DE102009023045B4

DE102009023045B4 - Verfahren zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009023045B4
Application number: DE102009023045.9A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Vischer René
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: Everllence SE
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2029-05-29
Also published as: KR20100129126A; CN101900047A; JP5795464B2; JP2010276011A; FI20105531A0; CN101900047B; FI20105531L; KR20160092973A; FI125390B; DE102009023045A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine, insbesondere eines Otto-Gasmotors, die Zylinder (10) zum Verbrennen eines Gemischs aus Kraftstoff und Verbrennungsluft, einen Abgasturbolader (16) zur Verdichtung einer den Zylindern zuzuführenden Verbrennungsluft und den jeweiligen Zylindern zugeordnete Kraftstoffregelventile (15) zur Beimischung von Kraftstoff in die verdichtete Verbrennungsluft, sowie einen zwischen den Zylindern (10) und dem Abgasturbolader (16) angeordneten Mischer (14), in dem die Mischung des Kraftstoffs und der Verbrennungsluft erfolgt umfasst, wobei von einer ersten Regel- bzw. Steuereinrichtung (21) der Brennkraftmaschine für die Kraftstoffregelventile ein Stellsignal derart bestimmt wird, dass über die abhängig von diesem Stellsignal der verdichteten Verbrennungsluft beigemischte Kraftstoffmenge die Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Solldrehzahl und/oder einer vorgegebenen Sollleistung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Regel- bzw. Steuereinrichtung das Stellsignal (23) für die Kraftstoffregelventile einer zweiten Regel- bzw. Steuereinrichtung (22) bereitstellt, die abhängig hiervon ein Stellsignal (24) für den Abgasturbolader derart generiert, dass den Zylindern ein definiertes Gemisch aus Kraftstoff und Verbrennungsluft bereitgestellt wird, um die Brennkraftmaschine mit einem vorgegebenen Lambdawert zu betreiben, dass die zweite Regel- bzw. Steuereinrichtung (22) das von der ersten Regel- bzw. Steuereinrichtung (21) für die Kraftstoffregelventile bereitgestellte Stellsignal (23) um einen Offsetwert (Δ23) korrigiert, und wobei die zweite Regel- bzw. Steuereinrichtung (22) abhängig von dem um den Offsetwert (Δ23) korrigierten Stellsignal (23') das Stellsignal (24) für den Abgasturbolader (16) generiert, und dass der Offsetwert (Δ23) zur Korrektur des für die Kraftstoffregelventile bereitgestellten Stellsignals (23) von der zweiten Regel- bzw. Steuereinrichtung (22) abhängig von einer Druckdifferenz zwischen dem Druck der verdichteten Verbrennungsluft und dem Druck des Kraftstoffs und/oder abhängig von einem Zündungszeitpunkt der Brennkraftmaschine und/oder abhängig von einer Temperatur des Kraftstoffs und/oder abhängig von einem Brennwert des Kraftstoffs und/oder abhängig von einem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und/oder abhängig von einer Methanzahl bzw. Oktanzahl des Kraftstoffs und/oder abhängig von einem Klopfintegratorwert ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Otto-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Eine als Großgasmotor ausgebildete Otto-Brennkraftmaschine verfügt über mehrere Zylinder zum Verbrennen eines Gemischs aus Kraftstoff, nämlich Gas, und Verbrennungsluft. Ein solcher Großgasmotor verfügt typischerweise über einen Abgasturbolader, der eine Turbine und einen Verdichter umfasst, wobei in der Turbine des Abgasturboladers heißes Abgas der Brennkraftmaschine entspannt wird, um den Verdichter des Abgasturboladers anzutreiben und um so die den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführende Verbrennungsluft zu verdichten. Weiterhin verfügt ein Großgasmotor über den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnete Kraftstoffregelventile, über die der verdichteten Verbrennungsluft Kraftstoff beigemischt werden kann, um so den Zylindern ein zu verbrennendes Gemisch aus Kraftstoff und Verbrennungsluft bereitzustellen. Bei Großgasmotoren wird der als Gas ausgebildete Kraftstoff der Verbrennungsluft nach dem Verdichten zugemischt, da eine Verdichtung eines brennbaren Gemischs aus Kraftstoff und Verbrennungsluft bei Großgasmotoren als zu gefährlich angesehen wird.
Aus der Praxis ist es weiterhin bereits bekannt, die Kraftstoffregelventile, die den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet sind und der Beimischung von Kraftstoff in die verdichtete Verbrennungsluft dienen, mithilfe einer Regel- bzw. Steuereinrichtung derart zu öffnen bzw. zu schließen, dass über die Mithilfe der Kraftstoffregelventile der verdichteten Verbrennungsluft beigemischte Kraftstoffmenge die Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Sollleistung und/oder Solldrehzahl betrieben werden kann.
Diese Regel- bzw. Steuereinrichtung, die dem Ansteuern der Kraftstoffregelventile zum Betreiben der Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Sollleistung und/oder Solldrehzahl dient, wird auch als Drehzahlregler bezeichnet.
Um einen sicheren und störungsfreien Betrieb einer Otto-Brennkraftmaschine, insbesondere eines Großgasmotors, zu gewährleisten, ist es jedoch nicht nur erforderlich, dass die Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Sollleistung und/oder Solldrehzahl betrieben wird, vielmehr ist es von Bedeutung, dass der Brennkraftmaschine ein definiertes Gemisch aus Kraftstoff und Verbrennungsluft bereitgestellt wird, um dieselbe mit einem vorgegebenen Lambdawert zu betreiben. Bislang bekannte Verfahren zur Lambdaregelung bzw. zur Regelung der definierten Zusammensetzung des den Zylindern zuzuführenden Gemischs aus Kraftstoff und Verbrennungsluft verfügen über den Nachteil, dass dieselben träge auf geänderte Betriebszustände reagieren sowie Laststeigerungen und Lastreduktionen nur verzögert erkennen. Besonders unzureichend werden bei den aus der Praxis bekannten Verfahren zur Lambdaregelung Lastaufschaltungen und Lastabwürfe erkannt. Die Folge hiervon ist, dass den Zylindern der Brennkraftmaschine entweder ein zu mageres oder zu fettes Gemisch aus Kraftstoff und Verbrennungsluft bereitgestellt wird, sodass sich dann im Betrieb der Brennkraftmaschine ein unerwünschtes Klopfen, zu hohe Abgasemissionen sowie ein verringerter Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine einstellen können.
Aus der EP 0 259 382 B1 und der EP 1 158 149 B1 sind jeweils Verfahren zur Regelung eines einem Gasmotor zuzuführenden Gemischs aus Verbrennungsluft und Kraftstoff bekannt, die bei solchen Gasmotoren zum Einsatz kommen können, bei welchen die Mischung von Verbrennungsluft und Gas vor einem Verdichter erfolgt, bei welchem also ein brennbares Gemisch aus Kraftstoff und Verbrennungsluft dem Verdichter zugeführt wird. Diese Verfahren eignen sich nicht zur Anwendung bei einer Otto-Brennkraftmaschine, bei welcher der Kraftstoff erst stromabwärts des Verdichters der bereits verdichteten Verbrennungsluft beigemischt wird.
Weiterhin ist auch bereits aus der DE 14 26 095 A ein Verfahren zur Steuerung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses (Lambdawert) an Brennkraftmaschinen bekannt. Dabei umfasst eine Brennkraftmaschine unter anderem mehrere Zylinder, einen Abgasturbolader und eine erste Steuerung, die eine Kraftstoffzuführung abhängig von der Belastung regelt und mit einer zweiten Steuerung verbunden ist, die ihrerseits über ein Stellsignal ein Klappenventil regelt, sodass dadurch die dem Abgasturbolader zugeführte Luftmenge und demzufolge auch abgeführte Luftmenge gesteuert wird. Durch die Regelung der Luftmenge basierend auf der Kraftstoffmenge wird ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis am Motor eingestellt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine sowie eine neuartige Otto-Brennkraftmaschine mit einer verbesserten Lambdaregelung zu schaffen.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß stellt die erste Regel- bzw. Steuereinrichtung, welche das Stellsignal für die Kraftstoffregelventile generiert, das Stellsignal einer zweiten Regel- bzw. Steuereinrichtung bereitstellt, die abhängig hiervon ein Stellsignal für den Abgasturbolader derart generiert, dass den Zylindern ein definiertes Gemisch aus Kraftstoff und Verbrennungsluft bereitgestellt wird, um die Brennkraftmaschine mit einem vorgegebenem Lambdawert zu betreiben.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine verbesserte Lambdaregelung bei einer Otto-Brennkraftmaschine, bei welcher der Kraftstoff erst stromabwärts eines Verdichters der bereits verdichteten Verbrennungsluft beigemischt wird. Es kann schnell auf geänderte Betriebszustände wie Laststeigerungen und Lastreduktionen, insbesondere auf Lastaufschaltungen und Lastabwürfe, reagiert werden. Im Betrieb der Otto-Brennkraftmaschine können ein unerwünschtes Klopfen und zu hohe Abgasemissionen vermieden werden. Die Otto-Brennkraftmaschine kann mit einem guten Wirkungsgrad betrieben werden.
Die erfindungsgemäße Otto-Brennkraftmaschine ist in Anspruch 8 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, unter Bezugnahme auf die Zeichnung nachfolgend näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1: eine stark schematisierte Darstellung einer Otto-Brennkraftmaschine;
2: ein Blockschaltbild eines Details der Otto-Brennkraftmaschine gemäß 1 zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben derselben;
3: ein Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine;
4: ein weiteres Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine;
5: ein weiteres Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine;
6: ein weiteres Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine;
7: ein weiteres Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine;
8: ein weiteres Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine;
9: ein weiteres Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine;
10: ein weiteres Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine; und
11: ein weiteres Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines als Großgasmotor ausgebildeten Otto-Gasmotors, in welchem ein gasförmiger Kraftstoff verbrannt wird. Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf den bevorzugten Anwendungsfall des Großgasmotors beschrieben wird, ist die Erfindung nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt.
Vielmehr kann die Erfindung auch bei Otto-Brennkraftmaschinen zum Einsatz kommen, die einen flüssigen Kraftstoff verbrennen.
1 zeigt ein schematisiertes Blockschaltbild einer als Großgasmotor ausgebildeten Otto-Brennkraftmaschine, die Zylinder 10 umfasst. Den Zylindern 10 wird ein Gemisch 11 aus Kraftstoff 12, nämlich Gas, und Verbrennungsluft 13 zur Verbrennung des Gemischs 11 zugeführt, wobei die Mischung des Kraftstoffs 12 und der Verbrennungsluft 10 in einem Mischer 14 erfolgt.
Bei der Verbrennungsluft 13, welcher der Kraftstoff 12 beigemischt wird, handelt es sich um verdichtete Verbrennungsluft 13, die mithilfe eines Abgasturboladers 16 verdichtet wird. Der Abgasturbolader 16 verfügt über einen Verdichter 17, in welchem unverdichtete Verbrennungsluft 18 zur verdichteten Verbrennungsluft 13 verdichtet wird, wobei der Verdichter 17 des Abgasturboladers 16 von einer Turbine 19 desselben angetrieben wird, in der Abgas 20 der Brennkraftmaschine entspannt wird.
Wie bereits erwähnt, wird der Kraftstoff 12 der verdichteten Verbrennungsluft 13 beigemischt, wozu jedem Zylinder 10 der Brennkraftmaschine mindestens ein Kraftstoffregelventil 15 zugeordnet ist. Über das Kraftstoffregelventil 15 kann die Menge des der verdichteten Verbrennungsluft 13 beigemischten Kraftstoffs 12 bestimmt werden, um so letztendlich den Zylindern der Brennkraftmaschine ein definiertes Gemisch 11 aus Kraftstoff 12 und Verbrennungsluft 13 bereitzustellen.
Die als Großgasmotor ausgebildete Otto-Brennkraftmaschine der 1 verfügt über zwei Regel- bzw. Steuereinrichtungen 21 und 22, nämlich eine erste Regel- bzw. Steuereinrichtung 21, die vorzugsweise als Drehzahlregler ausgebildet ist, und eine zweite, unabhängige bzw. eigenständige Regel- bzw. Steuereinrichtung 22, bei welcher es sich vorzugsweise um eine Motorsteuereinrichtung handelt.
Die erste Regel- bzw. Steuereinrichtung 21 dient unter anderem der Bereitstellung eines Stellsignals 23 für die Kraftstoffregelventile 15, wobei die erste Regel- bzw. Steuereinrichtung 21 Stellsignale 23 für die Kraftstoffregelventile 15 derart bestimmt, dass über die abhängig von dem Stellsignal 23 über die Kraftstoffregelventile 15 der verdichteten Verbrennungsluft 13 beigemischte Menge an Kraftstoff 12 die Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Solldrehzahl und/oder einer vorgegebenen Sollleistung betrieben wird. Bei den Kraftstoffregelventilen 15 handelt es sich vorzugsweise um elektromagnetisch betätigte Kraftstoffregelventile 15. Die erste Regel- bzw. Steuereinrichtung 21 stellt als Stellsignale 23 für die Kraftstoffregelventile 15 vorzugsweise eine Bestromungsdauer derselben bereit, wobei abhängig von der Bestromungsdauer die Kraftstoffregelventile 15 eine definierte Menge an Kraftstoff 12 der verdichteten Verbrennungsluft 13 beimischen.
Es liegt nun im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, dass die erste Regel- bzw. Steuereinrichtung 21 die für die Kraftstoffregelventile 15 erzeugten Stellsignale 23 nicht nur den Kraftstoffregelventilen 15 bereitstellt, sondern vielmehr zusätzlich der zweiten Regel- bzw. Steuereinrichtung 22, wobei die zweite Regel- bzw. Steuereinrichtung 22 abhängig von diesen Stellsignalen 23 ein Stellsignal 24 für den Abgasturbolader 16 derart generiert, dass den Zylindern 10 ein definiertes Gemisch 11 aus Kraftstoff 12 und Verbrennungsluft 13 bereitgestellt wird, um die Brennkraftmaschine mit einem vorgegebenen Lambdawert zu betreiben und so für dieselbe eine Lambdaregelung zu etablieren. Das Stellsignal 24 für den Abgasturbolader 16 wird dabei vorzugsweise derart generiert, dass ein Druck p₁₃ der vom Abgasturbolader 16 verdichteten Verbrennungsluft 13 derart bemessen wird, dass das Gemisch 11 eine gewünschte Zusammensetzung aufweist und so die Brennkraftmaschine mit dem vorgegebenen Lambdawert betrieben wird.
Abhängig davon, welcher Typ eines Abgasturboladers 16 verwendet wird, wird als Stellgröße 24 für den Abgasturbolader 16 entweder eine Stellgröße für verstellbare Turbinenschaufeln der Turbine 19 des Abgasturboladers 16 oder eine Stellgröße für einen in 1 nicht gezeigten, verstellbaren Bypass des Verdichters 17 des Abgasturboladers 16 ermittelt.
Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, die Regelung der Zusammensetzung des Gemischs 11 aus Kraftstoff 12 und Verbrennungsluft 13 und damit eine Lambdaregelung unter Verwendung des vorzugsweise als Bestromungsdauer ausgebildeten Stellsignals 23 für die Kraftstoffregelventile 15 zu etablieren, wobei abhängig von dem vorzugsweise als Bestromungsdauer der Kraftstoffregelventile 15 ausgeführten Stellsignal 23 ein Stellsignal 24 für den Abgasturbolader 16 erzeugt wird, um so den Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 zu beeinflussen bzw. einzustellen.
Als Maß für die Kraftstoffmenge, die in den Zylindern 10 verbrannt wird, wird demnach das vorzugsweise als Bestromungsdauer ausgeführte Stellsignal 23 für die Kraftstoffregelventile 15 herangezogen, wobei die Bestromungsdauer von der ersten Regel- bzw. Steuereinrichtung 21 derart bestimmt wird, dass die Brennkraftmaschine mit einer gewünschten Solldrehzahl und/oder Sollleistung betrieben wird. Je länger die Bestromungsdauer der Kraftstoffregelventile 15 ist, desto mehr Kraftstoff wird in den Zylindern 10 verbrannt und desto mehr Leistung kann die Brennkraftmaschine abgeben. Durch Anpassung des Drucks p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 durch entsprechende Ansteuerung des Abgasturboladers 16 über das Stellsignal 24 wird die Menge an Verbrennungsluft 13 der Menge des Kraftstoffs 12 angepasst, um im Gemisch 11 ein gewünschtes Verhältnis aus Kraftstoff 12 und Verbrennungsluft 13 bereitzustellen und so die Brennkraftmaschine mit dem gewünschten Lambdawert zu betreiben.
3, in welcher über einer gewünschten Sollleistung L_SOLL der Brennkraftmaschine als Stellgröße 23 für die Kraftstoffregelventile 15 eine Bestromungsdauer t₁₅ derselben aufgetragen ist, kann entnommen werden, dass mit zunehmender Sollleistung L_SOLL die Bestromungsdauer t₁₅ für die Kraftstoffregelventile 15 erhöht wird.
Mit zunehmender Bestromungsdauer t₁₅ der Kraftstoffregelventile 15 wird das Stellsignal 24 für den Abgasturbolader 16 derart bestimmt, dass der Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 entsprechend angepasst wird, was dem Diagramm der 4 entnommen werden kann, wobei im Diagramm der 4 über der Leistung L_SOLL der Brennkraftmaschine der Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 aufgetragen ist.
Aus 3 und 4 folgt demnach unmittelbar, dass mit zunehmender Sollleistung L_SOLL der Brennkraftmaschine einerseits die Bestromungsdauer t₁₅ der Kraftstoffregelventile 15 angehoben wird und dass andererseits das Stellsignal 24 für den Abgasturbolader 16 derart beeinflusst wird, dass der Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 zunimmt.
Bei der Bestimmung des Stellsignals 24 für den Abgasturbolader 16 abhängig von der Stellgröße 23 der Kraftstoffregelventile 15 in der zweiten Regel- bzw. Steuereinrichtung 22 wird im Detail vorzugsweise so vorgegangen, dass gemäß 2 der zweiten Regel- bzw. Steuereinrichtung 22 Faktoren 26, 28 bzw. Größen, die Einfluss auf den Lambdawert haben, berücksichtigt werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird in der zweiten Regel- bzw. Steuereinrichtung 22 das von der ersten Regel- bzw. Steuereinrichtung 21 bereitgestellte Stellsignal 23 um einen Offsetwert Δ₂₃ korrigiert, wobei die zweite Regel- bzw. Steuereinrichtung 22 dann auf Grundlage des um den Offsetwert Δ₂₃ korrigierten Stellsignals 23' das Stellsignal 24 für den Abgasturbolader 16 generiert. 2 kann entnommen werden, dass die zweite Regel- bzw. Steuereinrichtung 22 ein abhängig von dem korrigierten Stellsignal 23' in einer Einrichtung 25 generiertes Stellsignal 24' zur Bereitstellung des Stellsignals 24 für den Abgasturbolader 16 um einen Offsetwert Δ₂₄ korrigiert. Über die Offsetwerte Δ₂₃ und Δ₂₄ werden die Faktoren 26, 28 bzw. Größen, die den Lambdawert beeinflussen, berücksichtigt.
Gemäß 2 wird der Offsetwert Δ₂₃ zur Korrektur des für die Kraftstoffregelventile 15 generierten Stellsignals 23 auf Basis von Faktoren 26 in einer Einrichtung 27 generiert, wobei der Offsetwert Δ₂₃ abhängig von einer Druckdifferenz Δp zwischen dem Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 und dem Druck p₁₂ des Kraftstoffs 12 und/oder abhängig von einem Zündungszeitpunkt t_Z der Brennkraftmaschine und/oder abhängig von einer Kraftstofftemperatur T₁₂ des Kraftstoffs 12 und/oder abhängig von einem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und/oder abhängig von einer Methanzahl des Kraftstoffs 12 (bzw. Oktan-Zahl bei flüssigem Kraftstoff) und/oder abhängig von einem Klopfintegratorwert ermittelt wird.
5, 6 und 7 zeigen jeweils Diagramme, welche die Bestimmung des Offsetwerts Δ₂₃ in der zweiten Regel- bzw. Steuereinrichtung 22 betreffen. So ist im Diagramm der 5 über der Druckdifferenz Δp zwischen dem Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 und dem Druck p₁₂ des Kraftstoffs 12 der Offsetwert Δ₂₃ aufgetragen ist. Dieser Differenzdruck Δp darf sich zwischen definierten Grenzen Δp_MIN und Δp_MAX ändern, wobei dann, wenn sich die Druckdifferenz Δp gegenüber einem Sollwert Δp_SOLL . erhöht, ein negativer Offset Δ₂₃ generiert wird. Bei einer gegenüber der Solldruckdifferenz Δp_SOLL abweichenden Druckdifferenz Δp wird hingegen ein positiver Offsetwert Δ₂₃ generiert.
6 zeigt ein Diagramm, welches die Generierung des Offsetwerts Δ₂₃ abhängig von einem Zündungszeitpunkt t_Z der Brennkraftmaschine zeigt. Je weiter der Zündungszeitpunkt t_Z gegenüber einem entsprechenden Sollwert t_Z, _SOLL in Richtung auf einen verfrühten Zündungszeitpunkt verstellt wird, desto stärker nimmt ein Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt zu, wodurch prinzipiell der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine steigt, sodass dann ein negativer Offsetwert Δ₂₃ generiert wird. Wird hingegen gegenüber dem Sollwert t_Z, _SOLL für den Zündzeitpunkt der Zündungszeitpunkt t_Z der Brennkraftmaschine in Richtung auf einen verspäteten Zündzeitpunkt verstellt, so wird ein positiver Offsetwert Δ_Z3 für das Stellsignal 23 erzeugt.
7 visualisiert die Generierung des Offsetwerts Δ₂₃ abhängig von einer Temperatur T₁₂ des Kraftstoffs 12, wobei dann, wenn die Temperatur T₁₂ des Kraftstoff 12 gegenüber einem Sollwert T_SOLL zunimmt, ein positiver Offsetwert Δ₂₃ erzeugt wird, und wohingegen dann, wenn die Temperatur T₁₂ des Kraftstoffs 12 gegenüber dem Sollwert T_{12, SOLL} abnimmt, ein negativer Offsetwert Δ₂₃ generiert wird.
Die generierten Offsetwerte Δ₂₃ für die Stellgröße 23 der Kraftstoffregelventile 15 werden nicht dazu verwendet, um tatsächlich die zur Ansteuerung der Kraftstoffregelventile 15 verwendeten Stellgrößen 23 anzupassen, vielmehr werden die Offsetwerte Δ₂₃ lediglich in der zweiten Regel- bzw. Steuereinrichtung 22 verwendet, um im Zusammenhang mit der Generierung des Stellsignals 24 für den Abgasturbolader 16 die Stellgrößen 23 der Kraftstoffregelventile 15 zu korrigieren. Diese Korrektur erfolgt, wie bereits unter Bezugnahme auf die Diagramme der 5 bis 7 ausgeführt, zum Beispiel abhängig von der Druckdifferenz Δp zwischen dem Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 und dem Druck p₁₂ des Kraftstoffs 12 und/oder abhängig vom Zündungszeitpunkt t_Z der Brennkraftmaschine und/oder abhängig von der Temperatur T₁₂ des Kraftstoffs 12.
Zusätzlich oder alternativ kann dann der Offsetwert Δ₂₃ auch abhängig vom Brennwert des Kraftstoffs 12 und/oder abhängig von einem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und/oder abhängig von einer Methanzahl des Kraftstoffs (bzw. Oktanzahl bei flüssigem Kraftstoff) und/oder abhängig von einem Klopfintegratorwert ermittelt werden, wobei hierfür jedoch keine Diagramme gezeigt sind.
Der Bestimmung des Offsetwerts Δ₂₃ abhängig vom Brennwert des Kraftstoffs 12 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dann, wenn sich bei konstanter Leistung der Brennkraftmaschine der Brennwert des Kraftstoffs 12 erhöht, auch der Bedarf an Verbrennungsluft steigt. Durch eine Gasanalyse kann der Brennwert eines als Gas ausgeführten Kraftstoffs bestimmt werden, um dann abhängig vom Brennwert den Offsetwert Δ₂₃ zu bestimmen. Zur Analyse des Brennwerts eines gasförmigen Kraftstoffs kann ein Gaschromatograph verwendet werden.
Der Bestimmung des Offsetwerts Δ₂₃ abhängig vom Wirkungsgrad der Otto-Brennkraftmaschine liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich der effektive Wirkungsgrad über die Betriebsdauer ändern kann. Ändert sich bei gleichbleibender Leistung der Brennkraftmaschine der benötigte Kraftstoff, der durch die Bestromungsdauer der Kraftstoffregelventile 15 bestimmt wird, so kann auf eine Veränderung des Wirkungsgrads der Otto-Brennkraftmaschine geschlossen werden. Abhängig vom so ermittelten, neuen Wirkungsgrad kann dann der Offsetwert Δ₂₃ bestimmt werden.
Wie 2 entnommen werden kann, ermittelt die zweite Regel- bzw. Steuereinrichtung 22 neben dem Offsetwert Δ₂₃ zur Korrektur der Stellgröße 23 weiterhin den Offsetwert Δ₂₄ zur Korrektur der Stellgröße 24', welche die Einrichtung 25 abhängig von der korrigierten Stellgröße 23' generiert.
Bei der korrigierten Stellgröße 23' handelt es sich um eine korrigierte Bestromungsdauer, auf Grundlager derer die Stellgröße 24' für den Abgasturbolader 16 derart bestimmt wird, dass der Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 zur Menge des Kraftstoffs 12 passt, die abhängig von der Stellgröße 23 von den Kraftstoffventilen 15 der verdichteten Verbrennungsluft 13 beigemischt wird. Über den Offsetwert Δ₂₄ werden bei der Bestimmung der Stellgröße 24 für den Abgasturbolader 13 solche Faktoren 28 bzw. Größen berücksichtigt, die den Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 beeinflussen.
Vorzugsweise wird der Offsetwert Δ₂₄ für das Stellsignal 24' abhängig von einer Temperatur T₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 und/oder abhängig von einer Methanzahl MZ des Kraftstoffs 12 (bzw. Oktanzahl bei flüssigem Kraftstoff) und/oder abhängig von einem Klopfintegratorwert KIW und/oder abhängig von einem Zündungszeitpunkt t_Z der Brennkraftmaschine ermittelt.
8 verdeutlicht die Vorgehensweise bei der Bestimmung des Offsetwerts Δ₂₄ abhängig vom Zündungszeitpunkt der Brennkraftmaschine, wobei in 8 über dem Zündungszeitpunkt t_Z der Brennkraftmaschine eine Veränderung Δp₁₃ für den Druck der verdichteten Verbrennungsluft 13 aufgetragen ist, die sich durch den Offsetwert Δ₂₄ ausbilden soll. Dann, wenn sich der Zündungszeitpunkt t_Z gegenüber einem entsprechenden Sollwert t_Z, _SOLL erhöht, erhöht sich auch eine Klopfneigung der Brennkraftmaschine, weshalb dann der Offsetwert Δ₂₄ so bestimmt wird, dass sich ein positives Δp₁₃ einstellt. Bei einem gegenüber dem entsprechenden Sollwert t_Z, _SOLL verspäteten Zündungszeitpunkt wird der Offsetwert Δ₂₄ derart bestimmt, dass sich ein negativer Wert für Δp₁₃ einstellt.
9 verdeutlicht die Vorgehensweise bei der Bestimmung des Offsetwerts Δ₂₄ abhängig von der Temperatur T₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13, wobei dann, wenn die Temperatur T₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 gegenüber einem entsprechenden Sollwert T₁₃, _SOLL zunimmt, der Offsetwert Δ₂₄ derart bestimmt wird, dass der Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft zunimmt, weshalb sich dann für Δp₁₃ positive Werte ergeben. Nimmt dann hingegen die Temperatur der verdichteten Verbrennungsluft 13 gegenüber dem entsprechenden Sollwert T_13, _SOLL ab, so wird der Offsetwert Δ₂₄ derart bestimmt, dass sich für Δp₁₃ negative Werte einstellen, sodass dann der Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 geringer wird.
In 10 sind die Zusammenhänge bei der Ermittlung des Offsetwerts Δ₂₄ abhängig von einer sich ändernden Methanzahl des Kraftstoffs 12 gezeigt, wobei 10 entnommen werden kann, dass dann, wenn die Methanzahl MZ gegenüber einem entsprechenden Sollwert MZ_SOLL zunimmt, der Offsetwert Δ₂₄ derart bestimmt wird, dass sich für Δp₁₃ negative Werte einstellen, dass also der Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 geringer wird. Verringert sich hingegen die Methanzahl MZ des Kraftstoffs 12 gegenüber dem Sollwert MZ_SOLL , so wird der Offsetwert Δ₂₄ derart bestimmt, dass sich für Δp₁₃ positive Werte einstellen, dass also der Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 zunimmt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit sinkender Methanzahl die Klopffestigkeit abnimmt.
11 verdeutlicht letztendlich die Vorgehensweise bei der Bestimmung des Offsetwerts Δ₂₄ abhängig von einem Klopfintegratorwert KIW, um dann, wenn bereits an der Brennkraftmaschine Klopfen auftritt, die Lambdaregelung über einen entsprechenden Offsetwert Δ₂₄ anzupassen und die Brennkraftmaschine wieder in den klopffreien Betrieb zu überführen. Der Wert des Klopfintegrators ist ein Maß für die Klopffestigkeit (bzw. Klopfhäufigkeit in den vorangegangenen Verbrennungszyklen). Je höher der Klopfintegratorwert KIW ist, desto stärker klopft der Motor. Je höher der Klopfintegratorwert KIW ist, desto stärker wird der Offsetwert Δ₂₄ so angepasst, dass sich für Δp₁₃ zunehmend positive Werte ergeben, dass also der Druck p₁₃ der verdichteten Verbrennungsluft 13 mit zunehmendem Klopfintegratorwert KIW zunimmt.
Bezugszeichenliste

10: Zylinder
11: Gemisch
12: Kraftstoff
13: verdichtete Verbrennungsluft
14: Mischer
15: Kraftstoffregelventil
16: Abgasturbolader
17: Verdichter
18: unverdichtete Verbrennungsluft
19: Turbine
20: Abgas
21: erste Regel- bzw. Steuereinrichtung
22: zweite Regel- bzw. Steuereinrichtung
23: Stellgröße
24: Stellgröße
25: Einrichtung
26: Faktoren
27: Einrichtung
28: Faktoren
29: Einrichtung

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine, insbesondere eines Otto-Gasmotors, die Zylinder (10) zum Verbrennen eines Gemischs aus Kraftstoff und Verbrennungsluft, einen Abgasturbolader (16) zur Verdichtung einer den Zylindern zuzuführenden Verbrennungsluft und den jeweiligen Zylindern zugeordnete Kraftstoffregelventile (15) zur Beimischung von Kraftstoff in die verdichtete Verbrennungsluft, sowie einen zwischen den Zylindern (10) und dem Abgasturbolader (16) angeordneten Mischer (14), in dem die Mischung des Kraftstoffs und der Verbrennungsluft erfolgt umfasst, wobei von einer ersten Regel- bzw. Steuereinrichtung (21) der Brennkraftmaschine für die Kraftstoffregelventile ein Stellsignal derart bestimmt wird, dass über die abhängig von diesem Stellsignal der verdichteten Verbrennungsluft beigemischte Kraftstoffmenge die Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Solldrehzahl und/oder einer vorgegebenen Sollleistung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Regel- bzw. Steuereinrichtung das Stellsignal (23) für die Kraftstoffregelventile einer zweiten Regel- bzw. Steuereinrichtung (22) bereitstellt, die abhängig hiervon ein Stellsignal (24) für den Abgasturbolader derart generiert, dass den Zylindern ein definiertes Gemisch aus Kraftstoff und Verbrennungsluft bereitgestellt wird, um die Brennkraftmaschine mit einem vorgegebenen Lambdawert zu betreiben, dass die zweite Regel- bzw. Steuereinrichtung (22) das von der ersten Regel- bzw. Steuereinrichtung (21) für die Kraftstoffregelventile bereitgestellte Stellsignal (23) um einen Offsetwert (Δ23) korrigiert, und wobei die zweite Regel- bzw. Steuereinrichtung (22) abhängig von dem um den Offsetwert (Δ23) korrigierten Stellsignal (23') das Stellsignal (24) für den Abgasturbolader (16) generiert, und dass der Offsetwert (Δ23) zur Korrektur des für die Kraftstoffregelventile bereitgestellten Stellsignals (23) von der zweiten Regel- bzw. Steuereinrichtung (22) abhängig von einer Druckdifferenz zwischen dem Druck der verdichteten Verbrennungsluft und dem Druck des Kraftstoffs und/oder abhängig von einem Zündungszeitpunkt der Brennkraftmaschine und/oder abhängig von einer Temperatur des Kraftstoffs und/oder abhängig von einem Brennwert des Kraftstoffs und/oder abhängig von einem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und/oder abhängig von einer Methanzahl bzw. Oktanzahl des Kraftstoffs und/oder abhängig von einem Klopfintegratorwert ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Regel- bzw. Steuereinrichtung (22) abhängig von dem für die Kraftstoffregelventile generierten Stellsignal (23) das Stellsignal (24) für den Abgasturbolader (16) derart generiert, dass ein Druck der vom Abgasturbolader (24) verdichteten Verbrennungsluft derart bemessen wird, dass die Brennkraftmaschine mit dem vorgegebenen Lambdawert betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Regel- bzw. Steuereinrichtung (21) als Stellsignal (23) für die Kraftstoffregelventile eine Bestromungsdauer derselben ermittelt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Regel- bzw. Steuereinrichtung (22) als Stellsignal (24) für den Abgasturbolader (16) eine Stellgröße für verstellbare Turbinenschaufeln einer Turbine (19) des Abgasturboladers (16) ermittelt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Regel- bzw. Steuereinrichtung (22) als Stellsignal (24) für den Abgasturbolader (16) eine Stellgröße für einen verstellbaren Bypass eines Verdichters (17) des Abgasturboladers (16) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Regel- bzw. Steuereinrichtung (22) ein abhängig von dem korrigierten Stellsignal (23') generiertes Stellsignal (24') zur Bereitstellung des Stellsignals (24) für den Abgasturbolader (16) um einen Offsetwert (Δ₂₄) korrigiert.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Offsetwert (Δ₂₄) für das abhängig von dem korrigierten Stellsignal (23') generierte Stellsignal (24') abhängig von einer Verbrennungslufttemperatur und/oder abhängig von einer Methanzahl des Kraftstoffs, bzw, Oktanzahl bei flüssigem Kraftstoff und/oder abhängig von einem Klopfintegratorwert und/oder abhängig von einem Zündungszeitpunkt der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Otto-Brennkraftmaschine, insbesondere Otto-Gasmotor, mit Zylindern (10) zum Verbrennen eines Gemischs aus Kraftstoff und Verbrennungsluft, mit einem Abgasturbolader (16) zur Verdichtung einer den Zylindern zuzuführenden Verbrennungsluft und mit den jeweiligen Zylindern zugeordneten Kraftstoffregelventilen (15) zur Beimischung von Kraftstoff in die verdichtete Verbrennungsluft, mit einer ersten Regel- bzw. Steuereinrichtung (21), die ein Stellsignal (23) für die Kraftstoffregelventile (15) derart bestimmt, dass über die abhängig von diesem Stellsignal der verdichteten Verbrennungsluft beigemischte Kraftstoffmenge die Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Solldrehzahl und/oder einer vorgegebenen Sollleistung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Regel- bzw. Steuereinrichtung (21) das Stellsignal (23) für die Kraftstoffregelventile (15) einer zweiten Regel- bzw. Steuereinrichtung (22) bereitstellt, die ein Stellsignal (24) für den Abgasturbolader (15) im Sinne des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 generiert.