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DE19947355A1 - Dualbrennstoffmotor, der eine im wesentlichen homogene Mischung von gasförmigem Brennstoff, Luft und Vorsteuerbrennstoff während eines Kompressionshubes erzeugt - Google Patents

Dualbrennstoffmotor, der eine im wesentlichen homogene Mischung von gasförmigem Brennstoff, Luft und Vorsteuerbrennstoff während eines Kompressionshubes erzeugt

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DE19947355A1
DE19947355A1 DE19947355A DE19947355A DE19947355A1 DE 19947355 A1 DE19947355 A1 DE 19947355A1 DE 19947355 A DE19947355 A DE 19947355A DE 19947355 A DE19947355 A DE 19947355A DE 19947355 A1 DE19947355 A1 DE 19947355A1
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combustion chamber
fuel
exhaust
engine assembly
stroke
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Martin L Willi
Min Wu
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Original Assignee
Caterpillar Inc
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Publication date
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Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb einer Motoranordnung mit einer Zylinderanordnung, die eine Brennkammer definiert, wird offenbart. Die Zylinderanordnung weist einen Motorblock mit einem darin definierten Kolbenzylinder, einen Kolben, der sich im Kolbenzylinder geradlinig bewegt, und eine Kurbelwelle auf, die mechanisch mit dem Kolben gekoppelt ist. Das Verfahren weist die Schritte auf, einen Einlaßhub der Motoranordnung auszuführen und gasförmigen Brennstoff und Luft in die Brennkammer während des den Einlaßhub ausführenden Schrittres einzuleiten. Das Verfahren sieht weiter den Schritt vor, einen Kompressionshub der Motoranordnung nach dem den Einlaßhub ausführenden Schritt auszuführen. Das Verfahren weist weiter den Schritt auf, einen Vorsteuerbrennstoff in die Brennkammer während des Kompressionshubes einzuspritzen, während die Kurbelwelle bei ungefähr X Grad vor dem oberen Totpunkt positioniert ist, wobei gilt 21,0 < X < 28,0. Das Verfahren weist den Schritt auf, den Vorsteuerbrennstoff in der Brennkammer während des den Kompressionshub ausführenden Schrittes zu verbrennen, um den gasförmigen Brennstoff zu zünden. Eine Motoranordnung wird auch offenbart.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf einen Dualbrennstoffmotor bzw. Motor für zwei Brennstoffe und insbesondere auf einen Dualbrennstoffmotor, der eine im wesentlichen homogene Mischung von gasförmigem Brenn­ stoff, Luft und Vorsteuerbrennstoff während eines Kom­ pressionshubes erzeugt.
Technischer Hintergrund
Erdgas hat verschiedene Vorteile gegenüber anderen Koh­ lenwasserstoffbrennstoffen, die in Verbrennungsmotoren verbrannt werden. Beispielsweise ist Erdgas billiger mit Bezug auf andere Kohlenwasserstoffbrennstoffe. Darüber hinaus verbrennt Erdgas reiner während des Betriebes des Verbrennungsmotors im Vergleich zu anderen Kohlenwasser­ stoffbrennstoffen. Durch reinere Verbrennung wird eine verringerte Menge von Verbrennungsnebenprodukten wie bei­ spielsweise Kohlenmonoxid, Stickoxide und Kohlenwasser­ stoffe in die Umgebung während des Betriebs des Verbren­ nungsmotors abgegeben. Da zusätzlich Schmierstoffe des Verbrennungsmotors mit Verbrennungsnebenprodukten über eine Zeitperiode verunreinigt werden, hat die Erzeugung einer verringerten Menge von Verbrennungsnebenprodukten eine geringere Verschmutzung der Schmiermittel während der Zeitperiode zur Folge, wodurch die Nutzungslebensdau­ er der Schmierstoffe steigt.
Eine Bauart eines Verbrennungsmotors ist ein Dieselmotor. Dieselmotoren verbrennen Brennstoff durch Kompression ei­ ner Mischung aus Luft und Brennstoff auf einen Punkt, wo der Brennstoff durch Wärme gezündet wird, die aus einer solchen Kompression resultiert. Wenn Erdgas als Brenn­ stoff bei einem Dieselmotor verwendet wird, zündet das Erdgas nicht leicht, wenn es komprimiert wird. Um dieses Problem zu überwinden, wird eine Zündquelle vorgesehen, um das Erdgas zu zünden. Die Zündquelle kann durch eine Zündkerze vorgesehen werden, und zwar ähnlich jener, die bei Funkenzündungsmotoren verwendet wird. Jedoch wird bei gewissen Arten von Dieselmotoren (beispielsweise Dual­ brennstoffmotoren bzw. Motoren für zwei Brennstoffe) die Zündquelle durch Einspritzung einer kleinen Menge von Dieselbrennstoff oder eines Vorsteuerbrennstoffes in eine Mischung aus Luft und Erdgas (oder einem anderen gasför­ migen Brennstoff) vorgesehen. Wenn die Mischung aus Luft, Erdgas und Vorsteuerbrennstoff komprimiert wird, zündet der Vorsteuerbrennstoff, was wiederum das Erdgas zündet.
Ein Nachteil, der mit der Verwendung von Vorsteuerbrenn­ stoff als eine Zündquelle assoziiert ist, ist die daraus resultierende Erzeugung einer gesteigerten Menge von Stickoxiden (NOx). Insbesondere variiert das Verhältnis von Luft zu Brennstoff (sowohl Erdgas als auch Vorsteuer­ brennstoff) in der Brennkammer bei der Nähe zu den einge­ spritzten Strömen des Vorsteuerbrennstoffes. Angereicher­ te bzw. fette Mischungen werden nahe der eingespritzten Strömungen von Vorsteuerbrennstoff verbrannt, während ma­ gere Mischungen entfernt von den eingespritzten Strömen von Vorsteuerbrennstoff verbrannt werden. Die Verbrennung von fetten Mischungen tendiert dazu, mehr NOx zu erzeu­ gen, als es die Verbrennung von mageren Mischungen tut.
Ein Weg zur Verringerung der während des Verbrennungspro­ zesses erzeugten Menge von NOx ist es, eine magere homo­ gene Mischung aus Luft, Erdgas und Vorsteuerbrennstoff in der gesamten Brennkammer vor der Zündung des Vorsteuer­ brennstoffes zu erzeugen. Da die homogene Mischung in der gesamten Brennkammer mager ist, werden nur magere Mi­ schungen verbrannt. Die Verbrennung von nur mageren Mi­ schungen erzeugt eine geringere Menge von NOx, als es die Verbrennung einer Kombination aus fetten Mischungen und mageren Mischungen tut.
Was daher benötigt wird, ist ein Dualbrennstoffmotor, der eine magere homogene Mischung aus gasförmigem Brennstoff, Luft und Vorsteuerbrennstoff in der Brennkammer vor der Einleitung des Verbrennungsprozesses erzeugt.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Motoranord­ nung mit einer Zylinderanordnung vorgesehen, die eine Brennkammer definiert. Die Zylinderanordnung weist einen Motorblock mit einem darin definierten Kolbenzylinder auf, einen Kolben der sich in dem Kolbenzylinder geradli­ nig bewegt, und eine Kurbelwelle, die mechanisch mit dem Kolben gekoppelt ist. Das Verfahren weist die Schritte auf, einen Einlaßhub der Motoranordnung auszuführen und gasförmigen Brennstoff und Luft in die Brennkammer wäh­ rend des den Einlaßhub ausführenden Schrittes zu leiten. Das Verfahren weist weiter den Schritt auf, einen Kom­ pressions- bzw. Verdichtungshub der Motoranordnung nach dem den Einlaßhub ausführenden Schritt auszuführen. Das Verfahren weist noch weiterhin den Schritt auf, einen Vorsteuerbrennstoff in die Brennkammer während des Kom­ pressions- bzw. Verdichtungshubes einzuspritzen, während die Kurbelwelle bei ungefähr X Grad vor dem oberen Tot­ punkt positioniert ist, wobei gilt 21,0 < X < 28,0. Das Verfahren weist weiter den Schritt auf, den Vorsteuer­ brennstoff in der Kammer während des den Kompressionshub ausführenden Schrittes zu verbrennen, um den gasförmigen Brennstoff zu verbrennen.
Gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Motoranord­ nung mit einer Zylinderanordnung vorgesehen, die eine Brennkammer definiert. Die Zylinderanordnung weist einen Motorblock mit einem darin definierten Kolbenzylinder auf, einen Kolben der sich in dem Kolbenzylinder geradli­ nig bewegt, und eine Kurbelwelle die mechanisch mit dem Kolben gekoppelt ist. Die Motoranordnung weist weiter ei­ ne Auslaßleitung in Strömungsmittelverbindung mit der Brennkammer auf und einen NOx-Sensor, der positioniert ist, um den NOx-Gehalt der Abgase in der Abgasleitung zu messen. Das Verfahren weist die Schritte auf, einen Ein­ laßhub der Motoranordnung auszuführen, gasförmigen Brenn­ stoff und Luft in die Brennkammer während des den Einlaß­ hub ausführenden Schrittes zu leiten, einen Kompressions- bzw. Verdichtungshub der Motoranordnung nach dem den Ein­ laßhub ausführenden Schritt auszuführen, einen Vorsteuer­ brennstoff in die Brennkammer während des Kompressionshu­ bes einzuspritzen und den Vorsteuerbrennstoff in der Brennkammer während des den Kompressionshub ausführenden Schrittes zu verbrennen, um den gasförmigen Brennstoff zu zünden. Das Verfahren weist weiter den Schritt auf, einen ersten Auslaßhub der Motoranordnung während eines ersten Zykluses der Motoranordnung auszuführen, um erste Abgase aus der Brennkammer zur Auslaß- bzw. Abgasleitung zu lei­ ten und den NOx-Gehalt der ersten Abgase in der Abgaslei­ tung nach dem den ersten Auslaßhub ausführenden Schritt zu messen, um einen ersten gemessenen NOx-Wert zu erhal­ ten. Das Verfahren weist noch weiterhin die Schritte auf, einen zweiten Auslaßhub der Motoranordnung während eines zweiten Zyklus der Motoranordnung auszuführen, um zwei­ te Abgase aus der Brennkammer zur Auslaß- bzw. Abgaslei­ tung zu leiten, und den NOx-Gehalt der zweiten Abgase in der Abgasleitung nach dem den zweiten Auslaßhub ausfüh­ renden Schritt zu messen, um einen zweiten gemessenen NOx-Wert zu erhalten. Wenn der erste gemessene NOx-Wert eine erste vorbestimmte Beziehung zum zweiten gemessenen NOx-Wert hat, dann weist das Verfahren weiterhin den Schritt auf, den Zeitpunkt beizubehalten, wann der Vor­ steuerbrennstoff in die Brennkammer während eines darauf­ folgenden Kompressionshubes eines dritten Zyklus der Motoranordnung eingespritzt wird. Wenn der gemessene NOx- Wert eine zweite vorbestimmte Beziehung zum zweiten ge­ messenen NOx-Wert hat, dann weist das Verfahren weiterhin den Schritt auf, die Zeit einzustellen, wann der Vorsteu­ erbrennstoff in die Brennkammer während eines darauf fol­ genden Kompressionshubes des dritten Zyklus der Mo­ toranordnung eingespritzt wird.
Gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist eine Motoranordnung vorgesehen, die eine Zylinderanordnung aufweist, die einen Motorblock mit ei­ nem darin definierten Kolbenzylinder aufweist, weiter ei­ nen Motor- bzw. Zylinderkopf, der an dem Motorblock befe­ stigt ist, und einen Kolben, der sich innerhalb des Kol­ benzylinders geradlinig bewegt. Der Motorblock, der Zy­ linderkopf und der Kolben arbeiten zusammen, um eine Brennkammer zu definieren. Die Motoranordnung weist wei­ ter eine Auslaß- bzw. Abgasleitung auf, die in Strömungs­ mittelverbindung mit der Brennkammer positioniert ist, und eine Quelle für gasförmigen Brennstoff, die in Strö­ mungsmittelverbindung mit der Brennkammer während eines Einlaßhubes der Motoranordnung ist. Die Motoranordnung weist noch weiterhin eine Brennstoffeinspritzvorrichtung auf, die in dem Zylinderkopf positioniert ist, und be­ treibbar ist, um Vorsteuerbrennstoff in die Brennkammer während eines Kompressionshubes der Motoranordnung einzu­ spritzen. Die Motoranordnung weist weiterhin einen NOx- Sensor auf, der positioniert ist, um den NOx-Gehalt der Abgase zu messen, die aus der Brennkammer zur Auslaßlei­ tung während eines Auslaßhubes der Motoranordnung gelei­ tet werden. Der NOx-Sensor ist betreibbar, um eine Viel­ zahl von gemessenen NOx-Signalen ansprechend auf das Ab­ fühlen des NOx-Gehaltes der Abgase zu erzeugen. Die Mo­ toranordnung weist noch weiterhin eine Steuervorrichtung auf, die die Zeit einstellt, wann die Brennstoffein­ spritzvorrichtung Vorsteuerbrennstoff in die Brennkammer einspritzt, und zwar basierend auf der Vielzahl von ge­ messenen NOx-Signalen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist eine teilweise quer geschnittene teilweise schematische Ansicht eines Dualbrennstoffmo­ tors, der die Merkmale der vorliegenden Erfin­ dung darin vorsieht; und
Fig. 2 ist eine Kurvendarstellung, die die Veränderung der gemessenen NOx-Werte veranschaulicht, wenn die Zeitsteuerung der Vorsteuerbrennstoffein­ spritzung variiert wird.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Während an der Erfindung verschiedene Modifikationen und alternative Formen ausgeführt werden können, ist ein spe­ zielles Ausführungsbeispiel davon beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt worden und wird hier im Detail be­ schrieben. Es sei jedoch bemerkt, daß keine Absicht be­ steht, die Erfindung auf die spezielle offenbarte Form einzuschränken, sondern im Gegenteil soll die Erfindung alle Modifikationen, äquivalente Ausführungen und Alter­ nativen abdecken, die in den Kern und Umfang der Erfin­ dung fallen, wie von den beigefügten Ansprüchen defi­ niert.
Mit Bezug auf Fig. 1 ist eine Motoranordnung 10 gezeigt. Die Motoranordnung 10 weist ein Luftraumglied 12 und eine Luftquelle 14 auf. Das Luftraumglied 12 hat eine Einlaß­ öffnung 16, und eine Auslaßöffnung 15 ist darin defi­ niert. Die Luftquelle 14 liefert Luft zur Einlaßöffnung 16. Luft von der Luftquelle 14 läuft in eine Luftraumkam­ mer 24, die in dem Luftraumglied 12 definiert ist, über die Einlaßöffnung 16.
Die Motoranordnung 10 weist weiter eine Zylinderanordnung 26 auf. Die Zylinderanordnung 26 weist einen Block 28 mit einem darin definierten Kolbenzylinder 30 auf. Ein Motor- bzw. Zylinderkopf 32 ist an dem Block 28 befestigt. Der Zylinderkopf 32 hat einen Einlaßanschluß 34, einen Aus­ laßanschluß 36 und eine Brennstoffeinspritzvorrichtungs­ öffnung 60, die darin definiert ist. Eine Einlaßleitung 38 bringt den Einlaßanschluß 34 in Strömungsmittelverbin­ dung mit der Auslaßöffnung 15 des Luftraumgliedes 12. Ei­ ne Auslaß- bzw. Abgasleitung 52 bringt den Auslaßanschluß 36 in Strömungsmittelverbindung mit einer Auslaß- bzw. Abgassammelleitung 54.
Die Motoranordnung 10 weist weiter einen Kolben 40 auf, der sich in dem Kolbenzylinder 30 in der allgemeinen Richtung der Pfeile 42 und 44 geradlinig bewegt. Wenn der Kolben 40 sich in der allgemeinen Richtung des Pfeils 44 zu der in Fig. 1 gezeigten Position nach unten bewegt, drückt eine Verbindungs- bzw. Pleuelstange 43 auf eine Kurbelwelle 50 zur Drehung in der allgemeinen Richtung des Pfeils 51. Wenn darauf folgend die Kurbelwelle 50 sich weiter in der allgemeinen Richtung des Pfeils 51 dreht, drückt die Kurbelwelle 50 die Pleuelstange 43 und den Kolben 40 in die allgemeine Richtung des Pfeils 42, um den Kolben 40 in die (nicht gezeigte) oberste Position zurückzubringen.
Der Kolben 40, der Kolbenzylinder 30 und der Zylinderkopf 32 arbeiten zusammen, um eine Brennkammer 46 zu definie­ ren. Insbesondere, wenn der Kolben 40 in der allgemeinen Richtung des Pfeils 42 vorangeschoben wird, wird das Vo­ lumen der Brennkammer 46 verringert. Wenn andererseits der Kolben 40 in der allgemeinen Richtung des Pfeils 44 vorangeschoben wird, wird das Volumen der Brennkammer 46, wie in Fig. 1 gezeigt, vergrößert.
Die Motoranordnung 10 weist weiter eine Quelle 18 für gasförmigen Brennstoff in Strömungsmittelverbindung mit der Einlaßleitung 38 auf. Ein Versorgungsventil 41 für gasförmigen Brennstoff steuert die Menge des gasförmigen Brennstoffes, wie beispielsweise Erdgas, die in die Ein­ laßleitung 38 geleitet wird. Insbesondere bewegt sich das Versorgungsventil 41 für gasförmigen Brennstoff zwischen einer offenen Position, die gasförmigen Brennstoff in die Einlaßleitung 38 leitet, und einer geschlossenen Positi­ on, die die Einleitung von gasförmigem Brennstoff in die Einlaßleitung 38 verhindert. Es sei bemerkt, daß die Men­ ge des von dem Ventil 41 für gasförmigen Brennstoff ein­ geleitete Menge von gasförmigem Brennstoff das Verhältnis von Luft zu gasförmigem Brennstoff, oder das Luft- Brennstoff-Verhältnis steuert, welches in die Brennkammer 46 geleitet wird. Insbesondere, wenn es erwünscht ist, eine magerere Mischung in die Brennkammer 46 zu leiten, bewirkt ein Steuersignal für gasförmigen Brennstoff, wel­ ches über eine Signalleitung 96 empfangen wird, daß das Versorgungsventil 41 für gasförmigen Brennstoff so betä­ tigt wird, daß es weniger gasförmigen Brennstoff in die Einlaßleitung 38 leitet. Wenn es andererseits erwünscht ist, eine fettere Mischung aus Luft und gasförmigem Brennstoff in die Brennkammer 46 zu leiten, bewirkt ein Steuersignal für gasförmigen Brennstoff, welches über die Signalleitung 96 empfangen wird, daß das Versorgungsven­ til 41 für gasförmigen Brennstoff so betätigt wird, daß es mehr gasförmigen Brennstoff in die Einlaßleitung 38 leitet.
Ein Einlaßventil 48 bringt selektiv die Luftraumkammer 24 in Strömungsmittelverbindung mit der Brennkammer 46. Das Einlaßventil 48 wird in bekannter Weise durch eine (nicht gezeigte) Nockenwelle betätigt, durch eine (nicht gezeig­ te) Schubstange, und einen (nicht gezeigten) Kipphebel bzw. Schwenkarm, die durch die Drehung der Kurbelwelle 50 angetrieben werden. Wenn das Einlaßventil 48 in der (in Fig. 1 gezeigten) offenen Position angeordnet wird, wer­ den Luft und gasförmiger Brennstoff aus der Einlaßleitung 38 in die Brennkammer 46 über den Einlaßanschluß 34 ge­ leitet. Wenn das Einlaßventil 48 in der (nicht gezeigten) geschlossenen Position angeordnet wird, wird verhindert, daß Luft und gasförmiger Brennstoff aus der Einlaßleitung 38 in die Brennkammer 46 kommen, da das Einlaßventil 48 den Strömungsmittelfluß durch den Einlaßanschluß 34 bloc­ kiert.
Ein Auslaßventil 56 bringt selektiv die Auslaßsammellei­ tung 54 in Strömungsmittelverbindung mit der Brennkammer 46. Das Auslaßventil 56 wird in bekannter Weise durch ei­ ne (nicht gezeigte) Nockenwelle, eine (nicht gezeigte) Schubstange und einen (nicht gezeigten) Kipphebel bzw. Schwenkarm betätigt, von denen alle durch die Drehung der Kurbelwelle 50 angetrieben werden. Wenn das Auslaßventil 56 in der (nicht gezeigten) offenen Position angeordnet wird, werden Abgase aus der Brennkammer 46 in die Auslaß­ sammelleitung 54 über einen Strömungsmittelpfad geleitet, der den Auslaßanschluß 36 und den Auslaßdurchlaß 52 auf­ weist. Von der Auslaßsammelleitung 54 werden Abgase zu einer Auslaßsammelleitung 55 geleitet. Wenn das Auslaß­ ventil 56 in der (in Fig. 1 gezeigten) geschlossenen Po­ sition angeordnet ist, wird verhindert, daß Abgase aus der Brennkammer 46 in die Auslaßsammelleitung 54 laufen, da das Auslaßventil 56 den Strömungsmittelfluß durch den Auslaßanschluß 36 blockiert.
Die Verbrennung der Mischung von gasförmigem Brennstoff und Luft in der Brennkammer 46 erzeugt eine Reihe von Ab­ gasen. Nachdem die Mischung des gasförmigen Brennstoffes und der Luft in der Brennkammer 46 verbrannt wurde, wer­ den Abgase durch die Auslaßsammelleitung 55 geleitet. Ein NOx-Sensor 80 ist innerhalb der Auslaßleitung 55 positio­ niert, um die Menge des NOx in den Abgasen zu messen. Der NOx-Sensor 80 mißt die Menge des NOx in der Auslaßsammel­ leitung 55 und erzeugt einen gemessenen NOx-Wert anspre­ chend darauf. Ein Sauerstoffsensor 82 ist auch innerhalb der Auslaßsammelleitung 55 positioniert, um die Sauer­ stoffmenge im Abgas zu messen. Der Sauerstoffsensor 82 mißt die Sauerstoffmenge in der Abgasleitung 55 und er­ zeugt ein Sauerstoffgehaltssignal ansprechend darauf.
Die Motoranordnung 10 weist weiter einen Detonationssen­ sor 86 auf. Der Detonationssensor 86 ist am Motorblock 28 nahe dem Zylinderkopf 32 befestigt. Der Detonationssensor 86 ist betreibbar, um Schwingungen zu detektieren, die während der Verbrennung von gasförmigem Brennstoff und Luft in der Brennkammer 46 verursacht werden, und erzeugt Detonationssignale ansprechend darauf. Ein normales Deto­ nationssignal wird erzeugt, wenn die Zylinderanordnung 26 in einem normalen Betriebszustand arbeitet, und ein ab­ normales Detonationssignal wird erzeugt, wenn die Zylin­ deranordnung 26 in einem abnormalen Betriebszustand ar­ beitet.
Um dem Ausdruck "normaler Betriebszustand", wie er hier verwendet wird, eine Bedeutung zu geben, sei bemerkt, daß die Zylinderanordnung 26 in einem normalen Betriebszu­ stand arbeitet, wenn die Verbrennung von gasförmigem Brennstoff und Luft in der Brennkammer 46 einen allmähli­ chen Druckanstieg innerhalb der Brennkammer 46 erzeugt. Dieser allmähliche Druckanstieg erzeugt normale Schwin­ gungen in der Brennkammer 46, die innerhalb der Konstruk­ tionsparameter der Zylinderanordnung 26 sind. Der Detona­ tionssensor 86 detektiert normale Schwingungen und er­ zeugt das normale Detonationssignal ansprechend darauf.
Um darüber hinaus dem Ausdruck "abnormaler Betriebszu­ stand", wie er hier verwendet wird, eine Bedeutung zu ge­ ben, sei bemerkt, daß die Zylinderanordnung 26 in einem abnormalen Betriebszustand arbeitet, wenn die Verbrennung von gasförmigem Brennstoff und Luft in der Brennkammer 46 einen schnellen Druckanstieg innerhalb der Brennkammer 46 erzeugt. Dieser schnelle Druckanstieg erzeugt eine starke Vibration bzw. Schwingung in der Brennkammer 46, die von dem Detonationssensor 86 detektiert wird. Wärme und Druck, die während des abnormalen Betriebszustandes er­ zeugt werden, können möglicherweise den Kolben 40, den Motorblock 28 oder den Zylinderkopf 32 der Zylinderanord­ nung 26 schädigen. Der Detonationssensor 86 detektiert schwere Schwingungen und erzeugt das abnormale Detonati­ onssignal ansprechend darauf.
Die Motoranordnung 10 weist weiter ein Brennstoffreser­ voir 70 auf. Eine Brennstoffpumpe 72 zieht Niederdruck­ brennstoff aus dem Brennstoffreservoir 70 und leitet Hochdruckbrennstoff zu einer Brennstoffeinspritzvorrich­ tung 62 über eine Brennstoffleitung 74. Die Brennstoff­ einspritzvorrichtung 62 ist in der Einspritzvorrichtungs­ öffnung 60 positioniert und ist betreibbar, um eine Brennstoffmenge in die Brennkammer 46 durch die Ein­ spritzvorrichtungsöffnung 60 einzuspritzen. Insbesondere spritzt die Brennstoffeinspritzvorrichtung 62 Brennstoff in die Brennkammer 46 beim Empfang eines Einspritzvor­ richtungssteuersignals auf einer Signalleitung 100. Wei­ terhin kann der Brennstoff irgendeiner aus der folgenden Gruppe von Brennstoffen sein: Dieselbrennstoff, Rohöl, Schmieröl oder eine Emulsion aus Wasser und Dieselbrenn­ stoff.
Die Motoranordnung 10 weist weiter eine Steuervorrichtung oder eine Motorsteuereinheit 90 auf. Die Motorsteuerein­ heit 90 ist betreibbar, um (i) gemessene NOx-Werte von dem NOx-Sensor 80 über die Signalleitung 84, (ii) Sauer­ stoffgehaltssignale vom Sauerstoffsensor 82 über die Si­ gnalleitung 85 und (iii) Detonationssignale vom Detonati­ onssensor 86 über die Signalleitung 94 zu empfangen.
Die Motorsteuereinheit 90 erzeugt dann Einspritzvorrich­ tungssteuersignale, die an die Brennstoffeinspritzvor­ richtung 62 über die Signalleitung 100 ansprechend auf den Empfang der gemessenen NOx-Werte, der Sauerstoffge­ haltssignale und der Detonationssignale gesandt werden. Die Einspritzvorrichtungssteuersignale steuern die Zeit­ steuerung und die Menge des von der Brennstoffeinspritz­ vorrichtung 62 in die Brennkammer 46 eingespritzten Brennstoffes. Die Motorsteuereinheit 90 erzeugt auch Steuersignale für gasförmigen Brennstoff ansprechend auf den Empfang der gemessenen NOx-Werte, der Sauerstoffge­ haltssignale und der Detonationssignale. Die Steuersigna­ le für gasförmigen Brennstoff werden an das Versorgungs­ ventil 41 für gasförmigen Brennstoff über die Signallei­ tung 96 gesandt. Die Steuersignale für gasförmigen Brenn­ stoff bewirken, daß das Versorgungsventil 41 für gasför­ migen Brennstoff das Luft-Brennstoff-Verhältnis der Mi­ schung aus Luft und gasförmigem Brennstoff steuert, die zur Brennkammer 46 geleitet wird, wie oben beschrieben.
Industrielle Anwendbarkeit
Im Betrieb arbeitet die Motoranordnung 10 in einem Vier- Takt-Zyklus, der einen Einlaßhub, einen Verdichtungs- bzw. Kompressionshub, einen Leistungshub und einen Aus­ laßhub aufweist. Der erste Hub ist der Einlaßhub, während dem das Auslaßventil 56 in der geschlossenen Position po­ sitioniert und das Einlaßventil 48 in der offenen Positi­ on positioniert ist, wie in Fig. 1 gezeigt. Während des Einlaßhubes wird der Kolben 40 nach unten in der allge­ meinen Richtung des Pfeils 44 geschoben, wodurch ein niedriger Druck bzw. Unterdruck in der Brennkammer 46 er­ zeugt wird. Dieser niedrige Druck zieht gasförmigen Brennstoff und Luft aus der Einlaßleitung 38 nach unten in die Brennkammer 46, um eine homogene Mischung aus Luft und gasförmigem Brennstoff in der Brennkammer 46 zu bil­ den.
Wenn man weiter zum Kompressions- bzw. Verdichtungshub geht, sind sowohl das Einlaßventil 48 als auch das Aus­ laßventil 56 in ihren jeweiligen geschlossenen Positionen positioniert. Wenn der Kolben 40 sich nach oben in der allgemeinen Richtung des Pfeils 42 bewegt, komprimiert er gasförmigen Brennstoff und Luft in der Brennkammer 46. Zu einer Zeit während des Kompressionshubes spritzt die Brennstoffeinspritzvorrichtung 62 Vorsteuerbrennstoff in die Brennkammer 46, um die Mischung aus gasförmigem Brennstoff und Luft zu zünden.
Mit Bezug auf Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der gemessenen NOx-Werte gezeigt, die von den Abgasen in der Abgasleitung 55 erhalten werden, und zwar gegenüber der Zeitsteuerung der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung für ei­ nen beispielhaften Dualbrennstoffmotor. Es sei bemerkt, daß ein maximaler gemessener NOx-Wert an einem Punkt 102 auftritt, wenn der Vorsteuerbrennstoff bei ungefähr drei­ undzwanzig Grad vor dem oberen Totpunkt (TDC = top dead center) während des Kompressionshubes eingespritzt wird. Der obere Totpunkt ist die Drehposition der Kurbelwelle 50, die den Kolben 40 in der obersten Position in der allgemeinen Richtung des Pfeils 42 anordnet. Es sei be­ merkt, daß der Vier-Takt-Zyklus mit zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 50 vollendet wird. Daher wird jeder Hub des Vier-Takt-Zyklus in einer halben Umdrehung (oder 180 Grad) der Kurbelwelle 50 vollendet. Die Kurbelwelle 50 ist auf der oberen Totpunktposition am Ende des Kompres­ sionshubes und am Ende des Auslaßhubes positioniert.
Wenn die Einspritzung des Vorsteuerbrennstoffes vorge­ schoben wird, d. h. bei einem Punkt früher im Kompressi­ onshub eingespritzt, dann sinkt der gemessene NOx-Wert. Insbesondere wenn die Zeit der Vorsteuerbrennstoffein­ spritzung auf 24 Grad vor dem oberen Totpunkt vorgescho­ ben wird, fällt der gemessene NOx-Wert auf den Punkt, der vom Punkt 104 dargestellt wird. In ähnlicher Weise fällt bei 25 Grad vor dem oberen Totpunkt der gemessene NOx- Wert auf den Punkt 106, bei 26 Grad vor dem oberen Tot­ punkt fällt der gemessene NOx-Wert auf den Punkt 108, und bei 27 Grad vor dem oberen Totpunkt fällt der gemessene NOx-Wert auf den Punkt 110.
Darauf folgend verringert ein weiteres Vorschieben des Zeitpunktes der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung nicht si­ gnifikant den gemessenen NOx-Wert gegenüber dem gemesse­ nen NOx-Wert, der durch Einspritzung des Vorsteuerbrenn­ stoffes bei 27 Grad vor dem oberen Totpunkt erreicht wird. Insbesondere sind der gemessene NOx-Wert bei 28 Grad vor dem oberen Totpunkt, der vom Punkt 112 darge­ stellt wird, der gemessene NOx-Wert bei 29 Grad vor dem oberen Totpunkt, der vom Punkt 114 dargestellt wird, und der gemessene NOx-Wert bei 30 Grad vor dem oberen Tot­ punkt, der vom Punkt 116 dargestellt wird, alle im we­ sentlichen identisch mit dem gemessenen NOx-Wert, der vom Punkt 110 dargestellt wird.
Der Grund, warum der gemessene NOx-Wert vom Punkt 102 auf den Punkt 110 verringert wird, wenn der Zeitpunkt der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung von 23 Grad auf 27 Grad vorgeschoben wird, ist, daß der Vorsteuerbrennstoff sich mit dem gasförmigen Brennstoff und der Luft vermischen kann, die in der Brennkammer 46 vorhanden sind, um eine homogenere Mischung des Vorsteuerbrennstoffes, des gas­ förmigen Brennstoffes und der Luft vor der Zündung des Vorsteuerbrennstoffes zu bilden. Es sei bemerkt, daß wenn der Zeitpunkt der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung vorge­ schoben wird, ein größerer Teil des Vorsteuerbrennstoffes mit dem gasförmigen Brennstoff und der Luft vermischt wird, um eine homogenere Mischung zu erzeugen. Es sei weiter bemerkt, daß die Erzeugung der homogeneren Mi­ schung aus gasförmigem Brennstoff, Luft und Vorsteuer­ brennstoff eine größere Anzahl von Zündquellen für den gasförmigen Brennstoff vorsieht, wenn der Vorsteuerbrenn­ stoff gleichmäßiger in der Brennkammer 46 verteilt ist, bevor er gezündet wird. Wenn die Anzahl der Zündungsquel­ len steigt, werden magere Mischungen in der Brennkammer 46 verbrannt, was geringe gemessene NOx-Werte in den Ab­ gasen in der Abgasleitung 55 zur Folge hat.
Es sei jedoch bemerkt, daß das Vorschieben der Einsprit­ zung des Vorsteuerbrennstoffes über 27 Grad vor dem obe­ ren Totpunkt wenig dazu beiträgt, den gemessenen NOx-Wert der Abgase zu verringern. Insbesondere hat die Einsprit­ zung des Vorsteuerbrennstoffes an irgendeinem Punkt vor 27 Grad vor dem oberen Totpunkt im wesentlichen den glei­ chen gemessenen NOx-Wert zur Folge, wie die Einspritzung des Vorsteuerbrennstoffes bei 27 Grad vor dem oberen Tot­ punkt. Weiter verbessert das Vorschieben des Zeitpunktes der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung nicht die Vermischung des Vorsteuerbrennstoffes mit dem gasförmigen Brennstoff und der Luft. Die Einspritzung des Vorsteuerbrennstoffes bei 27 Grad vor dem oberen Totpunkt erzeugt eine im we­ sentlichen homogene Mischung des Vorsteuerbrennstoffes, des gasförmigen Brennstoffes und der Luft, bevor der Vor­ steuerbrennstoff gezündet wird. Irgendein weiteres Vor­ schieben der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung erzeugt eine ähnliche im wesentlichen homogene Mischung des Vorsteuer­ brennstoffes, des gasförmigen Brennstoffes und der Luft, die wenn sie gezündet wird einen ähnlichen gemessenen NOx-Wert des Abgases zur Folge hat.
Wenn daher die Motoranordnung 10 unter ähnlichen Umstän­ den wie bei den beispielhaften Zuständen der Fig. 2 be­ trieben wird, würde die Motorsteuereinheit 90 Einspritz­ vorrichtungssteuersignale an die Brennstoffeinspritzvor­ richtung 62 senden, die bewirkt, daß die Brennstoffein­ spritzvorrichtung 62 Brennstoff in die Brennkammer 46 bei ungefähr 27 Grad vor dem oberen Totpunkt einspritzt.
Jedoch verändern sich die Motorbetriebszustände dynamisch mit Veränderungen der Motordrehzahl, der Motorbelastung, der Einlaßtemperatur, des Einlaßdruckes und mit anderen Parametern. Um die Einspritzung des Vorsteuerbrennstoffes für einen anderen jedoch ähnlichen Betriebszustand wie dem in Fig. 2 gezeigten beispielhaften Betriebszustand einzustellen, variiert die Motorsteuereinheit 90 die Zeitsteuerung der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung über einen Bereich von ungefähr 21 Grad vor dem oberen Tot­ punkt bis ungefähr 28 Grad vor dem oberen Totpunkt. Die Einspritzung des Vorsteuerbrennstoffes wird über einen Bereich von ungefähr 0 Grad vor dem oberen Totpunkt bis ungefähr 20 Grad vor dem oberen Totpunkt verhindert.
Um die Zeitsteuerung der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung für andere Betriebszustände einzustellen, wird ein erster Zyklus und ein zweiter Zyklus der Motoranordnung 10 aus­ geführt. Ein erster gemessener NOx-Wert wird von Abgasen in der Auslaßleitung 55 nach dem ersten Zyklus erhalten, und ein zweiter gemessener NOx-Wert wird von Abgasen in der Auslaßleitung 55 nach dem zweiten Zyklus erhalten. Der erste gemessene NOx-Wert und der zweite gemessene NOx-Wert werden dann verglichen. Wenn der erste gemessene NOx-Wert und der zweite gemessene NOx-Wert eine erste vorbestimmte Beziehung haben, dann wird die Zeitsteuerung der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung eines darauf folgen­ den dritten Zyklus bei der Zeit der Vorsteuerbrenn­ stoffeinspritzung des ersten Zyklus gehalten. Wenn der erste gemessene NOx-Wert und der zweite gemessene NOx- Wert eine zweite vorbestimmte Beziehung haben, dann wird der Zeitpunkt der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung für den darauf folgenden dritten Zyklus eingestellt.
Die erste vorbestimmte Beziehung würde dem Betrieb der Motoranordnung 10 an einem Übergangspunkt ähnlich dem Punkt 110 entsprechen. Bei dem Übergangspunkt erzeugt ir­ gendein Vorschieben der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung eine vernachlässigbare Verringerung des gemessenen NOx- Wertes der Abgase, die zur Auslaßleitung 55 geleitet wer­ den. Jedoch hat irgendeine Verzögerung der Vorsteuer­ brennstoffeinspritzung eine Steigerung des gemessenen NOx-Wertes der Abgase in der Abgasleitung 55 zur Folge. Wenn man daher den ersten gemessenen NOx-Wert mit dem zweiten gemessenen NOx-Wert vergleicht, dann wird der Zeitpunkt der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung des dritten Zyklus auf den Zeitpunkt der Vorsteuerbrennstoffein­ spritzung des ersten Zyklus gehalten, falls der Zeit­ punkt der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung des zweiten Zy­ klus weiter vorgezogen ist als der Zeitpunkt der Vor­ steuerbrennstoffeinspritzung des ersten Zyklus, und falls der zweite gemessene NOx-Wert im wesentlichen ähn­ lich dem ersten gemessenen NOx-Wert ist. Dies ist ähnlich wie bei einem ersten Zyklus, der einen ersten gemessenen NOx-Wert ähnlich dem Punkt 110 erzeugt, und bei einem zweiten Zyklus, der einen zweiten gemessenen NOx-Wert ähnlich dem Punkt 112 erzeugt.
Wenn man in ähnlicher Weise den ersten gemessenen NOx Wert mit dem zweiten gemessenen NOx-Wert vergleicht, dann wird der Zeitpunkt der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung des dritten Zyklus auf dem Zeitpunkt der Vorsteuer­ brennstoffeinspritzung des ersten Zyklus gehalten, falls der Zeitpunkt der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung des zweiten Zyklus weiter verzögert ist (oder an einem Punkt später im Kompressionshub eingespritzt) als der Zeitpunkt der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung des ersten Zyklus, und falls der zweite gemessene NOx-Wert wesent­ lich größer ist als der erste gemessene NOx-Wert. Dies ist ähnlich wie bei einem ersten Zyklus, der einen ersten gemessenen NOx-Wert ähnlich dem Punkt 110 erzeugt, und bei einem zweiten Zyklus, der einen zweiten gemessenen NOx-Wert ähnlich dem Punkt 108 erzeugt.
Die zweite vorbestimmte Beziehung würde dem Betrieb der Motoranordnung 10 an einem anderen Punkt als dem Betrieb beim Punkt 110 entsprechen. Wenn man daher den ersten ge­ messenen NOx-Wert mit dem zweiten gemessenen NOx-Wert vergleicht, dann wird der Zeitpunkt der Vorsteuerbrenn­ stoffeinspritzung des dritten Zyklus eingestellt, um den Zeitpunkt vom Zeitpunkt der Vorsteuerbrennstoffein­ spritzung des ersten Zyklus nach vorne zu verschieben, falls der Zeitpunkt der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung des zweiten Zyklus weiter vorgezogen ist als der Zeit­ punkt der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung des ersten Zy­ klus, und falls der zweite gemessene NOx-Wert wesent­ lich geringer ist als der erste gemessene NOx-Wert. Dies ist ähnlich wie bei einem ersten Zyklus, der einen ersten gemessenen NOx-Wert ähnlich dem Punkt 108 erzeugt, und bei einem zweiten Zyklus, der einen zweiten gemessenen NOx-Wert ähnlich dem Punkt 110 erzeugt. Die Vorsteuer­ brennstoffeinspritzung wird vorgezogen, um den Betrieb der Motoranordnung 10 zu einem Übergangspunkt ähnlich dem Punkt 110 zu bewegen.
Wenn man in ähnlicher Weise den ersten gemessenen NOx- Wert mit dem zweiten gemessenen NOx-Wert vergleicht, dann wird der Zeitpunkt der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung des dritten Zyklus eingestellt, um den Zeitpunkt gegen­ über dem Zeitpunkt der Vorsteuerbrennstoffeinspritzung des ersten Zyklus zu verzögern, falls die Vorsteuer­ brennstoffeinspritzung des zweiten Zyklus mehr verzö­ gert ist als der Zeitpunkt der Vorsteuerbrennstoffein­ spritzung des ersten Zyklus, und falls der zweite ge­ messene NOx-Wert im wesentlich gleich dem ersten gemesse­ nen NOx-Wert ist. Dies ist ähnlich wie bei einem ersten Zyklus, der einen ersten gemessenen NOx-Wert ähnlich dem Punkt 112 erzeugt, und bei einem zweiten Zyklus, der ei­ nen zweiten gemessenen NOx-Wert ähnlich dem Punkt 110 er­ zeugt. Die Vorsteuerbrennstoffeinspritzung wird verzö­ gert, um den Betrieb der Motoranordnung 10 zu einem Über­ gangspunkt ähnlich dem Punkt 110 zu bewegen.
Weiterhin überwacht die Motorsteuereinheit 90 die Signal­ leitung 94 für das abnormale Detonationssignal vom Deto­ nationssensor 86. Beim Empfang eines abnormalen Detonati­ onssignales vom Detonationssensor 86 kann die Motorsteu­ ereinheit 90 (i) ein Einspritzsteuersignal an die Brenn­ stoffeinspritzvorrichtung 62 senden, was bewirkt, daß die Brennstoffeinspritzvorrichtung 62 den Zeitpunkt der Vor­ steuerbrennstoffeinspritzung entweder vorschiebt oder verzögert, (ii) sie kann ein Einspritzsteuersignal an die Brennstoffeinspritzvorrichtung 62 senden, was bewirkt, daß die Brennstoffeinspritzvorrichtung 62 die von der Brennstoffeinspritzvorrichtung 62 eingespritzte Menge an Vorsteuerbrennstoff entweder vergrößert oder verringert, oder (iii) sie kann ein Steuersignal für gasförmigen Brennstoff an das Versorgungsventil 41 für gasförmigen Brennstoff senden, um entweder eine magerere oder eine fettere Mischung des gasförmigen Brennstoffes zu erzeu­ gen, der zur Brennkammer 46 bei einem darauf folgenden Einlaßhub geleitet wird.
Darüber hinaus überwacht die Motorsteuereinheit 90 die Signalleitung 84 bezüglich der Sauerstoffgehaltssignale vom Sauerstoffsensor 82. Beim Empfang eines Sauerstoffge­ haltssignales, welches eine verringerte Sauerstoffmenge in der Abgasleitung 55 zeigt, sendet die Motorsteuerein­ heit 90 ein Steuersignal für gasförmigen Brennstoff an das Steuerventil 41 für gasförmigen Brennstoff, was be­ wirkt, daß das Versorgungsventil 41 für gasförmigen Brennstoff eine magerere Mischung an die Einlaßleitung 38 liefert. Andererseits sendet beim Empfang eines Sauer­ stoffgehaltssignales, welches übermäßigen Sauerstoff in der Abgasleitung 55 zeigt, die Motorsteuereinheit 90 ein Steuersignal für gasförmigen Brennstoff an das Steuerven­ til 41 für gasförmigen Brennstoff, was bewirkt, daß das Steuerventil 41 für gasförmigen Brennstoff eine fettere Mischung an die Einlaßleitung 38 liefert.
Die Verbrennung des gasförmigen Brennstoffes, der Luft und des Vorsteuerbrennstoffes bringt die Motoranordnung 10 weiter zum Leistungs- bzw. Arbeitshub, in dem das Ein­ laßventil 48 und das Auslaßventil 56 in ihren jeweiligen geschlossenen Positionen positioniert sind. Wenn der gas­ förmige Brennstoff, die Luft und der Vorsteuerbrennstoff verbrannt werden, werden Abgase gebildet. Die Bildung von Abgasen erzeugt einen Druck, der auf den Kolben 40 wirkt, um den Kolben 40 in der allgemeinen Richtung des Pfeils 44 anzutreiben. Die Bewegung des Kolbens 40 in der allge­ meinen Richtung des Pfeils 44 bewirkt, daß sich die Kur­ belwelle 50 in der allgemeinen Richtung des Pfeils 51 dreht.
Danach wird die Motoranordnung 10 zum Auslaßhub weiterge­ bracht, während dem das Auslaßventil 56 in der offenen Position positioniert ist, und das Einlaßventil 48 in der geschlossenen Position positioniert ist. Da der von der Bildung von Abgasen in der Brennkammer 46 erzeugte Druck größer ist als der Druck in der Auslaßleitung 55, laufen die Abgase von der Brennkammer 46 durch den Auslaßan­ schluß 36 durch den Auslaßdurchlaß 52 durch die Auslaß­ sammelleitung 54 und in die Auslaßleitung 55. Aus der Auslaßleitung 55 werden die Abgase zu einem (nicht ge­ zeigten) Turbolader geleitet, bevor sie in die Atmosphäre ausgestoßen werden.
Während die Erfindung in den Zeichnungen und der vorange­ gangenen Beschreibung veranschaulicht und im Detail be­ schrieben worden ist, sei eine solche Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht einschränkend angesehen, wobei bemerkt sei, daß nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden sind, und daß alle Veränderungen und Modifikationen, die in den Umfang der Erfindung fallen davon geschützt werden sol­ len.
Beispielsweise könnte, obwohl der Sauerstoffsensor 82 hier als in der Auslaßleitung 55 zur Messung des Restsau­ erstoffes aus dem Verbrennungsprozeß positioniert be­ schrieben wird und dadurch beträchtliche Vorteile für die vorliegende Erfindung hat, ein Ionisationssensor in der Brennkammer 46 positioniert werden, um den Verbrennungs­ prozeß zu überwachen.

Claims (20)

1. Verfahren zum Betrieb einer Motoranordnung mit einer Zylinderanordnung, die eine Brennkammer definiert und (i) einen Motorblock mit einem darin definierten Kolbenzylinder, (ii) einen Kolben der sich im Kol­ benzylinder geradlinig bewegt, und (iii) eine Kur­ belwelle aufweist, die mechanisch mit dem Kolben ge­ koppelt ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Ausführen eines Einlaßhubs der Motoranordnung;
Leiten von gasförmigem Brennstoff und Luft in die Brennkammer während des den Einlaßhub ausführenden Schrittes;
Ausführung eines Kompressions- bzw. Verdichtungshu­ bes der Motoranordnung nach dem den Einlaßhub aus­ führenden Schritt;
Einspritzung eines Vorsteuerbrennstoffes in die Brennkammer während des Kompressionshubes, während die Kurbelwelle bei ungefähr X Grad vor dem oberen Totpunkt positioniert ist, wobei gilt 21,0 < X < 28,0; und
Verbrennung des Vorsteuerbrennstoffes in der Brenn­ kammer während des den Kompressionshub ausführenden Schrittes, um den gasförmigen Brennstoff zu zünden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter folgenden Schritt aufweist:
Verhinderung der Einspritzung des Vorsteuerbrenn­ stoffes in die Brennkammer während des Kompressions­ hubes, während sich die Kurbelwelle von ungefähr 20,0 Grad vor dem oberen Totpunkt zu ungefähr 0,0 Grad vor dem oberen Totpunkt bewegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Vorsteuerbrenn­ stoffeinspritzschritt beginnt, wenn die Kurbelwelle bei ungefähr 27 Grad vor dem oberen Totpunkt posi­ tioniert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Motoranordnung weiter folgendes aufweist:
(i) eine Auslaßleitung in Strömungsmittelverbindung mit der Brennkammer und (ii) einen NOx-Sensor, der positioniert ist, um den NOx-Gehalt der Abgase in der Abgasleitung zu messen, wobei das Verfahren wei­ ter folgende Schritte aufweist:
Ausführen eines Auslaßhubes der Motoranordnung nach dem den Kompressionshub ausführenden Schritt, um die Abgase von der Brennkammer zur Auslaßleitung zu lei­ ten;
Messung des NOx-Gehaltes der Abgase in der Auslaß­ leitung nach dem den Auslaßhub ausführenden Schritt, um einen gemessenen NOx-Wert zu erhalten; und
Einstellung des Zeitpunktes, wann der Vorsteuer­ brennstoff in die Brennkammer während eines darauf­ folgenden Kompressionshubes eingespritzt wird, und zwar basierend auf dem gemessenen NOx-Wert.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Motoranordnung weiter folgendes aufweist:
(i) eine Auslaßleitung in Strömungsmittelverbindung mit der Brennkammer und (ii) einen NOx-Sensor, der positioniert ist, um den NOx-Gehalt der Abgase in der Abgasleitung zu messen, wobei das Verfahren wei­ ter folgende Schritte aufweist:
Ausführen eines ersten Auslaßhubes der Motoranord­ nung während eines ersten Zyklus der Motoranord­ nung, um erste Abgase von der Brennkammer zur Aus­ laßleitung zu leiten;
Messung des NOx-Gehaltes der ersten Abgase in der Auslaßleitung nach dem ersten den Auslaßhub ausfüh­ renden Schritt, um einen ersten gemessenen NOx-Wert zu erhalten;
Ausführen eines zweiten Auslaßhubes der Motoranord­ nung während eines zweiten Zyklus der Motoranord­ nung, um zweite Abgase von der Brennkammer zur Aus­ laßleitung zu leiten;
Messung des NOx-Gehaltes der zweiten Abgase in der Auslaßleitung nach dem zweiten den Auslaßhub ausfüh­ renden Schritt, um einen zweiten gemessenen NOx-Wert zu erhalten;
wenn der erste gemessene NOx-Wert eine erste vorbe­ stimmte Beziehung zum zweiten gemessenen NOx-Wert hat, dann Beibehalten des Zeitpunktes, wann der Vor­ steuerbrennstoff in die Brennkammer während eines darauf folgenden Kompressionshubes eines dritten Zy­ klus der Motoranordnung eingespritzt wird; und
wenn der erste gemessene NOx-Wert eine zweite vorbe­ stimmte Beziehung zum zweiten gemessenen NOx-Wert hat, dann Einstellen des Zeitpunktes, wann der Vor­ steuerbrennstoff in die Brennkammer während des dar­ auffolgenden Kompressionshubes des dritten Zyklus der Motoranordnung eingespritzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Zeitpunktein­ stellschritt den Schritt aufweist, den Zeitpunkt vorzustellen, wann der Vorsteuerbrennstoff in die Brennkammer während des darauf folgenden Kompressi­ onshubes des dritten Zyklus der Motoranordnung eingespritzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Zeitpunktein­ stellschritt den Schritt aufweist, den Zeitpunkt zu verzögern, wann der Vorsteuerbrennstoff in die Brennkammer während des darauf folgenden Kompressi­ onshubes des dritten Zyklus der Motoranordnung eingespritzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Motoranordnung weiter einen Vibrations- bzw. Schwingungssensor aufweist, der positioniert ist, um die Schwingungen in der Brennkammer zu messen, und wobei der Vorsteuerbrennstoffeinspritzschritt weiter folgende Schritte aufweist:
(i) Abfühlen, wann die Zylinderanordnung in einem abnormalen Betriebszustand arbeitet, wobei der Schwingungssensor ein abnormales Steuersignal an­ sprechend darauf erzeugt, und (ii) Einstellen der Menge von Vorsteuerbrennstoff, die in die Brennkam­ mer während des darauf folgenden Kompressionshubes des dritten Zyklus der Motoranordnung ansprechend auf die Erzeugung des abnormalen Steuersignals ge­ leitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die Motoranordnung weiter einen Vibrations- bzw. Schwingungssensor aufweist, der positioniert ist, um Schwingungen in der Brennkammer zu messen, und
wobei der Vorsteuerbrennstoffeinspritzschritt weiter folgende Schritte aufweist:
(i) Abfühlen, wann die Zylinderanordnung in einem abnormalen Betriebszustand arbeitet, und zwar mit dem Schwingungssensor, und Erzeugung eines abnorma­ len Steuersignals ansprechend darauf, und (ii) Ein­ stellen des Zeitpunktes, wann der Vorsteuerbrenn­ stoff in die Brennkammer während des darauf folgen­ den Kompressionshubes des dritten Zyklus der Mo­ toranordnung eingespritzt wird, und zwar ansprechend auf die Erzeugung des abnormalen Steuersignals.
10. Verfahren zum Betrieb einer Motoranordnung mit (i) einer Zylinderanordnung, die eine Brennkammer defi­ niert und (A) einen Motorblock mit einem darin defi­ nierten Kolbenzylinder, (B) einen sich im Kolbenzy­ linder geradlinig bewegenden Kolben und (C) eine Kurbelwelle aufweist, die mechanisch mit dem Kolben gekoppelt ist, (ii) eine Auslaßleitung in Strömungs­ mittelverbindung mit der Brennkammer und (iii) einen NOx-Sensor, der positioniert ist, um den NOx-Gehalt der Abgase in der Abglasleitung zu messen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Ausführen eines Einlaßhubes der Zylinderanordnung;
Leiten von gasförmigem Brennstoff und Luft in die Brennkammer während des den Einlaßhub ausführenden Schrittes;
Ausführen eines Kompressionshubes der Motoranordnung nach dem den Einlaßhub ausführenden Schritt;
Einspritzen eines Vorsteuerbrennstoffes in die Brennkammer während des Kompressionshubes;
Verbrennung des Vorsteuerbrennstoffes in der Brenn­ kammer während des den Kompressionshub ausführenden Schrittes, um den gasförmigen Brennstoff zu zünden;
Ausführen eines ersten Auslaßhubes der Motoranord­ nung während eines ersten Zyklus der Motoranord­ nung, um erste Abgase aus der Brennkammer zur Aus­ laßleitung zu leiten;
Messen des NOx-Gehaltes der ersten Abgase in der Ab­ gasleitung nach dem den ersten Auslaßhub ausführen­ den Schritt, um eine ersten gemessenen NOx-Wert zu erhalten;
Ausführung eines zweiten Auslaßhubes der Motoranord­ nung während eines zweiten Zyklus der Motoranord­ nung, um zweite Abgase aus der Brennkammer zur Aus­ laßleitung zu leiten;
Messung des NOx-Gehaltes der zweiten Abgase in der Abgasleitung nach dem den zweiten Auslaßhub ausfüh­ renden Schritt, um einen zweiten gemessenen NOx-Wert zu erhalten;
wenn der erste gemessene NOx-Wert eine erste vorbe­ stimmte Beziehung zum zweiten gemessenen NOx-Wert hat, dann Beibehalten des Zeitpunktes, wann der er­ ste Vorsteuerbrennstoff in die Brennkammer einge­ spritzt wird während eines darauf folgenden Kompres­ sionshubes eines dritten Zyklus der Motoranord­ nung; und
wenn der erste gemessene NOx-Wert eine zweite vorbe­ stimmte Beziehung zum zweiten gemessenen NOx-Wert hat, dann Einstellung des Zeitpunktes, wann der Vor­ steuerbrennstoff in die Brennkammer während des dar­ auf folgenden Kompressionshubes des dritten Zyklus der Motoranordnung eingespritzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Zeitpunktein­ stellschritt den Schritt aufweist, den Zeitpunkt vorzustellen, wann der Vorsteuerbrennstoff in die Brennkammer während des darauf folgenden Kompressi­ onshubes des dritten Zyklus der Motoranordnung eingespritzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Zeitpunktein­ stellschritt den Schritt aufweist, den Zeitpunkt zu verzögern bzw. nachzustellen, wann der Vorsteuer­ brennstoff in die Brennkammer während des darauf fol­ genden Kompressionshubes des dritten Zyklus der Motoranordnung eingespritzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10,
wobei die Motoranordnung weiter einen Schwingungssensor aufweist, der positioniert ist, um Schwingungen in der Brennkammer zu messen, und
wobei der Vorsteuerbrennstoffeinspritzschritt weiter folgende Schritte aufweist:
(i) Abfühlen, wann die Zylinderanordnung in einem abnormalen Betriebszustand arbeitet, und zwar mit dem Schwingungssensor, und Erzeugung eines abnorma­ len Steuersignals ansprechend darauf, und (ii) Ein­ stellen einer Menge von Vorsteuerbrennstoff, die in die Brennkammer während des darauf folgenden Kompres­ sionshubes des dritten Zyklus der Motoranordnung ansprechend auf die Erzeugung des abnormalen Steuer­ signals geleitet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 10,
wobei die Motoranordnung weiter einen Schwingungssensor aufweist, der positioniert ist, um Schwingungen in der Brennkammer zu messen, und
wobei der Vorsteuerbrennstoffeinspritzschritt weiter folgende Schritte aufweist:
(i) Abfühlen, wann die Zylinderanordnung in einem abnormalen Betriebszustand arbeitet, und zwar mit dem Schwingungssensor, und Erzeugung eines abnorma­ len Steuersignals ansprechend darauf, und (ii) Ein­ stellen des Zeitpunktes, wann der Vorsteuerbrenn­ stoff in die Brennkammer während des darauf folgenden Kompressionshubes des dritten Zyklus der Motoran­ ordnung ansprechend auf die Erzeugung des abnormalen Steuersignals geleitet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Vorsteuer­ brennstoffeinspritzschritt den Schritt aufweist, den Vorsteuerbrennstoff in die Brennkammer während des Kompressionshubes einzuspritzen, während die Kurbel­ welle bei ungefähr X Grad vor dem oberen Totpunkt positioniert ist, wobei gilt 21,0 < X < 28,0.
16. Verfahren nach Anspruch 10, welches weiter folgenden Schritt aufweist:
Verhinderung der Einspritzung von Vorsteuerbrenn­ stoff in die Brennkammer während des Kompressionshu­ bes, während sich die Kurbelwelle von ungefähr 20,0 Grad vor dem oberen Totpunkt zu ungefähr 0,0 Grad vor dem oberen Totpunkt bewegt.
17. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Vorsteuer­ brennstoffeinspritzschritt beginnt, wenn die Kurbel­ welle bei ungefähr 27 Grad vor dem oberen Totpunkt positioniert ist.
18. Motoranordnung, die folgendes aufweist:
eine Zylinderanordnung, die (i) einen Motorblock mit einem darin definierten Kolbenzylinder, (ii) einen an dem Motorblock befestigten Zylinderkopf und (iii) einen sich innerhalb des Kolbenzylinders ge­ radlinig bewegenden Kolben aufweist, wobei der Mo­ torblock, der Zylinderkopf und der Kolben zusammen­ arbeiten, um eine Brennkammer zu definieren;
eine Auslaßleitung, die in Strömungsmittelverbindung mit der Brennkammer während des Auslaßhubes der Mo­ toranordnung positioniert ist;
eine Quelle für gasförmigen Brennstoff, die in Strö­ mungsmittelverbindung mit der Brennkammer während eines Einlaßhubes der Motoranordnung positioniert ist;
eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, die in dem Zy­ linderkopf positioniert ist, und betreibbar ist, um Vorsteuerbrennstoff in die Brennkammer während eines Kompressionshubes der Motoranordnung einzuspritzen;
einen NOx-Sensor (i), der positioniert ist, um den NOx-Gehalt der Abgase zu messen, die aus der Brenn­ kammer zur Auslaßleitung während eines Auslaßhubes der Motoranordnung geleitet werden, und (ii) der be­ treibbar ist, um eine Vielzahl vom gemessenen NOx- Signalen ansprechend auf das Abfühlen des NOx- Gehaltes der Abgase zu erzeugen; und
eine Steuervorrichtung, die die Zeit einstellt, wann die Brennstoffeinspritzvorrichtung Vorsteuerbrenn­ stoff in die Brennkammer einspritzt, und zwar basie­ rend auf der Vielzahl von gemessenen NOx-Signalen.
19. Motoranordnung nach Anspruch 18, die weiter eine me­ chanisch mit dem Kolben gekoppelte Kurbelwelle auf­ weist, wobei die Steuervorrichtung weiter betreibbar ist, um zu bewirken, daß die Brennstoffeinspritzvorrich­ tung Vorsteuerbrennstoff in die Brennkammer während des Kompressionshubes einspritzt, während die Kur­ belwelle bei ungefähr X Grad vor dem oberen Totpunkt positioniert ist, wobei gilt 21,0 < X < 28,0.
20. Motoranordnung nach Anspruch 19, wobei die Steuer­ vorrichtung weiter betreibbar ist, um zu verhindern, daß die Brennstoffeinspritzvorrichtung Vorsteuer­ brennstoff in die Brennkammer während des Kompressi­ onshubes einspritzt, während sich die Kurbelwelle von ungefähr 20,0 Grad vor dem oberen Totpunkt zu ungefähr 0,0 Grad vor dem oberen Totpunkt bewegt.
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