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DE102015009870A1 - Method for operating a gas engine - Google Patents

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DE102015009870A1
DE102015009870A1 DE102015009870.5A DE102015009870A DE102015009870A1 DE 102015009870 A1 DE102015009870 A1 DE 102015009870A1 DE 102015009870 A DE102015009870 A DE 102015009870A DE 102015009870 A1 DE102015009870 A1 DE 102015009870A1
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DE
Germany
Prior art keywords
gas engine
peak pressure
gas
combustion chamber
calculated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015009870.5A
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German (de)
Inventor
Klaus Rössler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
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Publication of DE102015009870A1 publication Critical patent/DE102015009870A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines wenigstens einen Brennraum aufweisenden Gasmotors, bei welchem in dem Brennraum Verbrennungen von jeweiligen Kraftstoff-Luft-Gemischen bewirkt werden, wobei ein jeweiliger, aus der jeweiligen Verbrennung resultierender und in dem Brennraum auftretender Spitzendruck (14) anhand eines Simulationsmodells (10) mittels einer Recheneinrichtung des Gasmotors berechnet wird, wobei der Gasmotor in Abhängigkeit von dem berechneten Spitzendruck (14) betrieben wird.The invention relates to a method for operating a gas engine having at least one combustion chamber, in which combustion of respective fuel-air mixtures are effected in the combustion chamber, wherein a respective resulting from the respective combustion and occurring in the combustion chamber peak pressure (14) based on a Simulation model (10) is calculated by means of a computing device of the gas engine, wherein the gas engine is operated in dependence on the calculated peak pressure (14).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for operating a gas engine, in particular a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.

Derartige Gasmotoren sowie Verfahren zum Betreiben von Gasmotoren, insbesondere für Kraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Ein solcher Gasmotor weist wenigstens einen Brennraum, insbesondere in Form eines Zylinders, auf, wobei im Rahmen des Verfahrens zum Betreiben des Gasmotors Verbrennungen von jeweiligen Kraftstoff-Luft-Gemischen bewirkt werden. Beispielsweise wird im Rahmen eines Arbeitsspiels ein in dem Brennraum aufgenommenes Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt, wobei im Rahmen eines Betriebs des Gasmotors eine Vielzahl von solchen Arbeitsspielen aufeinander folgend durchgeführt werden.Such gas engines and methods for operating gas engines, in particular for motor vehicles, are already well known from the general state of the art. Such a gas engine has at least one combustion chamber, in particular in the form of a cylinder, wherein combustion of respective fuel-air mixtures is effected in the context of the method for operating the gas engine. For example, as part of a working cycle, a fuel-air mixture received in the combustion chamber is burned, a multiplicity of such operating cycles being carried out consecutively as part of an operation of the gas engine.

Gasmotoren, insbesondere Erdgasmotoren, werden insbesondere für die Anwendungen in Personenkraftwagen in der Regel auf der Basis von Benzinmotoren beziehungsweise Ottomotoren hergestellt, so dass ein solcher Gasmotor beispielsweise im Rahmen einer Serienfertigung besonders kostengünstig gefertigt werden kann.Gas engines, in particular natural gas engines, are produced in particular for applications in passenger cars usually on the basis of gasoline engines or gasoline engines, so that such a gas engine can be manufactured particularly cost-effectively, for example in the context of mass production.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich ein besonders effizienter Betrieb des Gasmotors realisieren lässt.Object of the present invention is to provide a method of the type mentioned, by means of which a particularly efficient operation of the gas engine can be realized.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen in der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments in the invention are specified in the remaining claims.

Um ein Verfahren im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welchem sich ein besonders effizienter Betrieb des Gasmotors realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein jeweiliger, aus der jeweiligen Verbrennung resultierender und in dem Brennraum auftretender Spitzendruck anhand eines Simulationsmodells mittels einer Recheneinrichtung des Gasmotors berechnet wird, wobei der Gasmotor, insbesondere mittels der Recheneinrichtung, in Abhängigkeit von dem berechneten Spitzendruck betrieben wird. Hintergrund der Erfindung ist die Erkenntnis, dass sich bei Gasmotoren, insbesondere bei solchen Gasmotoren, die auf der Basis von Ottomotoren hergestellt werden, üblicherweise eine Begrenzung des im Brennraum herrschenden beziehungsweise auftretenden Spitzendrucks auf einen Wert ergibt, welcher beispielsweise 120 bar beträgt. Dieser Wert ist somit ein Grenzwert, der im Bereich hoher Last jedoch überschritten werden kann.In order to provide a method specified in the preamble of patent claim 1, by means of which a particularly efficient operation of the gas engine can be realized, it is provided according to the invention that a respective, resulting from the respective combustion and occurring in the combustion chamber peak pressure using a simulation model by means of a Computing device of the gas engine is calculated, wherein the gas engine, in particular by means of the computing device, is operated in dependence on the calculated peak pressure. Background of the invention is the finding that in gas engines, especially in those gas engines, which are produced on the basis of gasoline engines, usually a limitation of the pressure prevailing in the combustion chamber or peak pressure results to a value which is for example 120 bar. This value is therefore a limit that can be exceeded in the high load range.

Die Ursache hierfür ist die hohe Klopffestigkeit des gasförmigen Kraftstoffes, mit welchem der Gasmotor betrieben wird. Bei dem gasförmigen Kraftstoff handelt es sich insbesondere um Erdgas. Aufgrund dieser Eigenschaft kann auch im obersten Lastbereich oft mit einer wirkungsgradoptimalen Verbrennungslage gefahren werden, wobei eine Verschiebung des Zündzeitpunkts nach spät, wie es bei Benzinmotoren an der Volllast üblicherweise erfolgt, normalerweise nicht erforderlich ist. Als Folge davon steigen die im Brennraum auftretenden Drücke, insbesondere Spitzendrücke, deutlich an. Außerdem wird wegen der geringen Klopfneigung bei Erdgasmotoren, insbesondere bei einer monovalenten Auslegung, ein höheres Verdichtungsverhältnis gewählt. Dies führt ebenfalls zu steigenden Brennraumdrücken.The reason for this is the high knock resistance of the gaseous fuel with which the gas engine is operated. The gaseous fuel is in particular natural gas. Because of this property can be driven in the highest load range often with an optimal efficiency combustion position, with a shift of the ignition timing to late, as is usually the case with gasoline engines at full load, is usually not required. As a result, the pressures occurring in the combustion chamber, in particular peak pressures, increase significantly. In addition, a higher compression ratio is chosen because of the low tendency to knock in natural gas engines, especially in a monovalent design. This also leads to increasing combustion chamber pressures.

Dabei ist es zur vollen Ausschöpfung des Potentials bezüglich Wirkungsgrad und Drehmoment vorteilhaft, den Gasmotor möglichst nahe an dem zuvor genannten Grenzwert, das heißt an einer Spitzendruckgrenze zu betreiben. Aufgrund der hohen Anzahl an Einflussfaktoren auf die Verbrennung und den Brennraumdruck, insbesondere dessen Verlauf, birgt dies jedoch die Gefahr einer Überschreitung von zulässigen Werten, insbesondere des Grenzwerts, und einer daraus resultierenden mechanischen Überbelastung des Gasmotors.It is advantageous for full utilization of the potential in terms of efficiency and torque to operate the gas engine as close to the aforementioned limit, that is, at a peak pressure limit. Due to the high number of influencing factors on the combustion and the combustion chamber pressure, in particular its course, but this carries the risk of exceeding allowable values, in particular the limit value, and a resulting mechanical overloading of the gas engine.

Um diese Gefahr besonders gering zu halten und einen effizienten Betrieb des Gasmotors zu realisieren, ist es nun erfindungsgemäß vorgesehen, den Spitzendruck mittels der Recheneinrichtung, welche beispielsweise ein Steuergerät des Gasmotors ist und auch als Motorsteuergerät bezeichnet wird, zu modellieren und anhand des Simulationsmodells zu berechnen. Von dieser Berechnung, das heißt von der Berechnung des Spitzendrucks können dann beispielsweise Zündwinkeleingriffe und/oder Ladedruckbegrenzungen abgeleitet werden. Mit anderen Worten wird der Gasmotor in Abhängigkeit von dem berechneten Spitzendruck betrieben, so dass der Gasmotor einerseits besonders nahe an dem Grenzwert betrieben werden kann und andererseits übermäßige Überschreitungen des Grenzwerts vermieden werden können.In order to keep this risk particularly low and to realize an efficient operation of the gas engine, it is now provided according to the invention to model the peak pressure by means of the computing device, which is for example a control unit of the gas engine and is also referred to as engine control unit, and to calculate it on the basis of the simulation model , From this calculation, that is, from the calculation of the peak pressure can then be derived, for example, Zündwinkeleingriffe and / or boost pressure limitations. In other words, the gas engine is operated in dependence on the calculated peak pressure, so that the gas engine on the one hand can be operated particularly close to the limit and on the other hand, excessive exceedances of the limit can be avoided.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or alone in the single figure are not only in each case specified combination, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the invention.

Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ein Blockdiagramm zu Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben eines Gasmotors, bei welchem ein in wenigstens einem Brennraum des Gasmotors auftretender Spitzendruck anhand eines Simulationsmodells mittels einer Recheneinrichtung des Gasmotors berechnet wird.The drawing shows in the single FIGURE is a block diagram illustrating a method for operating a gas engine, in which a occurring in at least one combustion chamber of the gas engine peak pressure is calculated using a simulation model by means of a computing device of the gas engine.

Die einzige Fig. zeigt ein Blockdiagramm, anhand dessen im Folgenden ein Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens, beschrieben wird. Der Gasmotor weist wenigstens einen Brennraum auf, welchem Luft und gasförmiger Kraftstoff, insbesondere Erdgas, zugeführt wird. Dies bedeutet, dass der Gasmotor mit gasförmigem Kraftstoff betreibbar ist. Der Gasmotor ist beispielsweise eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, so dass der Brennraum als Zylinder ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Gasmotor auf Basis eines Benzinmotors beziehungsweise Ottomotors hergestellt.The single FIGURE shows a block diagram, by means of which a method for operating a gas engine, in particular a motor vehicle such as a passenger car, will be described below. The gas engine has at least one combustion chamber, to which air and gaseous fuel, in particular natural gas, are supplied. This means that the gas engine is operable with gaseous fuel. The gas engine is for example a reciprocating internal combustion engine, so that the combustion chamber is designed as a cylinder. For example, the gas engine is manufactured on the basis of a gasoline engine or gasoline engine.

Durch das Zuführen von Kraftstoff und Luft in den Brennraum (Zylinder) entsteht in dem Brennraum je Arbeitsspiel des Gasmotors ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches zu einem Zündzeitpunkt gezündet wird. Beispielsweise wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels einer Zündeinrichtung, insbesondere eine Zündkerze, gezündet, so dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch per Fremdzündung gezündet wird. Durch diese Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt, woraus Abgas des Gasmotors resultiert.By supplying fuel and air into the combustion chamber (cylinder) arises in the combustion chamber per cycle of the gas engine, a fuel-air mixture, which is ignited at an ignition timing. For example, the fuel-air mixture is ignited by means of an ignition device, in particular a spark plug, so that the fuel-air mixture is ignited by spark ignition. By this ignition of the fuel-air mixture, the fuel-air mixture is burned, resulting in exhaust gas of the gas engine.

Der Gasmotor umfasst eine Abtriebswelle insbesondere in Form einer Kurbelwelle, welche an einem Gehäuse des Gasmotors um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert ist. Der Gasmotor ist vorzugsweise als Vier-Takt-Motor ausgebildet, so dass das zuvor genannte Arbeitsspiel genau zwei vollständige Umdrehungen der Abtriebswelle (Kurbelwelle) umfasst. Im Rahmen eines Betriebs, insbesondere gefeuerten Betriebs, des Gasmotors werden eine Vielzahl von solchen Arbeitsspielen aufeinanderfolgend durchgeführt, so dass in dem Zylinder jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemische verbrannt werden. Beispielsweise wird pro Arbeitsspiel genau eine Verbrennung bewirkt.The gas engine comprises an output shaft, in particular in the form of a crankshaft, which is rotatably mounted on a housing of the gas engine about an axis of rotation relative to the housing. The gas engine is preferably designed as a four-stroke engine, so that the aforementioned cycle includes exactly two complete revolutions of the output shaft (crankshaft). As part of an operation, in particular fired operation, the gas engine, a plurality of such cycles are performed sequentially, so that in the cylinder respective fuel-air mixtures are burned. For example, exactly one combustion is effected per working cycle.

Aus der jeweiligen Verbrennung resultiert ein in dem Brennraum auftretender Spitzendruck. Dieser Spitzendruck ist beispielsweise der je Arbeitsspiel höchste, im Zylinder auftretende Druck. Der Zündzeitpunkt, zu welchem das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird, korrespondiert mit einer Drehstellung und somit mit einer Winkelstellung der Kurbelwelle, so dass der Zündzeitpunkt auch als Zündwinkel bezeichnet wird.The respective combustion results in a peak pressure occurring in the combustion chamber. This peak pressure is, for example, the highest pressure per cylinder occurring in the cylinder. The ignition point at which the fuel-air mixture is ignited corresponds to a rotational position and thus to an angular position of the crankshaft, so that the ignition point is also referred to as the ignition angle.

Zur Realisierung eines hohen Wirkungsgrads und somit eines effizienten Betriebs des Gasmotors sind hohe Spitzendrücke in dem Zylinder wünschenswert. Jedoch sollte der Spitzendruck einen vorgegebenen Grenzwert von beispielsweise 120 bar nicht oder nicht all zu weit überschreiten, da es sonst zu Schäden des Gasmotors kommen kann. Somit ist ein Betrieb des Gasmotors nahe an dem Grenzwert ebenso wünschenswert wie die Vermeidung einer übermäßigen Überschreitung des Grenzwerts durch den Spitzendruck.To achieve high efficiency and thus efficient operation of the gas engine, high peak pressures in the cylinder are desirable. However, the peak pressure should not exceed a predetermined limit of, for example, 120 bar or not too far, otherwise damage to the gas engine may occur. Thus, operation of the gas engine close to the limit is as desirable as avoiding excessive overshoot of the limit by the peak pressure.

Um dies zu realisieren, wird der jeweilige Spitzendruck anhand eines Simulationsmodells 10 mittels einer Recheneinrichtung in Form eines Steuergeräts des Gasmotors berechnet, wobei der Gasmotor in Abhängigkeit von dem berechneten Spitzendruck betrieben wird. Das Simulationsmodell 10 wird auch als Zylinder-Spitzendruckmodell bezeichnet, wobei dem Simulationsmodell 10 eine Mehrzahl von Eingangsgrößen 12 zugeführt wird. Der Spitzendruck wird somit mittels des Simulationsmodells 10 in Abhängigkeit von den Eingangsgrößen berechnet. Bei diesen Eingangsgrößen handelt es sich beispielsweise um eine Verdichtung, insbesondere geometrische Verdichtung, eingestellte Steuerzeiten, ein gewähltes Nockenprofil beziehungsweise eine gewählte Ventilerhebung insbesondere bei einer variablen Ventilsteuerung, eine Zylinderfüllung, einen Ladedruck, eine Ladelufttemperatur, eine Luftfeuchte, ein Luftverhältnis, eine Abgasrückführrate, eine Drehzahl des Gasmotors, ein Einblasezeitpunkt, eine Gasqualität und/oder den Zündzeitpunkt beziehungsweise Zündwinkel. Andere und/oder weitere Eingangsgrößen sind möglich.To realize this, the respective peak pressure is calculated using a simulation model 10 calculated by means of a computing device in the form of a control unit of the gas engine, wherein the gas engine is operated in dependence on the calculated peak pressure. The simulation model 10 is also referred to as a cylinder peak pressure model, wherein the simulation model 10 a plurality of input variables 12 is supplied. The peak pressure is thus using the simulation model 10 calculated as a function of the input variables. These input variables are, for example, a compression, in particular geometric compression, set control times, a selected cam profile or a selected valve lift, in particular for a variable valve control, a cylinder charge, a charge pressure, a charge air temperature, a humidity, an air ratio, an exhaust gas recirculation rate, a Speed of the gas engine, a Einblasezeitpunkt, a gas quality and / or the ignition timing or ignition angle. Other and / or other input variables are possible.

Um einem besonders effizienten Betrieb des Gasmotors zu realisieren, umfasst dieser beispielsweise eine Aufladeeinrichtung mit wenigstens einem Abgasturbolader. Der Abgasturbolader umfasst eine von dem Abgas des Gasmotors antreibbare Turbine sowie einen von der Turbine antreibbaren Verdichter, mittels welchem die dem Brennraum zuzuführende Luft verdichtet wird. Dadurch kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden. Mittels des Abgasturboladers, insbesondere des Verdichters, wird die Luft auf den Ladedruck verdichtet, mit dem die Luft in den Brennraum einströmt. Die verdichtete Luft wird auch als Ladeluft bezeichnet, so dass die zuvor genannte Ladelufttemperatur eine Temperatur der verdichteten Luft ist. Ferner kann in der dem Brennraum zuzuführenden Luft ein gewisses Maß an Feuchtigkeit enthalten sein, was durch die zuvor genannte Luftfeuchte charakterisiert wird.To realize a particularly efficient operation of the gas engine, this includes, for example, a charging device with at least one exhaust gas turbocharger. The exhaust-gas turbocharger comprises a turbine drivable by the exhaust gas of the gas engine and a compressor drivable by the turbine, by means of which the air to be supplied to the combustion chamber is compressed. As a result, energy contained in the exhaust gas can be used to compress the air. By means of the exhaust gas turbocharger, in particular of the compressor, the air is compressed to the boost pressure with which the air flows into the combustion chamber. The compressed air is also referred to as charge air, so that the aforementioned charge air temperature is a temperature of the compressed air. Furthermore, a certain amount of moisture may be contained in the air to be supplied to the combustion chamber, which is characterized by the aforementioned air humidity.

Ferner kann der Gasmotor eine Abgasrückführung umfassen, mittels welcher zumindest ein Teil des Abgases zu einem von der Luft durchströmbaren Ansaugtrakt des Gasmotors rückgeführt wird. Mittels des Ansaugtrakts wird die Luft dem Zylinder zugeführt. Das rückgeführte Abgas wird dabei in den Ansaugtrakt eingeleitet und mittels der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft mitgenommen und in den Brennraum transportiert. Die Abgasrückführrate charakterisiert dabei eine Menge des rückgeführten Abgases. Ferner charakterisiert die zuvor genannte Gasqualität eine Qualität, das heißt beispielsweise eine chemische Eigenschaft, des gasförmigen Kraftstoffs.Furthermore, the gas engine may comprise an exhaust gas recirculation, by means of which at least a part of the exhaust gas is recirculated to an air intake of the intake tract of the gas engine. By means of the intake tract, the air is supplied to the cylinder. The recirculated exhaust gas is introduced into the intake tract and taken by means of the air flowing through the intake tract and transported into the combustion chamber. The exhaust gas recirculation rate characterizes an amount of recirculated exhaust gas. Further, the aforementioned gas quality characterizes a quality, that is, for example, a chemical property of the gaseous fuel.

Mittels des Steuergeräts kann somit eine Überwachung des Spitzendrucks durch das Simulationsmodell 10 erfolgen. Mit Hilfe des Simulationsmodells 10 wird der jeweilige aktuelle Spitzendruck berechnet beziehungsweise abgeschätzt. Der Gasmotor wird beispielsweise derart in Abhängigkeit von der Berechnung des Spitzendruck betrieben, dass in Abhängigkeit von dem berechneten Spitzendruck wenigstens eine Stelleinrichtung von dem Steuergerät angesteuert und dadurch betrieben wird. Mittels der Stelleinrichtung und insbesondere durch das Ansteuern der Stelleinrichtung kann beispielsweise wenigstens eine der Eingangsgrößen beeinflusst und somit verändert werden. Dadurch ist es möglich, den Spitzendruck zu beeinflussen, das heißt einzustellen beziehungsweise zu verändern. Dabei ist es denkbar, dass die jeweilige Eingangsgröße ebenfalls berechnet und/oder mittels wenigstens eines Sensors erfasst und somit überwacht wird, so dass der jeweilige Spitzendruck in Abhängigkeit von der eingestellten beziehungsweise durch das Ansteuern der Stelleinrichtung beeinflussten Einflussgröße berechnet werden kann.By means of the control unit can thus monitor the peak pressure by the simulation model 10 respectively. With the help of the simulation model 10 the respective current peak pressure is calculated or estimated. By way of example, the gas engine is operated in such a way as a function of the calculation of the peak pressure that, depending on the calculated peak pressure, at least one actuating device is actuated by the control unit and thereby operated. By means of the adjusting device and in particular by the activation of the adjusting device, for example, at least one of the input variables can be influenced and thus changed. This makes it possible to influence the peak pressure, that is set or change. It is conceivable that the respective input variable is also calculated and / or detected by at least one sensor and thus monitored, so that the respective peak pressure can be calculated in dependence on the set or influenced by the actuation of the actuator influencing variable.

Der mittels des Simulationsmodells 10 berechnete Spitzendruck ist in der Fig. mit 14 bezeichnet. Der berechnete Spitzendruck 14 wird einem weiteren Simulationsmodell 16 zugeführt, wobei dieses weitere Simulationsmodell 16 ein Zündwinkeleingriffsmodell ist. Mittels des weiteren Simulationsmodells 16 wird ein Zündwinkeleingriff, das heißt eine Einstellung beziehungsweise Verstellung des Zündwinkels (Zündzeitpunkt) berechnet. Der Spitzendruck 14 ist für das weitere Simulationsmodell 16 eine Eingangsgröße, wobei dem weiteren Simulationsmodell 16 weitere Eingangsgrößen zugeführt werden können. Eine der weiteren Eingangsgrößen 18 kann beispielsweise ein dauerhaft zulässiger Spitzendruck beziehungsweise Wert des Spitzendrucks sein, wobei eine zweite der weiteren Eingangsgrößen 18 ein kurzzeitig zulässiger Spitzendruck beziehungsweise Wert des Spitzendrucks sein kann. Der berechnete Spitzendruck 14 wird mit dem dauerhaft zulässigen Wert und dem kurzzeitig zulässigen Wert verglichen. Eine Ausgangsgröße des weiteren Simulationsmodells 16 ist ein Zündwinkelwert 19 für den einzustellenden Zündwinkel. Mit anderen Worten wird der Zündwinkelwert 19 beziehungsweise ein Zündwinkeleingriff in Abhängigkeit von dem genannten, mittels des weiteren Simulationsmodells 16 durchgeführten Vergleich berechnet.The by means of the simulation model 10 Calculated peak pressure is in the Fig. With 14 designated. The calculated peak pressure 14 becomes another simulation model 16 supplied, this is the further simulation model 16 is an ignition angle engagement model. By means of the further simulation model 16 an ignition angle intervention, that is, an adjustment or adjustment of the ignition angle (ignition timing) is calculated. The peak pressure 14 is for the further simulation model 16 an input quantity, wherein the further simulation model 16 other input variables can be supplied. One of the other input variables 18 For example, it may be a permanently permissible peak pressure or value of the peak pressure, with a second of the further input variables 18 may be a short term allowable peak pressure or value of peak pressure. The calculated peak pressure 14 is compared with the permanently permissible value and the temporarily permissible value. An output of the further simulation model 16 is an ignition angle value 19 for the ignition angle to be set. In other words, the ignition angle value becomes 19 or a Zündwinkeleingriff depending on said, by means of the further simulation model 16 calculated comparison.

Der Zündwinkeleingriff ist ein Maß, um welches der Zündwinkel, das heißt der Zündzeitpunkt, der zu dem berechneten Spitzendruck geführt hat, verändert wird. Der Zündwinkeleingriff ist nur bis zu einem gewissen Maß sinnvoll, da es ansonsten zu einer unerwünschten Laufunruhe und zu einem unerwünschten Anstieg der Temperatur des Abgases kommen kann. Deshalb wird der Zündwinkeleingriff beispielsweise begrenzt und, falls erforderlich, durch eine Begrenzung des Ladedrucks ergänzt. Diese Begrenzung des Ladedrucks wird mittels eines weiteren Simulationsmodells 20 berechnet. Das Simulationsmodell 20 erhält als Eingangsgrößen den berechneten Zündwinkeleingriff beziehungsweise den Zündwinkelwert 19 sowie weitere Eingangsgrößen 22. Bei einer der ersten der weiteren Eingangsgrößen 22 kann es sich beispielsweise um die maximal zulässige Abgastemperatur handeln, wobei es sich bei einer zweiten der weiteren Eingangsgrößen 22 um den maximal zulässigen Zündwinkel beziehungsweise Zündwinkeleingriff handeln kann.The Zündwinkeleingriff is a measure by which the ignition angle, that is, the ignition, which has led to the calculated peak pressure is changed. The Zündwinkeleingriff is only to some extent useful because it can otherwise lead to an undesirable rough running and to an undesirable increase in the temperature of the exhaust gas. Therefore, for example, the ignition angle engagement is limited and, if necessary, supplemented by limiting the boost pressure. This limitation of the boost pressure is determined by means of a further simulation model 20 calculated. The simulation model 20 receives as input variables the calculated ignition angle intervention or the ignition angle value 19 as well as other input variables 22 , In one of the first of the other input variables 22 it may be, for example, the maximum allowable exhaust gas temperature, which is at a second of the other input variables 22 can act around the maximum allowable ignition angle or Zündwinkeleingriff.

Durch das anhand der Eingangsgrößen beschriebenen Verfahren kann eine besonders hohe maximale Leistung des Gasmotors realisiert werden. Ferner ist ein besonders hoher Wirkungsgrad darstellbar. Außerdem kann der Gasmotor vor mechanischer Überlastung geschützt werden.By the method described with reference to the input variables, a particularly high maximum power of the gas engine can be realized. Furthermore, a particularly high efficiency can be displayed. In addition, the gas engine can be protected against mechanical overload.

Die zuvor genannte Gasqualität wird beispielsweise mittels eines Gasqualitätssensors ermittelt, insbesondere gemessen. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, die Gasqualität aus der Gemischadaption abzuleiten. Als besonders vorteilhaft hat es sich ferner gezeigt, wenn der gasförmige Kraftstoff direkt in den Brennraum eingebracht wird. Mit anderen Worten erfolgt die Zuführung des Kraftstoffs direkt in den Brennraum. Das Einbringen des gasförmigen Kraftstoffs wird auch als Einblasen bezeichnet, so dass der zuvor genannte Einblasezeitpunkt einen Zeitpunkt beziehungsweise eine Drehstellung der Kurbelwelle charakterisiert, zu welchem beziehungsweise welcher der gasförmige Kraftstoff der Luft, insbesondere dem Brennraum direkt, zugeführt wird. Diese Zuführung des Kraftstoffs erfolgt beispielsweise mittels eines Gaseinblaseventils. Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Gaseinblaseventil beziehungsweise ein Ventilelement wie beispielsweise eine Injektornadel des Gaseinblaseventils nach außen öffnet.The aforementioned gas quality is determined, for example, by means of a gas quality sensor, in particular measured. Alternatively or additionally, it is conceivable to derive the gas quality from the mixture adaptation. It has also proven to be particularly advantageous if the gaseous fuel is introduced directly into the combustion chamber. In other words, the supply of the fuel takes place directly into the combustion chamber. The introduction of the gaseous fuel is also referred to as injection, so that the above-mentioned injection time characterizes a time or a rotational position of the crankshaft, to which or which of the gaseous fuel of the air, in particular the combustion chamber directly, is supplied. This feeding of the fuel takes place, for example, by means of a gas injection valve. It has been found to be advantageous if the gas injection valve or a valve element such as an injector needle of the gas injection valve opens to the outside.

Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Gaseinblaseventil elektromagnetisch betätigt wird. Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, wenn das Gaseinblaseventil zentral im Zylinderkopf des Gasmotors angeordnet ist. Außerdem hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Systemdruck elektronisch geregelt wird. Bei dem Systemdruck handelt es sich beispielsweise um einen in einer Einbringungsanlage herrschenden Druck, wobei der gasförmige Kraftstoff mittels dieser Einbringungsanlage der Luft zugeführt, insbesondere direkt in den Brennraum eingeblasen, wird.Furthermore, it has proven to be advantageous if the gas injection valve is actuated electromagnetically. Another embodiment is characterized in that the gas injection valve is arranged centrally in the cylinder head of the gas engine. In addition, it has proven to be advantageous if the system pressure is electronically controlled. The system pressure is, for example, a pressure prevailing in a delivery system, the gaseous fuel being supplied to the air by means of this introduction system, in particular being blown directly into the combustion chamber.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Simulationsmodellsimulation model
1212
Eingangsgrößeninput variables
1414
Spitzendruckpeak pressure
1616
Simulationsmodellsimulation model
1818
Eingangsgrößeninput variables
1919
Zündwinkelwertignition angle
2020
Simulationsmodellsimulation model
2222
Eingangsgrößeninput variables

Claims (5)

Verfahren zum Betreiben eines wenigstens einen Brennraum aufweisenden Gasmotors, bei welchem in dem Brennraum Verbrennungen von jeweiligen Kraftstoff-Luft-Gemischen bewirkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger, aus der jeweiligen Verbrennung resultierender und in dem Brennraum auftretender Spitzendruck (14) anhand eines Simulationsmodells (10) mittels einer Recheneinrichtung des Gasmotors berechnet wird, wobei der Gasmotor in Abhängigkeit von dem berechneten Spitzendruck (14) betrieben wird.Method for operating a gas engine having at least one combustion chamber, in which combustion of respective fuel-air mixtures is effected in the combustion chamber, characterized in that a respective peak pressure resulting from the respective combustion and occurring in the combustion chamber ( 14 ) using a simulation model ( 10 ) is calculated by means of a computing device of the gas engine, the gas engine being dependent on the calculated peak pressure ( 14 ) is operated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem berechneten Spitzendruck (14) ein Zündzeitpunkt, insbesondere Zündwinkel, des Gasmotors eingestellt wird.Method according to claim 1, characterized in that, depending on the calculated peak pressure ( 14 ) an ignition timing, in particular ignition angle, of the gas engine is set. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem berechneten Spitzendruck (14) ein von einer Aufladeeinrichtung des Gasmotors bereitzustellender Ladedruck eingestellt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that, depending on the calculated peak pressure ( 14 ) is set to be provided by a charging device of the gas engine boost pressure. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzendruck (14) mittels des Simulationsmodells (10) in Abhängigkeit von einer geometrischen Verdichtung und/oder eingestellten Steuerzeiten und/oder einem Nockenprofil und/oder einer Ventilerhebung und/oder einer Brennraumfüllung des Gasmotors und/oder einem Ladedruck und/oder einer Ladelufttemperatur und/oder der Luftfeuchte und/oder dem Luftverhältnis und/oder einer Abgasrückführrate und/oder einer Drehzahl des Gasmotors und/oder einem Einblasezeitpunkt und/oder einer Gasqualität und/oder einem eingestellten Zündzeitpunkt des Gasmotors berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the peak pressure ( 14 ) by means of the simulation model ( 10 ) as a function of a geometric compression and / or set control times and / or a cam profile and / or a valve lift and / or a combustion chamber filling of the gas engine and / or a boost pressure and / or a charge air temperature and / or the air humidity and / or the air ratio and / or an exhaust gas recirculation rate and / or a speed of the gas engine and / or a Einblasezeitpunkt and / or a gas quality and / or a set ignition timing of the gas engine is calculated. Gasmotor, insbesondere für einen Kraftwagens, wobei der Gasmotor zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.Gas engine, in particular for a motor vehicle, wherein the gas engine is designed to carry out a method according to one of the preceding claims.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20080306674A1 (en) * 2003-09-23 2008-12-11 Hill Philip G Method For Controlling Combustion In An Internal Combustion Engine And Predicting Performance And Emissions
WO2016005414A1 (en) * 2014-07-09 2016-01-14 Mtu Friedrichshafen Gmbh Method for operating an internal combustion engine, control device for an internal combustion engine, and internal combustion engine

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