as a compressor 37A, as a compressed gas reservoir 37B and / or as a compressed gas line 37C.
  • the pressure device 37 is here fluidically connected to a switchable valve device 39, wherein the valve device 39 opens into the exhaust gas path 23 upstream of the turbine 25.
  • a pressurized gas under pressure can optionally be supplied to the exhaust path 23, so that the turbine 25 is then charged with the compressed gas and driven by the pressurized gas to an increased rotational speed.
  • control device 35 is in particular operatively connected to the switchable valve device 39 in order to selectively switch it.
  • control device 35 it is also possible for the control device 35 to be operatively connected to the pressure device 37, which is designed in particular as a compressor 37A.
  • the internal combustion engine 1 is preferably designed as an emergency power generator and insofar in particular with a generator for generating electric power driftswirkverbunden.
  • the boost pressure in the charging path 7 over a the current operating state of the internal combustion engine 1 corresponding boost pressure is raised, and wherein the internal combustion engine 1, a load is switched, if and in particular as soon as it has reached the predetermined speed.
  • the predetermined speed is preferably a synchronous speed one with the
  • Internal combustion engine 1 drive-connected generator with respect to a power supply electrically connectable to the generator, or the predetermined speed is a lower limit of a synchronous speed window for permissible electrical connection of the generator to the power grid.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an embodiment of a method for
  • the internal combustion engine 1 receives a start signal in a first step S 1, whereupon the internal combustion engine 1 is started, in particular, from a deactivated idle state.
  • the start signal can be output in particular in the event of a power failure if the internal combustion engine 1 is set up as an emergency power generator.
  • the throttle 27 is preferably fully opened, and the actuator 31 in the compressor bypass path 29 is fully closed, so without unnecessary
  • Flow losses a boost pressure in the charging path 7 upstream of the combustion chambers 3 can be constructed.
  • step S2 is - in a start mode of operation - by means of
  • Boost pressure lifting device 17 the boost pressure in the charging path 7 raised, namely beyond a boost pressure value, which otherwise - without the boost pressure lifting device 17 - in particular only due to the exhaust gas flow in the exhaust path 24 and the resulting
  • the compressor 15 is thus in particular by means of the boost pressure lifting device 17 on this otherwise adjusting
  • Compressor speed also driven to raise the boost pressure.
  • the speed of the internal combustion engine 1 starting from the idle state to a predetermined speed, in particular a synchronous speed or a lower limit of a synchronous speed window, powered up without load.
  • a third step S3 it is checked whether a maximum permissible charging pressure maximum value in the charging path 7, in particular immediately upstream of the combustion chambers 3, has been reached.
  • the boost pressure maximum value results on the one hand from a maximum permissible
  • Compressor pumps in particular so no backflow of gas through the compressor 15 may occur counter to the conveying direction.
  • the method is continued in a fourth step S4.
  • the fourth step S4 it is checked whether the predetermined speed has already been reached. If this is not the case, the startup of the internal combustion engine 1 is continued and at the same time the charge pressure is further increased, the method being continued in the third step S3. This is done until it is determined either in the third step S3, that the supercharging pressure maximum value is reached, or it is determined in the fourth step S4 that the predetermined rotational speed has been reached.
  • the load is applied to the internal combustion engine 1 in a fifth step S5.
  • this procedure serves the fastest possible synchronization of the drive operatively connected to the internal combustion engine 1 generator with the power grid.
  • the maximum charge pressure value is typically not reached, as determined in the third step S3. Therefore, in the case of load application, it is preferable that
  • Throttle device 27 completely open. At the same time in this case, the adjusting device 31 is completely closed.
  • step S6 If it is determined in the third step S3 that the supercharging pressure maximum value is reached, it is checked in a sixth step S6, whether the predetermined speed is reached. If this is the case, the method is continued in the fifth step S5.
  • the boost pressure in the charging path 7 preferably to the boost pressure maximum value or a boost pressure setpoint, which is smaller than the boost pressure maximum value regulated, for which purpose the throttle device 27 and / or the adjusting device 31 is / are driven, in particular the
  • Throttle device 27 is changed from the fully open position toward a closed position, wherein the adjusting device 31 is changed from the fully closed state to an open state.
  • the method is continued in the sixth step S6. This is done until the predetermined speed is reached and the load is switched to the internal combustion engine 1 in the fifth step S5.
  • step S8 it is checked whether a further increase in output of the internal combustion engine 1 is desired beyond the switched-on load. If this is not the case, the method is continued in a ninth step S9, in which the boost pressure lifting device 17 is deactivated or switched off. In a tenth step S10 then an operating state of the internal combustion engine 1 - in particular stationary - regulated in a normal operating mode. In this case, the boost pressure in accordance with the current operating state of the internal combustion engine - without any additional increase - adjusted.
  • Boost pressure lifting device 17 further driven to increase the boost pressure, the method is then continued in the eighth step S8. This takes place until no further increase in performance of the internal combustion engine 1 is desired.
  • the continued increase of the boost pressure in the eleventh step S 11 - especially in the continued start operating mode - makes it possible to perform the power increase of the internal combustion engine 1 very dynamically and quickly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Inbetriebnehmen einer Brennkraftmaschine (1), wobei die Brennkraftmaschine (1) aus einem Ruhezustand lastfrei auf eine vorbestimmte Drehzahl gebracht wird, wobei ein Ladedruck in einem Ladepfad (7) der Brennkraftmaschine (1) über einen einem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) entsprechenden Ladedruckwert hinaus angehoben wird, und wobei der Brennkraftmaschine (1) eine Last aufgeschaltet wird, wenn die Brennkraftmaschine (1) die vorbestimmte Drehzahl erreicht.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zum Inbetriebnehmen einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Inbetriebnehmen einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine, die eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Bei Brennkraftmaschinen, die aus einem Ruhezustand, insbesondere aus einem abgeschalteten Zustand heraus innerhalb einer bestimmten, typischerweise mit beispielsweise 10 Sekunden kurzen Zeit in einen bestimmten Lastzustand gebracht werden müssen, ergibt sich das Problem, dass der innerhalb der bestimmten Zeit überhaupt darstellbare Lastzustand geringer - und je nach Bauart der Brennkraftmaschine teilweise deutlich geringer - ist als eine Nennlast der
Brennkraftmaschine. Dies trifft in besonderer Weise zu auf quantitätsgeregelte
Brennkraftmaschinen, sowie ganz besonders auf Otto-Gasmotoren, bei denen ein innerhalb einer bestimmten Zeit zur Verfügung stehendes Ladedruckniveau begrenzt ist. Insbesondere wenn eine solche Brennkraftmaschine aus dem Stand oder aus dem Leerlauf auf ein vorbestimmtes Lastniveau gebracht werden soll, ist zunächst in einem Ladepfad noch ein Unterdrück vorhanden, und eine Turboaufladung benötigt Zeit, um eine ausreichende Drehzahl zur
Bereitstellung eines hinreichenden Ladedrucks bereitzustellen. Soll mit derartigen
Brennkraftmaschinen daher eine bestimmte Leistung innerhalb einer vorbestimmten Zeit bereitgestellt werden, bedarf es entweder einer vergrößerten Auslegung der einzelnen
Brennkraftmaschine, insbesondere mit Blick auf deren dann gegebenenfalls für den übrigen Betrieb überdimensionierten Nennleistung, oder aber einer Vervielfältigung der installierten Leistung durch Bereitstellung einer Mehrzahl solcher Brennkraftmaschinen. Beide Lösungen sind mit hohen Kosten verbunden. Die hier skizzierte Problematik stellt sich in besonderer Schärfe in Zusammenhang mit der Verwendung von Brennkraftmaschinen als
Notstromaggregaten, die innerhalb einer spezifizierten Zeit, beispielsweise 10 Sekunden, mit nur einer Laststufe von Nulllast, also einem lastfreien Zustand, insbesondere einem abgeschalteten Zustand oder einem Leerlaufzustand, auf ein bestimmtes Lastniveau gebracht werden müssen, um innerhalb der spezifizierten Zeit eine bestimmte elektrische Leistung bereitstellen zu können. Dabei werden Gasmotoren im Zuge verschärfter Umweltvorschriften für solche Anwendungen immer wichtiger, da sie geringste Emissionsniveaus selbst ohne Abgasnachbehandlung ermöglichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Inbetriebnehmen einer
Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die eingerichtet ist zur
Durchführung eines solchen Verfahrens, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Inbetriebnehmen einer
Brennkraftmaschine geschaffen wird, bei welchem die Brennkraftmaschine aus einem
Ruhezustand lastfrei auf eine vorbestimmte Drehzahl gebracht wird, wobei - in einem
Startbetriebsmodus - ein Ladedruck in einem Ladepfad der Brennkraftmaschine über einen einem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine - in einem Normalbetriebsmodus - entsprechenden Ladedruckwert hinaus angehoben wird, und wobei der Brennkraftmaschine eine Last aufgeschaltet wird, wenn die Brennkraftmaschine die vorbestimmte Drehzahl erreicht. Indem der Ladedruck über den Ladedruckwert, der dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine insbesondere in dem Normalbetriebsmodus entspricht, hinaus angehoben wird, kann der Ladepfad der Brennkraftmaschine zusätzlich mit Druck beaufschlagt werden, bevor die Lastaufschaltung erfolgt. Diese erfolgt dann bei einem höheren Druckniveau, als wenn die Brennkraftmaschine ohne entsprechende Anhebung des Ladedrucks hochlaufen würde. Dies wiederum bedeutet, dass im Moment der Lastaufschaltung eine größere Brennraumfüllung und damit zugleich ein höherer Mitteldruck bereitgestellt werden kann. Die Brennkraftmaschine ist demnach in der Lage, im Moment der Lastaufschaltung sofort eine höhere Leistung abzugeben, als wenn der Ladedruck nicht vor der Lastaufschaltung über den dem momentanen
Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechenden Ladedruckwert hinaus angehoben wird. Somit kann wiederum das bestimmte, innerhalb der vorbestimmten Zeit zu erreichende
Lastniveau für die Brennkraftmaschine angehoben und näher an deren Nennleistung heran verlagert werden. Es bedarf dann zur Bereitstellung einer bestimmten Gesamtleistung keiner übermäßigen Erhöhung der Nennleistung der einzelnen Brennkraftmaschine und/oder keiner Bereitstellung einer Mehrzahl von Brennkraftmaschinen mehr, sodass die Kosten in
Zusammenhang mit der Bereitstellung der Leistung sinken. Bevorzugt wird die Brennkraftmaschine auf ein Startsignal hin aus dem Ruhezustand heraus lastfrei auf die vorbestimmte Drehzahl gebracht. Das Startsignal kann dabei beispielsweise eine Notstrom-Startanforderung sein, die einen Start der Brennkraftmaschine beispielsweise bei einem Stromausfall oder einer ähnlichen Situation bewirkt. Besonders bevorzugt wird die Brennkraftmaschine aus einem abgeschalteten oder ausgeschalteten Zustand heraus auf die vorbestimmte Drehzahl gebracht. Insbesondere wird die Brennkraftmaschine auf das Startsignal hin gestartet und dann innerhalb einer vorbestimmten Zeit einerseits auf die vorbestimmte Drehzahl gebracht und andererseits mit der Last belastet.
Dass die Brennkraftmaschine lastfrei auf die vorbestimmte Drehzahl gebracht wird, bedeutet insbesondere, dass - abgesehen von unvermeidbaren Reibmomenten und gegebenenfalls weiteren unvermeidbaren insbesondere inneren Verlusten der Brennkraftmaschine und/oder eines mit der Brennkraftmaschine verbundenen Systems zur Leistungsbereitstellung,
beispielsweise in Form von Lagerverlusten an einer Generatorwelle oder dergleichen - kein Bremsmoment auf die Brennkraftmaschine wirkt. Insbesondere wird im Zustand des
Hochfahrens der Brennkraftmaschine auf die vorbestimmte Drehzahl kein äußeres
Bremsmoment gezielt aufgebracht. Vielmehr wird die Last - beispielsweise in Form eines die Brennkraftmaschine bremsenden Generator-Drehfeldes zur Stromerzeugung - erst aufgeschaltet, wenn die Brennkraftmaschine die vorbestimmte Drehzahl erreicht.
Die Last wird bevorzugt aufgeschaltet, sobald die Brennkraftmaschine die vorbestimmte Drehzahl erreicht. Insbesondere kann die Lastaufschaltung bei Erreichen der vorbestimmten Drehzahl unabhängig von einem momentanen Wert des Ladedrucks in dem Ladepfad erfolgen. Dies trägt beispielsweise zu einer möglichst schnellen Synchronisation eines mit der
Brennkraftmaschine antriebs wirkverbundenen Generators mit einem Stromnetz bei.
Die vorbestimmte Drehzahl kann insbesondere eine Synchrondrehzahl zur Synchronisierung eines mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generators mit einem Stromnetz sein, ganz besonders eine untere Drehzahlgrenze eines Synchron-Drehzahlfensters für eine zulässige Lastaufschaltung innerhalb des Synchron-Drehzahlfensters. Die Synchronisation des Generators mit dem Stromnetz und somit die Leistungsbereitstellung erfolgt besonders schnell, wenn die Last bereits bei Erreichen der unteren Drehzahlgrenze des Synchron-Drehzahlfensters aufgeschaltet wird. Die Last wird der Brennkraftmaschine bevorzugt in einem einzigen Lastschritt oder einer einzigen Laststufe aufgeschaltet, wenn - insbesondere sobald - die Brennkraftmaschine die vorbestimmte Drehzahl erreicht. Es erfolgt also insbesondere keine stufenweise oder kontinuierliche Lastanhebung. Insbesondere ist der Ladepfad der Brennkraftmaschine bei Erreichen der vorbestimmten Drehzahl so weit unter Druck gesetzt, dass die Last schlagartig aufgeschaltet werden kann.
Unter einem Ladepfad wird insbesondere ein Strömungspfad, insbesondere eine Verrohrung, verstanden, über den oder über die wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine Verbrennungsluft oder ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch zuführbar ist. Unter einem Ladedruck wird insbesondere ein Druck verstanden, der in dem Ladepfad herrscht, wobei der Ladedruck vorzugsweise stromaufwärts einer in dem Ladepfad insbesondere zur
Quantitätsregelung der Brennkraftmaschine angeordneten Drosseleinrichtung und/oder stromabwärts eines in dem Ladepfad an geordneten Verdichters bestimmt wird.
Unter einem einem momentanen - gegebenenfalls auch transienten - Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechenden, das heißt insbesondere zugeordneten Ladedruckwert wird ein Druckwert in dem Ladepfad verstanden, der sich ohne zusätzliche Maßnahmen zur
Anhebung des Ladedrucks bei einem konventionellen Betrieb der Brennkraftmaschine - in dem Normalbetriebsmodus - einstellt, entweder indem die Brennkraftmaschine als reiner Saugmotor arbeitet, oder indem beispielsweise ein Abgasturbolader in herkömmlicher Weise durch eine in einem Abgaspfad der Brennkraftmaschine angeordnete Turbine lediglich durch den zur
Verfügung stehenden Abgasstrom angetrieben wird. Der dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine zugeordnete Ladedruckwert kann sich auch durch entsprechende, insbesondere für den Normalbetriebsmodus vorgesehene Ansteuerung eines Kompressors, beispielsweise eines elektrisch angetriebenen Verdichters, einstellen. In dem Startbetriebsmodus wird dann der Kompressor abweichend, zur Erzeugung eines höheren Ladedrucks, angesteuert, was beispielsweise durch eine Kennfeldumschaltung zwischen einem Kennfeld zur Ansteuerung des Kompressors in dem Normalbetriebsmodus einerseits und einem Kennfeld zur Ansteuerung des Kompressors in dem Startbetriebsmodus andererseits durchgeführt werden kann. Dies bedeutet umgekehrt, dass im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens - in dem
Startbetriebsmodus - zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, um den Ladedruck in dem Ladepfad der Brennkraftmaschine über den entsprechenden Ladedruckwert hinaus anzuheben. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der Ladedruck in dem Normalbetriebsmodus der
Brennkraftmaschine nicht über den dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechenden Ladedruckwert hinaus angehoben wird. Das Anheben des Ladedrucks ist also ganz spezifisch insbesondere für die Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen eines Normal- oder Dauerbetriebs vorgesehen.
Ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine ist bevorzugt insbesondere gekennzeichnet durch eine momentane Drehzahl sowie ein momentanes durch die Brennkraftmaschine aufgebrachtes Drehmoment.
Unter einem Normalbetriebsmodus wird insbesondere ein Betriebsmodus der
Brennkraftmaschine verstanden, der für einen - insbesondere stationären - Dauerbetrieb vorgesehen ist, beziehungsweise in welchem die Brennkraftmaschine im - insbesondere stationären - Dauerbetrieb betrieben wird. Unter einem Startbetriebsmodus wird demgegenüber ein Betriebsmodus verstanden, der insbesondere für ein Aufstarten oder Hochlaufen der Brennkraftmaschine aktiviert oder gewählt wird. Der Startbetriebsmodus kann darüber hinaus auch für transiente Betriebszustände, insbesondere bei Anhebungen des Betriebszustandes zu höherer Last hin, also bei Laststeigerungen oder Lastsprüngen, aktiviert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ladedruck angehoben wird, indem ein Verdichter in dem Ladepfad der Brennkraftmaschine über eine dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine - in dem Normalbetriebsmodus - zugeordnete
Verdichterdrehzahl hinaus angetrieben wird. Insbesondere kann so ein ohnehin vorhandener Verdichter in dem Ladepfad verwendet werden, um den Ladedruck anzuheben, wobei zusätzlich zu ohnehin dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechenden
Maßnahmen zum Antreiben des Verdichters weitere Maßnahmen getroffen werden, um die Verdichterdrehzahl zusätzlich zu erhöhen und somit den Verdichter zusätzlich anzutreiben.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verdichter durch einen elektrischen Antrieb angetrieben wird. Dieser elektrische Antrieb kann insbesondere direkt den Verdichter antreiben. Alternativ ist es auch möglich, dass der elektrische Antrieb eine in dem Abgaspfad der Brennkraftmaschine an geordnete und mit dem Verdichter
antriebs wirkverbundene Turbine antreibt, sodass der Verdichter mittelbar durch den elektrischen Antrieb über die Turbine angetrieben wird. Ist bei einem Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine keine Turbine im Abgaspfad vorgesehen und der Verdichter rein elektrisch angetrieben, wird bevorzugt eine Ansteuerung des elektrischen Antriebs für die Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine im Vergleich zu dem Normalbetriebsmodus geändert, sodass der Verdichter über ein für den Normalbetriebsmodus bestimmtes Verdichterdrehzahl-Niveau hinaus angetrieben wird. Hierzu kann beispielsweise eine Kennfeldumschaltung oder dergleichen durchgeführt werden. Ist der elektrische Antrieb für einen Abgasturbolader mit Turbine im Abgaspfad der Brennkraftmaschine vorgesehen, erfolgt die Erhöhung der Verdichterdrehzahl mittels des elektrischen Antriebs bevorzugt zusätzlich zu einem Antrieb der Turbine durch einen Abgasstrom in dem Abgaspfad während der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine. Im
Normalbetriebsmodus der Brennkraftmaschine wird dann der Verdichter bevorzugt
ausschließlich über die durch den Abgasstrom angetriebene Turbine angetrieben, wobei der elektrische Antrieb bevorzugt inaktiv ist.
Unter einem Normalbetriebsmodus wird besonders bevorzugt ein Normal- oder Dauerbetrieb in einem stationären Betriebszustand verstanden. Es ist möglich, dass die Anhebung des
Ladedrucks außer bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine und jenseits des vorzugsweise stationären Normalbetriebs auch in transienten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, insbesondere bei plötzlichen Lastsprüngen zu höherer Last, durchgeführt wird.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Verdichter durch Beaufschlagen einer mit dem Verdichter antriebswirkverbundenen, insbesondere in dem Abgaspfad der Brennkraftmaschine angeordneten Turbine mit Druckgas angetrieben wird. Dies stellt eine ebenso einfache wie kostengünstige Möglichkeit dar, den Verdichter zusätzlich anzutreiben. Ganz besonders wenn die Turbine im Abgaspfad der Brennkraftmaschine angeordnet ist, kann sie zusätzlich zu dem momentanen Abgasstrom mit dem Druckgas beaufschlagt werden.
Unter einem Druckgas wird insbesondere ein Gas verstanden, welches kein Abgas der
Brennkraftmaschine ist, sondern zusätzlich zu dem Abgas der Brennkraftmaschine verwendet wird. Das Druckgas kann insbesondere Luft, ein Inertgas, insbesondere Stickstoff, Argon, Kohlendioxid, ein anderes Edelgas, oder irgendein anderes geeignetes, insbesondere
reaktionsträges Gas sein.
Das Druckgas wird bevorzugt stromaufwärts der Turbine in den Abgaspfad der
Brennkraftmaschine eingeleitet, um die Turbine anzutreiben. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Druckgas durch einen Kompressor bereitgestellt wird. Insbesondere bei einer Verwendung der Brennkraftmaschine als Notstromaggregat kann der Kompressor dabei batterie- oder akkumulatorgetrieben sein. Mithilfe eines Kompressors kann zielgenau und insbesondere ohne vorbereitende Maßnahmen kostengünstig Druckgas bereitgestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Druckgas durch ein Druckgasreservoir bereitgestellt wird. Dass Druckgasreservoir kann gemäß einem Ausführungsbeispiel als
Druckgas-Kessel ausgebildet sein, der vorzugsweise vorab, das heißt vor der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine, unter Druck gesetzt und gehalten wird, sodass der Druckgas-Druck bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine für den Antrieb des Verdichters zur Verfügung steht. Der Druckgas-Kessel dient insoweit als Energiespeicher zur Bereitstellung von zusätzlicher Energie zum Inbetriebnehmen der Brennkraftmaschine. Das Druckgasreservoir kann alternativ oder zusätzlich auch als Druckgasflasche ausgebildet sein. Dies stellt eine besonders günstige und einfach bereitzustellende Ausgestaltung eines Druckgasreservoirs dar. Dabei kann es sich beispielsweise um eine herkömmliche Druckgasflasche mit Druckluft, Stickstoff, Argon, Kohlendioxid oder einem anderen geeigneten Gas handeln.
Das Druckgasreservoir ist vorzugsweise über eine schaltbare Ventileinrichtung mit der Turbine strömungstechnisch verbunden, sodass die Turbine durch Schalten der Ventileinrichtung wahlweise mit Druckgas beaufschlagt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Druckgas durch eine Druckgasleitung bereitgestellt wird. Diese Druckgasleitung kann beispielsweise mit einem zu der
Brennkraftmaschine externen Druckgasversorgungsnetzwerk oder einem Druckgasreservoir strömungstechnisch verbunden sein. Auf diese Weise kann insbesondere eine gegebenenfalls ohnehin vorhandene Druckgas-Infrastruktur auch zur Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine mitgenutzt werden. In der Druckgasleitung ist vorzugweise eine schaltbare Ventileinrichtung vorgesehen, durch welche die Turbine wahlweise mit Druckgas aus der Druckgasleitung beaufschlagt werden kann. Dabei mündet die Druckgasleitung bevorzugt insbesondere stromaufwärts der Turbine in den Abgaspfad der Brennkraftmaschine. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Rahmen des Verfahrens eine quantitätsgeregelte Brennkraftmaschine verwendet wird. Eine solche quantitätsgeregelte
Brennkraftmaschine zeichnet sich insbesondere durch eine äußere Gemischbildung außerhalb eines Brennraums aus, wobei dem Brennraum über den Ladepfad ein Verbrennungsluft- Brennstoff-Gemisch zugeführt wird. Dies stellt eine ebenso einfache wie kostengünstige
Ausgestaltung einer Brennkraftmaschine dar. Die Quantitätsregelung erfolgt bevorzugt durch Stellen einer Drosseleinrichtung im Ladepfad der Brennkraftmaschine. Der Ladedruck ist bevorzugt ein Druck des Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischs in dem Ladepfad, insbesondere stromaufwärts der Drosseleinrichtung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine als Gasmotor zum Betrieb mit einem Brenngas als Brennstoff, insbesondere als Otto-Gasmotor ausgebildet ist. Bei quantitätsgeregelten Brennkraftmaschinen und insbesondere bei Gasmotoren, insbesondere bei Otto-Gasmotoren, verwirklichen sich in besonderer Weise die bereits beschriebenen Vorteile des Verfahrens. Darüber hinaus haben Gasmotoren den Vorteil, geringste Emissionsniveaus selbst ohne Abgasnachbehandlung darstellen zu können.
Unter einem Brenngas wird insbesondere ein brennbarer Stoff oder ein brennbares Stoffgemisch verstanden, wobei das brennbare Stoffgemisch wenigstens einen brennbaren Stoff aufweist, und wobei der brennbare Stoff oder das brennbare Stoffgemisch unter Normalbedingungen, das heißt insbesondere bei 1013 mbar und 25°C, gasförmig vorliegt. Bei dem Brenngas kann es sich insbesondere um ein Brenngas handeln, was wenigstens einen Stoff aufweist, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methan, Propan und Butan. Insbesondere kann es sich bei dem Brenngas um Erdgas handeln, beispielsweise um komprimiertes Erdgas (Compressed Natural Gas - CNG) oder verflüssigtes Erdgas (Liquefied Natural Gas - LNG). Es sind aber auch andere Gase möglich, wie beispielsweise Biogas, Produktgase aus der Chemischen Industrie, Kokereigas, Schwachgas, Sondergas, Rohstoffbegleitgas, insbesondere Erdölbegleitgas, Deponiegas und dergleichen mehr.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine als Notstromaggregat betrieben wird. Wie bereits ausgeführt, verwirklichen sich bei dieser
Anwendung in besonderer Weise die Vorteile des Verfahrens. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die vorbestimmte Drehzahl eine
Synchrondrehzahl zur Synchronisierung eines mit der Brennkraftmaschine
antriebs wirkverbundenen Generators mit einem Stromnetz ist. Wie ebenfalls bereits ausgeführt, ist die vorbestimmte Drehzahl besonders bevorzugt eine Untergrenze eines Synchron- Drehzahlfensters zur zulässigen elektrischen Verbindung eines mit der Brennkraftmaschine antriebs wirkverbundenen Generators mit einem Stromnetz.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ladedruck über eine Drossel- Funktionsstellung einer Drosseleinrichtung im Ladepfad geregelt wird. Dies ist insbesondere dann vorgesehen, wenn ein beispielsweise aus Bauteilschutzgründen für die Brennkraftmaschine oder zur Vermeidung eines Verdichterpumpens vorgesehener Ladedruck-Maximalwert bereits erreicht ist, bevor die Last aufgeschaltet wird. In diesem Fall bedarf es einer Begrenzung des Ladedrucks in dem Ladepfad auf den Ladedruck-Maximalwert. Diese Begrenzung kann in geeigneter Weise über die vorzugsweise ohnehin vorgesehene Drosseleinrichtung erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich wird der Ladedruck über eine Umgehungs-Funktionsstellung einer Stelleinrichtung in einem Verdichterumgehungspfad geregelt. Der Verdichterumgehungspfad zweigt dabei bevorzugt stromabwärts des Verdichters aus dem Ladepfad ab und mündet stromaufwärts des Verdichters wieder in den Ladepfad ein, sodass der Verdichter über den Verdichterumgehungspfad umblasen werden kann. In dem Verdichterumgehungspfad ist eine Stelleinrichtung angeordnet, mittels derer ein Strömungsquerschnitt des
Verdichterumgehungspfads vorzugsweise von einer vollständigen Sperrung des
Verdichterumgehungspfads bis zu einer maximalen Freigabe desselben variierbar ist. Durch entsprechende Ansteuerung der Stelleinrichtung, insbesondere durch Wahl von deren
Umgehungs-Funktionsstellung, das heißt dem momentanen Strömungsquerschnitt des
Verdichterumgehungspfads, der durch die Umgehungs-Funktionsstellung der Stelleinrichtung definiert wird, kann der Ladedruck stromabwärts des Verdichters eingestellt, vorzugsweise geregelt werden. Der Verdichter kann also wahlweise und bedarfsabhängig umblasen werden, insbesondere um einen zu hohen Ladedruck und/oder ein Verdichterpumpen zu vermeiden. Wie bereits ausgeführt erfolgt dies bevorzugt, wenn der Ladedruck-Maximalwert bereits erreicht ist, jedoch die vorbestimmte Drehzahl noch nicht erreicht ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ladedruck nach Aufschalten der Last weiter angehoben wird, bis eine vorbestimmte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine erreicht ist. Bei der vorbestimmten Leistungsabgabe handelt es sich bevorzugt um eine vorbestimmte Laststufe und/oder einen vorbestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Dies kann beispielsweise ein spezifizierter, stationärer Normalbetriebszustand, insbesondere bei Nennlast, sein. Durch das weitere Anheben des Ladedrucks auch nach dem Aufschalten der Last hinaus kann besonders schnell eine über das bestimmte Lastniveau hinausgehende
Leistungsabgabe erreicht werden, sodass schnell die volle Leistung der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden kann. Dies ermöglicht es insbesondere bei einem Einsatz der
Brennkraftmaschine im Notstrombetrieb, rasch unterbrechnungsfreie Stromversorgungen, die zur Überbrückung insbesondere der Hochlaufzeit der Brennkraftmaschine vorgesehen sind, abschalten und damit schonen zu können.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die wenigstens einen Brennraum sowie einen Ladepfad aufweist, der eingerichtet ist zur Zuführung von Verbrennungsluft und/oder einem Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch in den wenigstens einen Brennraum. Die Brennkraftmaschine weist außerdem eine Ladedruckanhebeeinrichtung auf, die eingerichtet, um in einem Startbetriebsmodus einen Ladedruck in dem Ladepfad der Brennkraftmaschine über einen Ladedruckwert hinaus anzuheben, der einem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine in einem Normalbetriebsmodus zugeordnet ist. Weiter weist die Brennkraftmaschine eine Steuereinrichtung auf, die mit der
Ladedruckanhebeeinrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Inbetriebnehmen der Brennkraftmaschine oder ein Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um durch Ansteuerung der Ladedruckanhebeeinrichtung den Ladedruck in einem Startbetriebsmodus beim Hochfahren der Brennkraftmaschine aus einem Ruhezustand auf eine vorbestimmte Drehzahl über den dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine im Normalbetriebsmodus entsprechenden Ladedruckwert hinaus anzuheben. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in
Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine in dem Ladepfad einen Verdichter auf. Die
Ladedruckanhebeeinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um in dem Startbetriebsmodus den Verdichter über eine dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine in dem
Normalbetriebsmodus zugeordnete Verdichterdrehzahl hinaus anzutreiben. Die Ladedruckanhebeeinrichtung ist bevorzugt als elektrischer Antrieb ausgebildet, insbesondere als Elektromotor. Der elektrische Antrieb kann dabei entweder unmittelbar an dem Verdichter oder an einer mit dem Verdichter antriebswirkverbundenen Turbine angreifen, insbesondere an einer Verdichterwelle und/oder einer Turbinen welle.
Alternativ oder zusätzlich ist die Ladedruckanhebeeinrichtung bevorzugt eingerichtet, um die mit dem Verdichter antriebswirkverbundene Turbine mit einem Druckgas zu beaufschlagen. Dabei ist es möglich, dass die Ladedruckanhebeeinrichtung einen Kompressor, ein Druckgasreservoir, und/oder eine Druckgasleitung aufweist.
Die Turbine, die mit dem Verdichter antriebswirkverbunden ist, ist bevorzugt in einem
Abgaspfad der Brennkraftmaschine angeordnet. Insoweit sind der Verdichter und die Turbine besonders bevorzugt als Teil eines Abgasturboladers der Brennkraftmaschine ausgebildet.
Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine eine mehrstufige Aufladung und/oder eine
Registeraufladung aufweist, sodass sie eine Mehrzahl von Verdichtern und insbesondere eine Mehrzahl von Abgasturboladern aufweist. Die Ladedruckanhebeeinrichtung kann dabei mit genau einem Verdichter der Brennkraftmaschine oder mit einer Mehrzahl von Verdichtern der Brennkraftmaschine Zusammenwirken.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als quantitätsgeregelte Brennkraftmaschine, insbesondere als Gasmotor, besonders bevorzugt als Otto-Gasmotor ausgebildet.
Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine in dem Ladepfad eine Drosseleinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung mit der Drosseleinrichtung wirkverbunden ist, um die
Drosseleinrichtung anzusteuern.
Bevorzugt weist die Brennkraftmaschine einen Verdichterumgehungspfad auf, der stromabwärts des Verdichters aus dem Ladepfad ausmündet und stromaufwärts des Verdichters wieder in dem Ladepfad einmündet. Vorzugsweise ist in dem Verdichterumgehungspfad eine Stelleinrichtung angeordnet, die mit der Steuereinrichtung wirkverbunden ist, sodass die Stelleinrichtung durch die Steuereinrichtung ansteuerbar ist. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer
Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Lahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb,
Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Lall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der
Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Leuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Lörderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Brennkraftmaschine andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben werden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Brennkraftmaschine. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine beschrieben werden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrens schritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal eines erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine bedingt ist. Die Brennkraftmaschine zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer
Brennkraftmaschine;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der
Brennkraftmaschine, und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum
Inbetriebnehmen der Brennkraftmaschine in Form eines Flussdiagramms.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer
Brennkraftmaschine 1, die wenigstens einen Brennraum 3, hier sechs Brennräume 3, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen nur einer mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet ist, aufweist. Die Brennkraftmaschine 1 kann alternativ auch nur einen Brennraum 3, oder vier, acht, zwölf, vierzehn, sechzehn, achtzehn oder zwanzig Brennräume 3 aufweisen. Auch andere und insbesondere größere Anzahlen von Brennräumen 3 sind möglich. Die hier dargestellte
Brennkraftmaschine 1 ist als Otto-Motor ausgebildet. Insoweit ist jedem Brennraum 3 eine Zündeinrichtung 5 zugeordnet, die eingerichtet ist zur Entflammung eines in dem jeweiligen Brennraum 3 angeordneten Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischs. Die Zündeinrichtung 5 kann beispielsweise als elektrische Funkenzündkerze, als Faserzündkerze, als Koronazündkerze oder in geeigneter anderer Weise eingerichtet und ausgebildet sein. Die Zündeinrichtung 5 kann insbesondere auch als Zündstrahl-Zündeinrichtung ausgebildet sein, insbesondere als Zündstrahl- Injektor zur Eindüsung eines Zündöls in den jeweiligen Brennraum 3.
Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Fadepfad 7 auf, der eingerichtet und ausgebildet ist, um dem wenigstens einen Brennraum 3 Verbrennungsluft oder ein Verbrennungsluft-Brennstoff- Gemisch zuzuführen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschine 1 als quantitätsgeregelte Brennkraftmaschine und insbesondere als Gasmotor mit äußerer Gemischbildung ausgebildet, sodass den Brennräumen 3 entlang des Fadepfads 7 ein
Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch zugeführt wird. Zur Bereitstellung des Verbrennungsluft- Brennstoff-Gemischs weist die Brennkraftmaschine 1 in dem Fadepfad 7 eine Mischeinrichtung 9 auf, durch welche in für sich genommen bekannter Weise Verbrennungsluft 11 mit einem Brenngas 13 vermischt werden kann, sodass stromabwärts der Mischeinrichtung 9 ein
Verbrennungsluft-Brenngas-Gemisch in dem Ladepfad 7 strömt. Die Mischeinrichtung 9 ist hier stromaufwärts eines Verdichters 15 in dem Ladepfad 7 angeordnet, sodass die
Brennkraftmaschine 1 als gemischaufgeladene Brennkraftmaschine ausgebildet ist, in der den Brennräumen 3 ein verdichtetes Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch zugeführt wird.
Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Ladedruckanhebeeinrichtung 17 auf, die eingerichtet ist, um einen Ladedruck in dem Ladepfad 7 in einem Startbetriebsmodus über einen Ladedruckwert hinaus anzuheben, der in einem Normalbetriebsmodus einem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 entspricht. Die Ladedruckanhebeeinrichtung 17 ist dabei hier insbesondere eingerichtet, um den Verdichter 15 über eine dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechende Verdichterdrehzahl hinaus anzutreiben.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 weist die Ladedruckanhebeeinrichtung hierzu einen elektrischen Antrieb 19, insbesondere einen Elektromotor auf, der mit dem Verdichter 15 antriebswirkverbunden ist.
Bei dem hier dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist der Verdichter 15 Teil eines Abgasturboladers 21, wobei der Abgasturbolader 21 außer dem Verdichter 15 noch eine in einem Abgaspfad 23 der Brennkraftmaschine 1 angeordnete Turbine 25 aufweist, wobei die Turbine 25 mit dem Verdichter 15 antriebswirkverbunden ist.
Der elektrische Antrieb 19 greift hier an der Turbine 25 an, ist also insbesondere mit der Turbine 25 antriebswirkverbunden und somit insbesondere eingerichtet, um eine Drehzahl der Turbine 25 zu erhöhen, wobei zugleich die Verdichterdrehzahl des Verdichters 15 erhöht wird.
Einerseits zur Quantitätsregelung der Brennkraftmaschine 1 und andererseits zur Regelung des Ladedrucks in dem Ladepfad 7 weist die Brennkraftmaschine 1 in dem Ladepfad 7 eine Drosseleinrichtung 27 auf, durch welche in Abhängigkeit von einer Drossel-Lunktionsstellung der Drosseleinrichtung 27 ein Strömungsquerschnitt des Ladepfads 7 veränderbar ist. Der Ladedruck in dem Ladepfad 7 kann dabei insbesondere durch Variation der Drossel- Lunktionsstellung der Drosseleinrichtung 27 geregelt werden. Die Drosseleinrichtung 27 ist bevorzugt als Drosselklappe ausgebildet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 1 zusätzlich einen Verdichterumgehungspfad 29 auf, der stromabwärts des Verdichters 15 aus dem Ladepfad 7 aus- und stromaufwärts des Verdichters 15 wieder in den Ladepfad 7 einmündet, sodas s der Verdichter 15 über den Verdichterumgehungspfad 29 umblasen werden kann. In dem Verdichterumgehungspfad 29 ist hier eine Stelleinrichtung 31 angeordnet, wobei abhängig von einer Umgehungs-Funktionsstellung der Stelleinrichtung 31 ein Strömungsquerschnitt des Verdichterumgehungspfads 29 veränderbar ist. Der Ladedruck in dem Ladepfad 7 wird bevorzugt zusätzlich oder alternativ zu der Regelung über die Drosseleinrichtung 27 durch Ansteuerung und insbesondere Veränderung der Umgehungs-Funktionsstellung der Stelleinrichtung 31 in dem Verdichterumgehungspfad 29 geregelt.
In dem Ladepfad 7 ist außerdem stromabwärts des Verdichters 15 noch eine Ladeluft- Kühleinrichtung 33 zur Kühlung der durch die Verdichtung in dem Verdichter 15 erwärmten Ladeluft, hier konkret des Verbrennungsluft-Brenngas-Gemischs, an geordnet. Der Verdichterumgehungspfad 29 zweigt dabei aus dem Ladepfad 7 stromabwärts der Ladeluft- Kühleinrichtung 33 ab.
Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem eine Steuereinrichtung 35 auf, die insbesondere mit der Ladedruckanhebeeinrichtung 17, hier mit dem elektrischen Antrieb 19, wirkverbunden ist, um die Ladedruckanhebeeinrichtung 17 zur Anhebung des Ladedrucks anzusteuem. Die Steuereinrichtung 35 ist bevorzugt auch mit der Drosseleinrichtung 27 und/oder der Stelleinrichtung 31 zu deren Ansteuerung wirkverbunden, was hier der besseren Übersichtlich wegen nicht ausdrücklich dargestellt ist.
Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung 35 spezifisch eingerichtet ist zur Ansteuerung der Ladedruckanhebeeinrichtung 19 und/oder der Drosseleinrichtung 27 und/oder der Stelleinrichtung 31. Besonders bevorzugt ist aber die Steuereinrichtung 35 insgesamt eingerichtet zur Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine 1, wobei sie besonders bevorzugt als Motorsteuergerät, insbesondere als Engine Control Unit (ECU), ausgebildet ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Bei dem hier dargestellten, zweiten Ausführungsbeispiel ist die Ladedruckanhebeeinrichtung 17 eingerichtet, um die Turbine 25 mit Druckgas zu beaufschlagen. Die Ladedruckanhebeeinrichtung 17 weist hierzu eine Druckeinrichtung 37 auf, die insbesondere als Kompressor 37A, als Druckgasreservoir 37B und/oder als Druckgasleitung 37C ausgebildet sein kann. Die Druckeinrichtung 37 ist hier mit einer schaltbaren Ventileinrichtung 39 strömungstechnisch verbunden, wobei die Ventileinrichtung 39 stromaufwärts der Turbine 25 in den Abgaspfad 23 einmündet. Über die schaltbare Ventileinrichtung 39 ist dem Abgaspfad 23 wahlweise ein unter Druck stehendes Druckgas zuführbar, sodass die Turbine 25 dann mit dem Druckgas beaufschlagt und durch das Druckgas zu einer erhöhten Drehzahl angetrieben wird.
Die Steuereinrichtung 35 ist in diesem Fall insbesondere mit der schaltbaren Ventileinrichtung 39 wirkverbunden, um diese wahlweise zu schalten. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Steuereinrichtung 35 mit der insbesondere als Kompressor 37A ausgebildeten Druckeinrichtung 37 wirkverbunden ist.
Die Brennkraftmaschine 1 ist vorzugsweise als Notstromaggregat ausgebildet und insofern insbesondere mit einem Generator zur Erzeugung elektrischer Leistung antriebswirkverbunden.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Inbetriebnehmen der Brennkraftmaschine 1 ist vorgesehen, dass diese - insbesondere auf ein Startsignal hin - aus einem Ruhezustand lastfrei auf eine vorbestimmte Drehzahl gebracht wird, wobei der Ladedruck in dem Ladepfad 7 über einen dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 entsprechenden Ladedruckwert hinaus angehoben wird, und wobei der Brennkraftmaschine 1 eine Last aufgeschaltet wird, wenn und insbesondere sobald diese die vorbestimmte Drehzahl erreicht hat.
Die vorbestimmte Drehzahl ist bevorzugt eine Synchrondrehzahl eines mit der
Brennkraftmaschine 1 antriebswirkverbundenen Generators in Bezug auf ein mit dem Generator elektrisch verbindbares Stromnetz, oder die vorbestimmte Drehzahl ist eine Untergrenze eines Synchrondrehzahlfensters zur zulässigen elektrischen Verbindung des Generators mit dem Stromnetz.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum
Inbetriebnehmen der Brennkraftmaschine 1. Dabei erhält die Brennkraftmaschine 1 in einem ersten Schritt S 1 ein Startsignal, woraufhin die Brennkraftmaschine 1 insbesondere aus einem abgeschalteten Ruhezustand heraus gestartet wird. Das Startsignal kann insbesondere bei einem Stromausfall ausgegeben werden, wenn die Brennkraftmaschine 1 als Notstromaggregat eingerichtet ist. Auf das Startsignal hin wird bevorzugt die Drosseleinrichtung 27 vollständig geöffnet, und die Stelleinrichtung 31 in dem Verdichterumgehungspfad 29 wird vollständig geschlossen, sodass ohne unnötige
Strömungsverluste ein Ladedruck in dem Ladepfad 7 stromaufwärts der Brennräume 3 aufgebaut werden kann.
In einem zweiten Schritt S2 wird - in einem Startbetriebsmodus - mittels der
Ladedruckanhebeeinrichtung 17 der Ladedruck in dem Ladepfad 7 angehoben, nämlich über einen Ladedruckwert hinaus, der ansonsten - ohne die Ladedruckanhebeeinrichtung 17 - sich insbesondere nur aufgrund der Abgasströmung in dem Abgaspfad 24 und der daraus
resultierenden Verdichterdrehzahl 15 einstellen würde. Der Verdichter 15 wird also insbesondere mittels der Ladedruckanhebeeinrichtung 17 über diese sich ansonsten einstellende
Verdichterdrehzahl hinaus angetrieben, um den Ladedruck anzuheben. Zugleich wird in dem zweiten Schritt S2 die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 ausgehend von dem Ruhezustand auf eine vorbestimmte Drehzahl, insbesondere eine Synchrondrehzahl oder eine untere Grenze eines Synchron-Drehzahlfensters, lastfrei hochgefahren.
In einem dritten Schritt S3 wird geprüft, ob ein maximal zulässiger Ladedruck-Maximalwert in dem Ladepfad 7, insbesondere unmittelbar stromaufwärts der Brennräume 3, erreicht ist. Der Ladedruck-Maximalwert ergibt sich dabei einerseits aus einer maximal zulässigen
Druckbelastung der Bauteile der Brennkraftmaschine 1, die mit dem Ladedruck beaufschlagt werden, und andererseits aus der Forderung, dass im Bereich des Verdichters 15 kein
Verdichterpumpen, insbesondere also kein Rückströmen von Gas über den Verdichter 15 entgegen von dessen Förderrichtung auftreten darf.
Ist der Ladedruck-Maximalwert noch nicht erreicht, wird das Verfahren in einem vierten Schritt S4 fortgesetzt. In dem vierten Schritt S4 wird geprüft, ob bereits die vorbestimmte Drehzahl erreicht ist. Ist dies nicht der Fall, wird das Hochfahren der Brennkraftmaschine 1 fortgesetzt und zugleich auch der Ladedruck weiter erhöht, wobei das Verfahren in dem dritten Schritt S3 fortgesetzt wird. Dies erfolgt solange, bis entweder in dem dritten Schritt S3 festgestellt wird, dass der Ladedruck-Maximalwert erreicht ist, oder in dem vierten Schritt S4 festgestellt wird, dass die vorbestimmte Drehzahl erreicht ist.
Wird in dem vierten Schritt S4 festgestellt, dass die vorbestimmte Drehzahl erreicht wird, erfolgt in einem fünften Schritt S5 die Aufschaltung der Last auf die Brennkraftmaschine 1. Dies erfolgt unabhängig davon, ob der Ladedruck mittlerweile den Ladedruck-Maximalwert erreicht hat. Insbesondere dient diese Vorgehensweise einer möglichst schnellen Synchronisierung des mit der Brennkraftmaschine 1 antriebs wirkverbundenen Generators mit dem Stromnetz. Angesichts der schnellen Abarbeitung des dritten Schritts S3 und des vierten Schritts S4 ist in diesem Fall typischerweise der Ladedruck-Maximalwert - wie in dem dritten Schritt S3 festgestellt - noch nicht erreicht. Daher bleibt dann im Fall der Lastaufschaltung vorzugsweise die
Drosseleinrichtung 27 vollständig geöffnet. Zugleich bleibt in diesem Fall die Stelleinrichtung 31 vollständig geschlossen.
Wird in dem dritten Schritt S3 festgestellt, dass der Ladedruck-Maximalwert erreicht ist, wird in einem sechsten Schritt S6 geprüft, ob die vorbestimmte Drehzahl erreicht ist. Ist dies der Fall, wird das Verfahren in dem fünften Schritt S5 fortgesetzt.
Ist dies dagegen noch nicht der Fall, wird nun in einem siebten Schritt S7 der Ladedruck in dem Ladepfad 7 vorzugsweise auf den Ladedruck-Maximalwert oder einen Ladedruck-Sollwert, der kleiner ist als der Ladedruck-Maximalwert, geregelt, wobei hierzu die Drosseleinrichtung 27 und/oder die Stelleinrichtung 31 angesteuert wird/werden, wobei insbesondere die
Drosseleinrichtung 27 aus der vollständig geöffneten Stellung in Richtung einer geschlossenen Stellung verändert wird, wobei die Stelleinrichtung 31 ausgehend von dem vollständig geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand verändert wird.
Ausgehend von dem siebten Schritt S7 wird das Verfahren in dem sechsten Schritt S6 fortgesetzt. Dies erfolgt solange, bis die vorbestimmte Drehzahl erreicht ist und die Last in dem fünften Schritt S5 auf die Brennkraftmaschine 1 aufgeschaltet wird.
In einem achten Schritt S8 wird geprüft, ob über die aufgeschaltete Last hinaus eine weitere Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine 1 gewünscht ist. Ist dies nicht der Fall, wird das Verfahren in einem neunten Schritt S9 fortgesetzt, in dem die Ladedruckanhebeeinrichtung 17 deaktiviert oder abgeschaltet wird. In einem zehnten Schritt S10 wird dann ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 - insbesondere stationär - in einem Normalbetriebsmodus eingeregelt. Dabei wird der Ladedruck entsprechend dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine - ohne darüber hinausgehende Anhebung - eingeregelt.
Wird in dem achten Schritt S8 dagegen festgestellt, dass eine weitere Leistungssteigerung für die Brennkraftmaschine 1 gewünscht wird, wird in einem elften Schritt S 11 die
Ladedruckanhebeeinrichtung 17 weiter zur Anhebung des Ladedrucks angesteuert, wobei das Verfahren anschließend in dem achten Schritt S8 fortgesetzt wird. Dies erfolgt solange, bis keine weitere Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine 1 mehr gewünscht ist. Die fortgesetzte Anhebung des Ladedrucks in dem elften Schritt S 11 - insbesondere in dem fortgesetzten Startbetriebsmodus - ermöglicht es, die Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine 1 sehr dynamisch und schnell durchzuführen.
Insgesamt kann mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren und der Brennkraftmaschine 1 eine signifikante Leistungssteigerung beim Inbetriebnehmen einer insbesondere als Notstromaggregat betriebenen Brennkraftmaschine 1, insbesondere mit höherem Lastsprung, erreicht werden.
Dabei ergibt sich eine spezifische Kostenreduktion in Hinblick auf die Bereitstellung der Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise einer spezifizierten Notstromleistung. Weiterhin ermöglicht das Verfahren eine einfache und/oder modulare Lösung für die eingangs genannten Probleme.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Inbetrieb nehmen einer Brennkraftmaschine (1), wobei
- die Brennkraftmaschine (1) aus einem Ruhezustand lastfrei auf eine vorbestimmte
Drehzahl gebracht wird, wobei
- ein Ladedruck in einem Ladepfad (7) der Brennkraftmaschine (1) über einen einem
momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) entsprechenden Ladedruckwert hinaus angehoben wird, und wobei
- der Brennkraftmaschine (1) eine Last aufgeschaltet wird, wenn die Brennkraftmaschine (1) die vorbestimmte Drehzahl erreicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladedruck angehoben wird, indem ein Verdichter (15) in dem Ladepfad (7) der Brennkraftmaschine (1) über eine dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) entsprechende Verdichterdrehzahl hinaus angetrieben wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (15) durch
- einen elektrischen Antrieb (19), und/oder
- Beaufschlagen einer mit dem Verdichter (15) antriebswirkverbundenen Turbine (25) mit Druckgas
angetrieben wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgas durch
- einen Kompressor (37A), und/oder
- ein Druckgasreservoir (37B), und/oder
- eine Druckgasleitung (37C)
bereitgestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennkraftmaschine (1) eine quantitätsgeregelte Brennkraftmaschine (1) in Betrieb genommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennkraftmaschine (1) ein Gasmotor in Betrieb genommen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Brennkraftmaschine (1) als Notstromaggregat betrieben wird, und/oder
b) die vorbestimmte Drehzahl eine Synchrondrehzahl eines mit der Brennkraftmaschine (1) antriebs wirkverbundenen Generators in Bezug auf ein mit dem Generator elektrisch verbindbares Stromnetz ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladedruck über eine Drossel-Funktionsstellung einer Drosseleinrichtung (27) in dem Ladepfad (7) und/oder über eine Umgehungs-Funktionsstellung einer Stelleinrichtung (31) in einem Verdichterumgehungspfad (29) geregelt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladedruck nach Aufschalten der Last weiter angehoben wird, bis eine vorbestimmte
Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine (1) erreicht ist.
10. Brennkraftmaschine (1), mit
- wenigstens einem Brennraum (3),
- einem Ladepfad, eingerichtet zur Zuführung von Verbrennungsluft in den wenigstens einen Brennraum (3), und mit
- einer Ladedruckanhebeeinrichtung (17), eingerichtet zur Anhebung eines Ladedrucks in dem Ladepfad (7) der Brennkraftmaschine (1) über einen einem momentanen
Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) entsprechenden Ladedruckwert hinaus, wobei
- die Brennkraftmaschine (1) eine Steuereinrichtung (35) aufweist, die mit der
Ladedruckanhebeeinrichtung (17) wirkverbunden und eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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