DE102012021778A1

DE102012021778A1 - Gemischaufgeladener Gasmotor und Verfahren zur Kompensation von Liefergradabweichungen in einem gemischaufgeladenen Gasmotor

Info

Publication number: DE102012021778A1
Application number: DE102012021778.1A
Authority: DE
Inventors: Anko Ernst; Udo Sander
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2032-11-07
Also published as: WO2014072040A1; US20150233280A1; US9670828B2; DE102012021778B4

Abstract

Es wird ein gemischaufgeladener Gasmotor mit mindestens einem Zylinder, wobei in dem mindestens einen Zylinder ein von einem Zylinderkopf, einer Zylinderwandung und einem in dem Zylinder verlagerbar angeordneten Kolben begrenzter Brennraum angeordnet ist, der in einen Hauptbrennraum und mindestens eine, über mindestens einen Schusskanal mit dem Hauptbrennraum in Fluidverbindung stehende Vorkammer unterteilt ist, wobei dem Hauptbrennraum in einem Ansaugtakt des Kolbens ein Luft-/Brenngas-Gemisch über ein Einlassventil zuführbar ist, vorgeschlagen. Der gemischaufgeladene Gasmotor zeichnet sich dadurch aus, dass eine separate Brenngas-Versorgung für die mindestens eine Vorkammer vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen gemischaufgeladenen Gasmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Kompensation von Liefergradabweichungen gemäß Anspruch 6.
Gasmotoren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Dabei wird unterschieden zwischen luftverdichtenden beziehungsweise luftaufgeladenen Gasmotoren einerseits und gemischverdichtenden beziehungsweise gemischaufgeladenen Gasmotoren andererseits. Beide Typen von Gasmotoren umfassen mindestens einen Zylinder, wobei in dem mindestens einen Zylinder ein von einem Zylinderkopf, einer Zylinderwandung und einem in dem Zylinder verlagerbar angeordneten Kolben begrenzter Brennraum angeordnet ist. Die Zylinderwandung kann dabei auch die Wandung einer Zylinderlaufbuchse sein. In Abhängigkeit vom Volumen des Brennraums beziehungsweise vom Durchmesser des Zylinders wird der Brennraum bei einem Gasmotor typischerweise in einen Hauptbrennraum und mindestens eine Vorkammer unterteilt, die über mindestens eine Öffnung, einen sogenannten Schusskanal, mit dem Hauptbrennraum in Fluidverbindung steht. In die Vorkammer wird eine Menge eines mit einer Zündkerze sicher zu entflammenden Gemischs eingebracht. Bei einem Verbrennungstakt des Zylinders wird zunächst das Gemisch in der Vorkammer mithilfe der Zündkerze entzündet. Hierdurch wird die Zündenergie des Zündfunkens der Zündkerze um die Energie der in der Vorkammer entzündeten Gemischmenge verstärkt. Das verbrennende Gemisch schießt durch die Schusskanäle in den Hauptbrennraum, wo aufgrund der erhöhten Zündenergie eine sichere und vollständige Verbrennung ausgelöst wird. Aus der DE 10 2004 016 260 A1 geht ein luftaufgeladener Gasmotor hervor, bei dem in einem Ansaugtakt des Kolbens verdichtete Luft über ein Einlassventil in den Hauptbrennraum eingelassen wird. Für eine Vorkammer ist eine separate Brenngasversorgung vorgesehen, über die Brenngas in die Vorkammer eingebracht wird. In einem Kompressionstakt des Kolbens wird die angesaugte, verdichtete Luft in die Vorkammer gepresst, wo sie sich mit dem Brenngas vermischt. Anschließend erfolgt die Zündung des Gemischs in der Vorkammer und schließlich – wie bereits beschrieben – die Verbrennung im Verbrennungstakt des Zylinders. Ein solcher luftverdichtender Gasmotor ist vergleichsweise kompliziert aufgebaut und daher teuer. Demgegenüber weisen gemischaufgeladene Gasmotoren einen vergleichsweise einfachen Aufbau auf. In diesen saugt ein Turbolader über einen Gasmischer ein Luft-/Brenngas-Gemisch an und verdichtet dieses. In einem Ansaugtakt des Kolbens wird verdichtete Luft-/Brenngas-Gemisch über ein Einlassventil zugeführt. Dieses wird in einem Kompressionstakt des Kolbens weiter verdichtet und über die Schusskanäle in die Vorkammer gepresst. Anschließend erfolgt – wie bereits beschrieben – die Zündung und Verbrennung des Gemischs. Während demnach luftaufgeladene Gasmotoren über gespülte Vorkammern mit separater Brenngasversorgung verfügen, über die das Brenngas in die Vorkammer eingebracht wird, sind gemischaufgeladene Gasmotoren mit ungespülten Vorkammern ohne eigene Brenngasversorgung ausgerüstet, denen das Luft-/Brenngas-Gemisch im Kompressionstakt über die Schusskanäle aus dem Hauptbrennraum zugeführt wird.
Im Ansaugtakt des Kolbens wird das Luft-/Brenngas-Gemisch bei einem gemischaufgeladenen Gasmotor möglichst ideal verwirbelt und homogenisiert, um eine möglichst homogene und günstige Zylinderfüllung zu erreichen. Zugleich wird ein Volumen der Gemisch-Leitung und einer Abgas-Leitung, ein Gemisch-Druck in der Gemisch-Leitung und ein Abgas-Druck in der Abgas-Leitung, sowie insbesondere eine Öffnung der Einlass- und auch der Auslassventile des Zylinders so abgestimmt, dass ein möglichst hoher Liefergrad, also ein möglichst günstiges Verhältnis der nach Abschluss eines Ladungswechsels tatsächlich in dem Zylinder enthaltenen Frischladung zu einer theoretisch möglichen, maximalen Füllung erreicht wird. Zur Verwirbelung und Homogenisierung des Luft-/Brenngas-Gemischs ist in dem Zylinderkopf typischerweise ein Spiralkanal vorgesehen.
Umfasst der gemischaufgeladene Gasmotor mehr als einen Zylinder und/oder mehr als eine Zylinderbank, kommt es unweigerlich zu zylinderindividuellen oder zylinderbankindividuellen Liefergradabweichungen. Ist der Motor beispielsweise als V-Motor ausgebildet, sind zwei Reihen parallel zueinander angeordneter Zylinder relativ zueinander in Form eines V angeordnet. Die eine Reihe parallel angeordneter Zylinder wird typischerweise als A-Bank bezeichnet; die relativ zu dieser Reihe in einem Winkel angeordnete Reihe paralleler Zylinder wird typischerweise als B-Bank bezeichnet. Dabei zeigt sich, dass typischerweise der in den Zylinderköpfen vorgesehene Spiralkanal zur Verwirbelung und Homogenisierung des Luft-/Brenngas-Gemischs für die geometrischen Verhältnisse der A-Bank optimiert ist, wobei er jedoch aus Kostengründen auch in der B-Bank in gleicher Weise vorgesehen sein kann. In diesem Fall ergibt sich bereits hierdurch für die Zylinder der B-Bank ein geringerer Liefergrad als für die Zylinder der A-Bank. Darüber hinaus können Unterschiede im Volumen der Gemisch-Leitung und der Abgas-Leitung, Schwankungen im Gemisch-Druck und im Abgas-Druck, eine Zündreihenfolge der Zylinder sowie strömungsmechanische Zusammenhänge zu zylinderindividuellen beziehungsweise zylinderbankindividuellen Abweichungen des Liefergrads sowohl durch stationäre als auch durch instationäre Effekte führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gemischaufgeladenen Gasmotor zu schaffen, bei welchem solche zwangsweise auftretenden Liefergradabweichungen kompensierbar sind. Zugleich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kompensation dieser Liefergradabweichungen zu schaffen. Insgesamt sollen die Vorteile eines gemischaufgeladenen Gasmotors bei über alle Zylinder möglichst gleichmäßigem Liefergrad erreicht werden.
Die Aufgabe wird gelöst, in dem ein gemischaufgeladener Gasmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.
Dadurch, dass eine separate Brenngas-Versorgung für die mindestens eine Vorkammer vorgesehen ist, ist es möglich, zusätzlich zu dem Luft-/Brenngas-Gemisch, das in den Hauptbrennraum eingelassen wird, in die Vorkammer Brenngas einzulassen und damit den Liefergrad des Zylinders zu erhöhen. Insbesondere ist es möglich, in die Vorkammer – unter Ausnutzung des realisierbaren Lambda-Bereichs – mehr Brenngas einzulassen als eigentlich zur Verstärkung der Zündenergie erforderlich ist. Dabei wird Brenngas über den mindestens einen Schusskanal in den Hauptbrennraum eingetragen, wodurch das dem Hauptbrennraum über das Einlassventil zugeführte Luft-/Brenngas-Gemisch angefettet wird. In diesem Sinne wird die Vorkammer überblasen. Auf diese Weise wird der Liefergrad des Zylinders erhöht. Insbesondere ein Zylinder, der einen schlechten Liefergrad aufweist, kann so bezüglich seines Liefergrades angehoben und vorzugsweise an Zylinder angeglichen werden, welche von vornherein einen besseren Liefergrad aufweisen. Bereits dann, wenn der gemischaufgeladene Gasmotor nur einen einzigen Zylinder aufweist, ist es mithilfe der separaten Brenngasversorgung für die Vorkammer möglich, den Liefergrad des Zylinders anzuheben. Besonders bevorzugt umfasst der gemischaufgeladene Gasmotor allerdings mindestens zwei Zylinder und/oder mindestens zwei Zylinderbänke, sodass zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen mithilfe der separaten Brenngas-Versorgung für die Vorkammern der Zylinder ausgleichbar sind.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der gemischaufgeladene Gasmotor eine Vorkammerzündkerze auf. Die Vorkammer ist demnach bei diesem Ausführungsbeispiel als Teil der Zündkerze ausgebildet. Besonders bevorzugt wird die Vorkammer durch eine dünnwandige Metallhülse gebildet, die an der Zündkerze vorgesehen ist, und die von dem mindestens einen Schusskanal durchsetzt wird. Vorkammerzündkerzen sind bezüglich ihrer Ausbildung und Funktionsweise grundsätzlich bekannt, sodass hierauf nicht näher eingegangen wird.
Der Gasmotor ist vorzugweise so ausgebildet, dass er mit Erdgas, Biogas, einem Sondergas oder einem anderen, insbesondere methanhaltigen Gas betreibbar ist. Die separate Brenngas-Versorgung für die mindestens eine Vorkammer steht vorzugsweise mit einem Vorratsbehälter für das Brenngas, insbesondere einem Tank, in Fluidverbindung, wobei besonders bevorzugt in dieser Fluidverbindung keine Vorrichtung zum Vermischen des Brenngases mit Luft vorgesehen ist. Dementsprechend ist der Gasmotor vorzugsweise so ausgebildet, dass über die separate Brenngas-Versorgung reines Brenngas in die mindestens eine Vorkammer eingebracht wird.
Es wird ein gemischaufgeladener Gasmotor bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass in einem Fluidpfad für die separate Brenngas-Versorgung der mindestens einen Vorkammer ein Ventil angeordnet ist, mithilfe dessen eine in die Vorkammer eingebrachte Brenngasmenge einstellbar ist. Mithilfe des Ventils ist es demnach möglich, die Brenngasmenge für die Vorkammer zu dosieren, um gegebenenfalls einen Liefergrad des Zylinders anheben zu können. Das Ventil ist bevorzugt als elektromagnetisches Ventil – wie in der DE 10 2004 016 260 A1 beschrieben – und/oder als zwangsgesteuertes Ventil ausgebildet.
Mithilfe der separaten Brenngas-Versorgung ist es möglich, in der Vorkammer ein Gemisch vorzusehen, das im Vergleich zu dem in den Hauptbrennraum eingelassenen Gemisch gegenüber Stöchiometrie deutlich fetter ist. Insbesondere um Schadstoffemissionen des Motors gering zu halten, wird nämlich im Hauptbrennraum eine möglichst magere Gemischqualität gegenüber Stöchiometrie realisiert, vorzugsweise wird ein Lambda-Wert von ungefähr 1,7 eingestellt. Durch die separate Brenngas-Versorgung ist es nun möglich, in der Vorkammer einen Lambda-Wert in einem Bereich von der unteren Explosionsgrenze bis zur oberen Explosionsgrenze, bevorzugt von mindestens 0,6 bis höchstens 1,2 einzustellen. Hierdurch wird zum einen der Energiegehalt in der Vorkammer insbesondere im Vergleich zu einer ungespülten Vorkammer, die in einem Kompressionstakt des Kolbens mit dem Gemisch aus dem Hauptbrennraum versorgt wird, deutlich erhöht, wodurch der Verstärkungseffekt der Zündenergie deutlich angehoben wird; zum anderen wird durch den bereits beschriebenen Effekt des Überblasens der Vorkammer das im Hauptbrennraum vorliegende Gemisch angefettet, beziehungsweise der Liefergrad des Zylinders wird verbessert.
Es wird auch ein gemischaufgeladener Gasmotor bevorzugt, der mindestens zwei Zylinder und/oder mindestens zwei Zylinderbänke umfasst und sich durch eine Steuerungseinrichtung auszeichnet, durch die mindestens ein Parameter für einen zylinderspezifischen oder zylinderbankspezifischen Liefergrad erfassbar ist. Die Ventile der Vorkammern sind durch die Steuerungseinrichtung abhängig von dem mindestens einen Parameter so ansteuerbar, dass zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen durch Anpassung der in die einzelnen Vorkammern eingebrachten Brenngasmengen angleichbar sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Gasmotors, welches keine entsprechend ausgebildete Steuerungseinrichtung umfasst, werden die in den Fluidpfaden für die separate Brenngas-Versorgung der Vorkammern angeordneten Ventile vorzugsweise in einem Motorversuch beziehungsweise auf einem Motorprüfstand einmalig eingestellt. Beispielsweise wird in dem Motorversuch ein Abstand der einzelnen Zylinder zu einer Klopfgrenze bestimmt, wobei die Ventile so eingestellt werden, dass die Zylinder möglichst nah an der Klopfgrenze betreibbar sind. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel ist es jedoch nicht möglich, während des normalen Betriebs des Motors Liefergradabweichungen zu kompensieren.
Ist dagegen eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die mindestens einen Parameter für einen zylinderspezifischen oder zylinderbankspezifischen Liefergrad erfasst und die einzelnen Ventile in Abhängigkeit des Parameters ansteuert, können während des Betriebs auftretende Liefergradabweichungen flexibel durch dynamisches Ansteuern der Ventile ausgeglichen werden. Durch die Steuerungseinrichtung ist als Parameter vorzugsweise eine Abgastemperatur hinter jedem Zylinder oder hinter jeder Zylinderbank, eine zylinder- oder zylinderbankspezifische Stickoxid-Emission und/oder ein zylinderindividueller oder zylinderbankindividueller Zylinderdruck erfassbar.
Es wird auch ein gemischaufgeladener Gasmotor bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass ein Öffnungsgrad, ein Öffnungszeitpunkt und/oder eine Öffnungsdauer des Ventils einstellbar ist. Es ist möglich, dass das Ventil nur zwei Zustände aufweist, nämlich vollständig geöffnet und vollständig geschlossen. In diesem Fall wird die in die Vorkammer eingebrachte Brenngasmenge vorzugsweise durch einen Öffnungszeitpunkt in Grad Kurbelwellenwinkel und eine Öffnungsdauer – vorzugsweise ebenfalls angegeben in Grad Kurbelwellenwinkel – bestimmt. Die Öffnungsdauer kann auch dadurch bestimmt werden, dass ein Öffnungszeitpunkt und ein Schließzeitpunkt – ebenfalls vorzugsweise in Grad Kurbelwellenwinkel – festgelegt werden. Ist es dagegen möglich, das Ventil stufenweise oder kontinuierlich zu öffnen beziehungsweise zu schließen, kann auch ein Öffnungsgrad, das heißt ein effektiver Durchtrittsquerschnitt, des Ventils variiert werden, um insbesondere bei festgehaltenem Öffnungszeitpunkt oder festgehaltener Öffnungsdauer eine in die Vorkammer eingebrachte Brenngasmenge zu variieren. Es ist selbstverständlich möglich, die verschiedenen Einstellarten eines Ventils miteinander zu kombinieren, insbesondere also sowohl den Öffnungsgrad als auch den Öffnungszeitpunkt und/oder die Öffnungsdauer einzustellen, um die in die Vorkammer eingebrachte Brenngasmenge zu variieren. Hierzu wird das Ventil vorzugsweise von der Steuerungseinrichtung und besonders bevorzugt in Abhängigkeit von dem mindestens einen Parameter angesteuert.
Schließlich wird ein gemischaufgeladener Gasmotor bevorzugt, der mindestens zwei Zylinder und/oder mindestens zwei Zylinderbänke umfasst und sich dadurch auszeichnet, dass er weiterhin einen Abgaskrümmer aufweist, der über an den Zylindern vorgesehene Auslassventile mit diesen in Fluidverbindung steht, wobei er weiterhin einen Turbolader umfasst, der mit dem Abgaskrümmer in Fluidverbindung steht, sodass Abgas von den Zylindern über den Abgaskrümmer zu dem Turbolader strömen kann. Dabei ist – in Strömungsrichtung des Abgases gesehen – vor dem Turbolader und hinter den Zylindern mindestens ein einem Zylinder oder einer Zylinderbank zugeordneter Katalysator so angeordnet, dass ein Abgasgegendruck des Katalysators zu einer Gleichstellung des Liefergrades der Zylinder oder Zylinderbänke beiträgt.
Typischerweise ist der Katalysator eines Gasmotors – in Strömungsrichtung des Abgases gesehen – hinter dem Abgasturbolader angeordnet. Dies bringt jedoch häufig Probleme mit sich, weil die Abgastemperatur hinter dem Turbolader zu gering ist, um eine effektive Katalyse zu gewährleisten, beziehungsweise weil der Katalysator durch in dem Abgas vorhandene Katalysatorgifte bei den dort herrschenden niedrigen Temperaturen rasch vergiftet wird. Es ist daher vorteilhaft, mindestens einen Katalysator vor dem Abgasturbolader anzuordnen, sodass er von deutlich heißerem Abgas durchströmt wird. Dies erhöht die Effizienz der Katalyse und verhindert wirksam eine Vergiftung des Katalysators. Der Katalysator kann außerdem deutlich kleiner ausfallen, als wenn er – in Strömungsrichtung des Abgases gesehen – hinter dem Turbolader angeordnet ist.
Vorzugsweise werden nun mehrere vergleichsweise kleine Katalysatoren im Bereich des Abgaskrümmers beispielsweise in Kompensatoren, die einer Schwingungsdämpfung und dem Ausgleich einer thermischen Ausdehnung des Abgaskrümmers dienen, angeordnet, wobei die Anordnung der Katalysatoren so gewählt wird, dass der auf individuelle Zylinder oder individuelle Zylinderbänke wirkende Abgasgegendruck der Katalysatoren dazu führt, dass Unterschiede im Liefergrad zwischen einzelnen Zylindern oder Zylinderbänken ausgeglichen werden.
Beispielsweise ist es möglich, die Größe von hinter den einzelnen Zylindern angeordneten Katalysatoren zu variieren. Weiterhin ist es möglich, nur hinter bestimmten Zylindern Katalysatoren vorzusehen, während dann vorzugsweise noch zentral vor einem Eintritt in den Turbolader ein Katalysator vorgesehen ist, sodass sich keine Abgasströme ergeben, die keinen Katalysator passieren. Entsprechend kann in Bezug auf die einzelnen Zylinderbänke vorgegangen werden.
Insgesamt ist es auf diese Weise möglich, bereits durch geschickte Wahl der Anordnung der Katalysatoren und Einstellung eines daraus resultierenden Abgasgegendrucks den Liefergrad der einzelnen Zylinder beziehungsweise Zylinderbänke möglichst weitgehend gleichzustellen, wobei durch gezielte Zumessung der in die einzelnen Vorkammern dosierten Brenngasmengen lediglich noch geringe Unterschiede ausgeglichen werden müssen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, in dem ein Verfahren zur Kompensation von Liefergradabweichungen in einem gemischaufgeladenen Gasmotor mit mindestens zwei Zylindern und/oder mindestens zwei Zylinderbänken geschaffen wird, welches die Schritte des Anspruchs 6 aufweist. Über eine separate Brenngas-Versorgung wird eine den einzelnen Vorkammern zugeführte Brenngasmenge so angepasst, dass zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen ausgeglichen werden. Es ergeben sich dabei die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem gemischaufgeladenen Gasmotor erläutert wurden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Vorkammer als Teil einer Vorkammerzündkerze vorgesehen, wie bereits in Zusammenhang mit dem Gasmotor beschrieben. Dabei wird die Vorkammer vorzugsweise von einer dünnwandigen Metallhülse gebildet, die an der Vorkammerzündkerze angeordnet und von dem mindestens einen Schusskanal durchsetzt ist.
Der Gasmotor wird vorzugsweise mit Erdgas, Biogas, einem Sondergas oder einem anderen vorzugsweise methanhaltigen Gas betrieben. Vorzugsweise wird über die separate Brenngas-Versorgung reines Brenngas, also insbesondere kein Luft-/Brenngas-Gemisch, in die Vorkammer eingebracht.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass in den Fluidpfaden für die separate Brenngasversorgung der Vorkammern jeweils ein Ventil angeordnet ist, mithilfe dessen in die Vorkammern eingebrachte Brenngasmenge eingestellt wird. Dies geschieht, in dem vorzugsweise ein Öffnungsgrad, ein Öffnungszeitpunkt und/oder eine Öffnungsdauer der Ventile insbesondere zylinderindividuell oder zylinderbankindividuell eingestellt werden.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass mindestens ein Parameter für einen zylinderspezifischen oder zylinderbankspezifischen Liefergrad erfasst wird, wobei die Ventile der Vorkammern so angesteuert werden, dass abhängig von dem Wert des mindestens einen Parameters zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen ausgeglichen werden. Bevorzugt wird der mindestens eine Parameter durch eine Steuerungseinrichtung erfasst, und bevorzugt werden die Ventile der Vorkammern durch die gleiche Steuerungseinrichtung abhängig von dem Wert des mindestens einen Parameters angesteuert. Vorzugsweise wird bei der Ansteuerung der Ventile auch ein Brenngasdruck in der separaten Brenngas-Versorgungsleitung berücksichtigt, der sich auf die bei festgehaltenem Öffnungszeitpunkt und festgehaltener Öffnungsdauer eines Ventils tatsächlich in die Vorkammer eindosierte Brenngasmenge auswirkt.
In diesem Zusammenhang wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass als Parameter eine Abgastemperatur, eine Stickoxid-Emission und/oder ein Zylinderdruck erfasst werden. Dieser mindestens eine Parameter wird vorzugsweise für jeden Zylinder einzeln oder für jede Zylinderbank erfasst. Dabei sind die Abgastemperatur, die Stickoxid-Emission und auch der Zylinderdruck während des Verbrennungstaktes charakteristisch für den Liefergrad des Zylinders. Abweichungen im Liefergrad können daher durch Veränderungen der entsprechenden Parameter festgestellt werden. Dabei steigt die Abgastemperatur eines Zylinders, wenn der Liefergrad abnimmt, weil in diesem Fall die Verbrennung nicht optimal verläuft und der Zylinder deswegen nicht die volle freiwerdende thermische Energie in mechanische Energie umsetzen kann. Entsprechend weist das Abgas dann eine höhere Temperatur auf.
Es zeigt sich, dass quasi durch ein gesteuertes „Überblasen” der Vorkammern, indem also gegebenenfalls eine erhöhte Brenngasmenge beziehungsweise überhaupt Brenngas in die Vorkammern eindosiert wird, zylinderspezifische Abweichungen in der Zylinderfüllung beziehungsweise im Liefergrad der Zylinder ausgeglichen werden können. insbesondere ist es möglich, bei Zylindern mit einem schlechten Liefergrad über eine gezielte Anfettung des Gemischs, also Einstellung eines niedrigeren Lambda-Wertes, den Innenwirkungsgrad dieser Zylinder anzuheben. Dies wirkt sich positiv auf den mechanischen Gesamtwirkungsgrad des Motors aus.
Schließlich wird noch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen so ausgeglichen werden, dass alle Zylinder näher an einer Klopfgrenze betrieben werden. Bei einem gemischaufgeladenen Gasmotor, bei dem keine Maßnahmen zur Kompensation der Liefergradabweichungen getroffen werden, geben die Zylinder mit einem guten Liefergrad die Motorklopfgrenze vor, während Zylinder mit ungenügendem Liefergrad eine Zündaussetzergrenze definieren. Dies bedeutet, dass gegebenenfalls ein Betriebspunkt des Motors nicht weiter in Richtung der Klopfgrenze angehoben werden kann, beispielsweise um den Zylindern mit ungenügendem Liefergrad mehr Leistung zu entnehmen, weil sonst die Zylinder mit gutem Liefergrad bereits zu klopfen beginnen. Umgekehrt kann der Betriebspunkt nicht in Hinblick auf die Zylinder mit gutem Liefergrad weiter in Richtung der Zündaussetzergrenze abgesenkt werden, weil sonst die Zylinder, welche einen ungenügenden Liefergrad aufweisen, schon Zündaussetzer aufweisen. Damit sind dem Betriebsbereich des Motors vergleichsweise enge Grenzen gesetzt. Durch Kompensation der zylinderspezifischen oder zylinderbankspezifischen Abweichungen im Liefergrad können diese Grenzen in der Verbrennungsentwicklung aufgeweitet werden. Da alle Zylinder dann bezüglich ihres Betriebspunktes ähnlich weit von einer Klopfgrenze beziehungsweise von einer Zündaussetzergrenze entfernt arbeiten, kann der Gesamtbetriebspunkt des Motors entsprechend über einen weiteren Bereich angehoben oder abgesenkt werden. Insbesondere ist es möglich, dem Motor insgesamt mehr Leistung zu entnehmen, indem alle Zylinder näher an der Klopfgrenze betrieben werden.
Damit zeigt sich insgesamt, dass mithilfe des gemischaufgeladenen Gasmotors beziehungsweise des Verfahrens möglich ist, zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen effizient zu kompensieren und so ein günstigeres Betriebsverhalten des Motors zu realisieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004016260 A1 [0002, 0010]

Claims

Gemischaufgeladener Gasmotor mit mindestens einem Zylinder, wobei in dem mindestens einen Zylinder ein von einem Zylinderkopf, einer Zylinderwandung und einem in dem Zylinder verlagerbar angeordneten Kolben begrenzter Brennraum angeordnet ist, der in einen Hauptbrennraum und mindestens eine, über mindestens einen Schusskanal mit dem Hauptbrennraum in Fluidverbindung stehende Vorkammer unterteilt ist, wobei dem Hauptbrennraum in einem Ansaugtakt des Kolbens ein Luft-/Brenngas-Gemisch über ein Einlassventil zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Brenngas-Versorgung für die mindestens eine Vorkammer vorgesehen ist.
Gemischaufgeladener Gasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fluidpfad für die separate Brenngas-Versorgung der mindestens einen Vorkammer ein vorzugsweise zwangsgesteuertes und/oder elektromagnetisches Ventil angeordnet ist, mithilfe dessen eine in die Vorkammer eingebrachte Brenngasmenge einstellbar ist.
Gemischaufgeladener Gasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gasmotor mindestens zwei Zylinder und/oder mindestens zwei Zylinderbänke umfasst, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung, durch die mindestens ein Parameter für einen zylinderspezifischen oder zylinderbankspezifischen Liefergrad erfassbar ist, wobei die Ventile der Vorkammern durch die Steuerungseinrichtung so ansteuerbar sind, dass zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen durch Anpassung der in die einzelnen Vorkammern eingebrachten Brenngasmengen angleichbar sind.
Gemischaufgeladener Gasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungsgrad, ein Öffnungszeitpunkt, und/oder eine Öffnungsdauer des Ventils einstellbar ist.
Gemischaufgeladener Gasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gasmotor mindestens zwei Zylinder und/oder mindestens zwei Zylinderbänke umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasmotor weiterhin einen über Auslassventile mit den Zylindern in Fluidverbindung stehenden Abgaskrümmer und einen mit dem Abgaskrümmer in Fluidverbindung stehenden Turbolader umfasst, wobei Abgas von den Zylindern über den Abgaskrümmer zu dem Turbolader strömen kann, wobei – in Strömungsrichtung des Abgases gesehen – vor dem Turbolader mindestens ein einem Zylinder oder einer Zylinderbank zugeordneter Katalysator so angeordnet ist, dass ein Abgasgegendruck des Katalysators zu einer Gleichstellung des Liefergrades der Zylinder oder Zylinderbänke beiträgt.
Verfahren zur Kompensation von Liefergradabweichungen in einem gemischaufgeladenen Gasmotor mit mindestens zwei Zylindern und/oder mindestens zwei Zylinderbänken, wobei in jedem Zylinder ein von einem Zylinderkopf, einer Zylinderwandung und einem in dem Zylinder verlagerbar angeordneten Kolben begrenzter Brennraum angeordnet ist, der in einen Hauptbrennraum und mindestens eine über mindestens einen Schusskanal mit dem Hauptbrennraum in Fluidverbindung stehende Vorkammer unterteilt ist, wobei dem Hauptbrennraum in einem Ansaugtakt des Kolbens ein Luft-/Brenngas-Gemisch über ein Einlassventil zugeführt wird, wobei die mindestens eine Vorkammer über eine separate Brenngas-Versorgung mit Brenngas versorgt wird, und wobei eine den einzelnen Vorkammern zugeführte Brenngasmenge so angepasst wird, dass zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen ausgeglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Fluidpfaden für die separate Brenngasversorgung der Vorkammern ein vorzugsweise zwangsgesteuertes und/oder elektromagnetisches Ventil angeordnet ist, mithilfe dessen die in die Vorkammer eingebrachte Brenngasmenge eingestellt wird, in dem vorzugsweise ein Öffnungsgrad, ein Öffnungszeitpunkt und/oder eine Öffnungsdauer der Ventile eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter für einen zylinderspezifischen oder zylinderbankspezifischen Liefergrad erfasst wird, wobei die Ventile der Vorkammern so angesteuert werden, dass abhängig von dem Wert des mindestens einen Parameters zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen ausgeglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter eine Abgastemperatur, eine Stickoxid-Emission und/oder ein Zylinderdruck vorzugsweise zylinderindividuell und/oder zylinderbankindividuell erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen so ausgeglichen werden, dass alle Zylinder näher an einer Klopfgrenze betrieben werden.