DE102016206856A1 - Method and control device for operating a gas engine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors (10) mit einem Abgaskatalysator (13) und mit einer Abgasrückführung (12), wobei der Gasmotor (10) Zylinder (11) aufweist, die eine Hauptbrennkammer (14) und eine Vorbrennkammer (15) aufweisen, wobei die Zylinder (11) verlassendes Abgas (23) über den Abgaskatalysator (13) leitbar ist, und wobei ein Teil des die Zylinder verlassenden Abgases (23) über die Abgasrückführung (12) in Richtung auf die Zylinder (11) führbar ist. In einer ersten Betriebsstrategie wird der Gasmotor (10) derart betrieben wird, dass über die Abgasrückführung (12) geleitetes Abgas (23) in Richtung auf die Hauptbrennkammern (14) der Zylinder geführt wird, sodass das den Hauptbrennkammern zuzuführende Gas/Luft-Gemisch (18) Abgas enthält; dass über die Abgasrückführung geleitetes Abgas (23) nicht in Richtung auf die Vorbrennkammern (15) der Zylinder geführt wird, sodass das den Vorbrennkammern zuzuführende Gas/Luft-Gemisch (19) kein Abgas enthält; dass der Gasanteil des den Hauptbrennkammern (14) der Zylinder (11) zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs (18) derart geregelt wird, dass die Verbrennung in den Zylindern bei einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis bzw. einem Lambdawert von 1 erfolgt.A method of operating a gas engine (10) having an exhaust gas catalyst (13) and an exhaust gas recirculation (12), the gas engine (10) having cylinders (11) having a main combustion chamber (14) and a pre-combustion chamber (15) Cylinder (11) leaving the exhaust gas (23) via the catalytic converter (13) is conductive, and wherein a portion of the cylinder leaving the exhaust gas (23) via the exhaust gas recirculation (12) in the direction of the cylinder (11) is feasible. In a first operating strategy, the gas engine (10) is operated in such a way that exhaust gas (23) conducted via the exhaust gas recirculation (12) is guided in the direction of the main combustion chambers (14) of the cylinders, so that the gas / air mixture to be supplied to the main combustion chambers ( 18) contains exhaust gas; that via the exhaust gas recirculation led exhaust gas (23) is not guided in the direction of the Vorbrennkammern (15) of the cylinder, so that the pre-combustion chambers to be supplied gas / air mixture (19) contains no exhaust gas; in that the gas portion of the gas / air mixture (18) to be supplied to the main combustion chambers (14) of the cylinders (11) is controlled in such a way that the combustion takes place in the cylinders at a stoichiometric combustion air ratio or a lambda value of 1.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors und eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for operating a gas engine and a control device for carrying out the method.

Aus der Praxis sind Gasmotoren mit einem Abgaskatalysator und einer Abgasrückführung bekannt, wobei Abgas, welches bei der Verbrennung eines Gas/Luft-Gemischs in Zylindern des Gasmotors entsteht, über den Abgaskatalysator leitbar ist, und wobei ein Teil des die Zylinder verlassenden Abgases über die Abgasrückführung in Richtung auf die Zylinder zurückführbar bzw. mit einem den Zylindern zuzuführenden Gas/Luft-Gemisch mischbar ist. From practice gas engines with an exhaust gas catalyst and an exhaust gas recirculation are known, wherein exhaust gas, which is produced in the combustion of a gas / air mixture in cylinders of the gas engine, via the catalytic converter can be conducted, and wherein a portion of the cylinder leaving the exhaust gas via the exhaust gas recirculation in the direction of the cylinder traceable or miscible with a cylinder to be supplied to the gas / air mixture.

Ferner sind aus der Praxis Gasmotoren nach dem Magerbrennverfahren (überstöchiometrisch) bekannt, deren Zylinder entweder ausschließlich eine Hauptbrennkammer oder zusätzlich zu einer Hauptbrennkammer eine Vorbrennkammer aufweisen, wobei bei Gasmotoren, deren Zylinder eine Hauptbrennkammer und eine Vorbrennkammer aufweisen, in der Vorbrennkammer ein Gas/Luft-Gemisch gezündet wird, welches das der jeweiligen Hauptbrennkammer des jeweiligen Zylinders zugeführte Gas/Luft-Gemisch entzündet. Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren, wenn der Vorbrennkammer oder Vorkammer zusätzlich Kraftstoff zugeführt wird. Man spricht in diesem Fall von gespülter Vorkammer. Der Vorkammer wird hierbei lediglich Kraftstoff (i.d.R. Gas) zugeführt. Der zur Verbrennung notwendige Sauerstoff strömt während der Kompressionsphase über die Überströmbohrungen der Vorkammer aus dem Hauptbrennraum in die Vorkammer. In diesem Fall entspricht die Zusammensetzung der überströmenden Masse der des Hauptbrennraumes. Der Vorteil des gespülten Vorkammerbrennverfahrens besteht darin, dass der Brennraum somit in einen fetteren Bereich (Vorkammer) und in einen mageren Bereich unterteilt wird. Durch den fetteren Bereich in der Vorkammer entsteht eine schnelle Entflammung, welche mittels in den Hauptbrennraum übertretenden energiereichen Fackelstrahlen diesen mageren Hauptbrennraum schnell entflammt. Da der Hauptbrennraum sehr mager ist, ist entstehen nur geringe Stickoxidemissionen und es besteht nur eine geringe Klopfneigung, wodurch hohe Leistungsdichten und hohe Wirkungsgrade ermöglicht werden. In Summe wird der Motor mager betrieben, wodurch eine katalytische Abgasreinigung nach dem 3-Wege-Prinzip nicht möglich ist. Furthermore, gas engines according to the lean burn process (superstoichiometric) are known, whose cylinders either exclusively have a main combustion chamber or in addition to a main combustion chamber a pre-combustion chamber, wherein in gas engines whose cylinders have a main combustion chamber and a pre-combustion chamber, in the pre-combustion chamber, a gas / air Mixture is ignited, which ignites the respective main combustion chamber of the respective cylinder supplied gas / air mixture. This method is particularly advantageous if additional fuel is supplied to the pre-combustion chamber or prechamber. In this case one speaks of flushed antechamber. The prechamber is supplied with fuel (i.d.R. During the compression phase, the oxygen required for combustion flows via the overflow holes of the prechamber from the main combustion chamber into the prechamber. In this case, the composition of the overflowing mass corresponds to that of the main combustion chamber. The advantage of the purged pre-chamber combustion method is that the combustion chamber is thus subdivided into a richer area (pre-chamber) and into a lean area. Due to the richer area in the antechamber, a rapid ignition occurs, which quickly ignites this lean main combustion chamber by means of high-energy torchbeams passing into the main combustion chamber. Since the main combustion chamber is very lean, only small nitrogen oxide emissions are produced and there is only a slight tendency to knock, which makes high power densities and high efficiencies possible. In total, the engine is operated lean, whereby a catalytic exhaust gas purification according to the 3-way principle is not possible.

Es besteht Bedarf an einem Verfahren, mit Hilfe dessen ein Gasmotor, dessen Zylinder eine Hauptbrennkammer und eine Vorbrennkammer aufweisen, und der einen Abgaskatalysator und eine Abgasrückführung aufweist, bei hohem Wirkungsgrad des Motors und geringer Klopfneigung sowie effektiver Abgasreinigung im Bereich des Abgaskatalysators betrieben werden kann. There is a need for a method by which a gas engine, the cylinder of which has a main combustion chamber and a pre-combustion chamber and which has an exhaust gas catalyst and exhaust gas recirculation, can be operated with high engine efficiency and low tendency to knock as well as effective exhaust gas purification in the region of the catalytic converter.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren und eine Steuerungseinrichtung zum Betreiben eines Gasmotors zu schaffen. On this basis, the invention is based on the object to provide a novel method and a control device for operating a gas engine.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird in einer ersten Betriebsstrategie der Motor derart betrieben wird, dass über die Abgasrückführung geleitetes Abgas in Richtung auf die Hauptbrennkammern der Zylinder geführt wird, sodass das den Hauptbrennkammern zuzuführende Gas/Luft-Gemisch Abgas enthält; dass über die Abgasrückführung geleitetes Abgas nicht in Richtung auf die Vorbrennkammern der Zylinder geführt wird, sodass das den Vorbrennkammern zuzuführende Gas/Luft-Gemisch kein Abgas enthält; und dass der Gasanteil des den Hauptbrennkammern der Zylinder zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs derart geregelt wird, dass die Verbrennung in den Zylindern in Summe bei einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis bzw. einem Lambdawert von 1 erfolgt. This object is achieved by a method according to claim 1. According to the invention, in a first operating strategy, the engine is operated such that exhaust gas conducted via the exhaust gas recirculation is guided in the direction of the main combustion chambers of the cylinders, so that the gas / air mixture to be supplied to the main combustion chambers contains exhaust gas; that exhaust gas conducted via the exhaust gas recirculation is not guided in the direction of the preburner chambers of the cylinders, so that the gas / air mixture to be supplied to the precombustion chambers does not contain exhaust gas; and that the gas content of the gas / air mixture to be supplied to the main combustion chambers of the cylinders is controlled so that the combustion in the cylinders takes place in total at a stoichiometric combustion air ratio or a lambda value of 1.

Das den Hauptbrennkammern der Zylinder zugeführte Gas/Luft-Gemisch ist in der ersten Betriebsstrategie des Motors mit Abgas gemischt. Das den Vorbrennkammern der Zylinder zuzuführende Gas/Luft-Gemisch ist hingegen nicht mit Abgas gemischt. Es ist eine effektive Zündung des Gas/Luft-Gemischs in den Vorbrennkammern der Zylinder sowie in den Hauptbrennkammern der Zylinder möglich. Vorzugsweise wird die Gas-Luftmischung unter hohem Druck in der Kompressionsphase in die Vorkammer eingedüst, wodurch das aus dem Hauptbrennraum einströmende Gemisch mit rückgeführtem Abgas verdrängt wird und somit die Entflammung in der Vorkammer weiter optimiert wird. The gas / air mixture supplied to the main combustion chambers of the cylinders is mixed with exhaust gas in the first operating strategy of the engine. The pre-combustion chambers of the cylinder to be supplied gas / air mixture, however, is not mixed with exhaust gas. Effective ignition of the gas / air mixture in the preburner chambers of the cylinders and in the main combustion chambers of the cylinders is possible. Preferably, the gas-air mixture is injected under high pressure in the compression phase in the pre-chamber, whereby the flowing in from the main combustion chamber mixture is displaced with recycled exhaust gas and thus the flame in the pre-chamber is further optimized.

Durch die Spülung der Vorbrennkammern mit einem abgasfreien Gas/Luft-Gemisch kann ein Maximum an Zündenergie und kinetischer Energie in die Hauptbrennkammern der Zylinder übertragen werden. Durch das Abgas des den Hauptbrennkammern der Zylinder zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs werden die Hauptbrennkammern der Zylinder inertisiert, wodurch sich geringere Verbrennungstemperaturen, eine geringere Klopfneigung und geringere Bauteiltemperaturen ergeben. By flushing the precombustion chambers with an exhaust-free gas / air mixture, a maximum of ignition energy and kinetic energy can be transferred to the main combustion chambers of the cylinders. By the exhaust gas of the main combustion chambers of the cylinder to be supplied gas / air mixture, the main combustion chambers of the cylinder are rendered inert, resulting in lower combustion temperatures, a lower tendency to knock and lower component temperatures.

Der die Verbrennung verlangsamende Effekt des Abgasanteils des Gas/Luft-Gemischs in den Hauptbrennkammern der Zylinder kann durch das Gas/Luft-Gemisch in den Vorbrennkammern der Zylinder kompensiert werden, nämlich dadurch, dass über das Gas/Luft-Gemisch der Vorbrennkammern in die Hauptbrennkammern maximale Zündenergie und maximale kinetische Energie eingebracht werden können. The combustion slowing effect of the exhaust gas portion of the gas / air mixture in the main combustion chambers of the cylinder can be compensated by the gas / air mixture in the prebake chambers of the cylinder, namely the fact that on the gas / air mixture of Vorbrennkammern in the main combustion chambers maximum ignition energy and maximum kinetic energy can be introduced.

Dadurch, dass der Gasanteil des den Hauptbrennkammern der Zylinder zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs derart geregelt wird, dass in den Zylindern ein Lambda-Wert von 1 vorliegt und demnach dieselben ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis aufweisen, kann der den Gasmotor nachgelagerte Abgaskatalysator, bei welchem es sich vorzugsweise um einen 3-Wege-Abgaskatalysator handelt, mit maximaler Wirksamkeit betrieben werden. Somit können die Vorteile des vorgenannten Magerbrennverfahrens mit gasgespülter Vorkammer (niedrige Bauteil- und Abgastemperatur bei hohem Wirkungsgrad durch geringe Klopfneigung) mit den Vorteilen eines Lambda 1-Brennverfahrens mit 3-Wege-Katalysator (niedrigste Emissionen) verknüpft werden. Characterized in that the gas content of the main combustion chambers of the cylinder to be supplied gas / air mixture is controlled so that in the cylinders has a lambda value of 1 and therefore have a stoichiometric combustion air ratio, the gas engine downstream catalytic converter, in which it preferably is a 3-way catalytic converter, are operated with maximum efficiency. Thus, the advantages of the aforementioned lean burn process with gas-rinsed prechamber (low component and exhaust gas temperature at high efficiency by low tendency to knock) with the advantages of a Lambda 1 combustion process with 3-way catalyst (lowest emissions) can be linked.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das den Vorbrennkammern der Zylinder zuzuführenden Gas/Luft-Gemisch einen Lambdawert zwischen 0,8 und 1,1 auf, wobei der Gasanteil des den Hauptbrennkammern der Zylinder zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs derart geregelt wird, dass in den Zylindern bilanziert über Hauptbrennraum und Vorkammer das Gas/Luft-Gemisch ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis bzw. einen Lambdawert von 1 aufweist. Diese Weiterbildung der Erfindung erlaubt einen besonders vorteilhaften Betrieb eines Gasmotors bei geringer Klopfneigung, hohem Motorwirkungsgrad und hoher Effektivität der Abgasreinigung in dem Gasmotor nachgelagerten Abgaskatalysator. According to an advantageous embodiment of the invention, the pre-combustion chambers of the cylinder to be supplied gas / air mixture has a lambda value between 0.8 and 1.1, wherein the gas content of the main combustion chambers of the cylinder to be supplied gas / air mixture is controlled such that in Having the cylinders balanced via the main combustion chamber and the pre-chamber, the gas / air mixture has a stoichiometric combustion air ratio or a lambda value of 1. This development of the invention allows a particularly advantageous operation of a gas engine with low tendency to knock, high engine efficiency and high efficiency of the exhaust gas purification in the gas engine downstream catalytic converter.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird in einer zweiten Betriebsstrategie der Gasanteil des den Hauptbrennkammern der Zylinder zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs derart geregelt, dass in den Zylindern das Gas/Luft-Gemisch einen Lambdawert größer 1 aufweist. Hierbei wird vorzugsweise die Abgasrückführung gegenüber der ersten Betriebsstrategie reduziert, um weniger Abgas mit dem den Hauptbrennkammern der Zylinder zuzuführenden Gas/Luft-Gemisch zu mischen. According to an advantageous development, in a second operating strategy, the gas fraction of the gas / air mixture to be supplied to the main combustion chambers of the cylinder is controlled such that the gas / air mixture has a lambda value greater than 1 in the cylinders. In this case, the exhaust gas recirculation is preferably reduced compared with the first operating strategy in order to mix less exhaust gas with the gas / air mixture to be supplied to the main combustion chambers of the cylinders.

Die zweite Betriebsstrategie ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Gasmotor mit schwankenden Gasqualitäten betrieben werden soll. Es können hierbei bezüglich Methanzahl schwankende Gasqualitäten ausgeregelt werden. Ferner ist die zweite Betriebsstrategie von Vorteil, wenn insbesondere bei mobilem Einsatz des Gasmotors sich Emissionsvorschriften ergeben, bei denen durch den Betriebsstrategiewechsel sich für den Kunden Kostenvorteile ergeben. The second operating strategy is particularly advantageous if the gas engine is to be operated with fluctuating gas qualities. It can be adjusted here in terms of methane number fluctuating gas qualities. Furthermore, the second operating strategy is advantageous if, in particular in the case of mobile use of the gas engine, emission regulations arise in which the operating strategy change results in cost advantages for the customer.

Die Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 9 definiert. The control device for carrying out the method is defined in claim 9.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings. Showing:

1 ein Blockschaltbild eines Gasmotors mit Abgaskatalysator; und 1 a block diagram of a gas engine with catalytic converter; and

2: ein Detail der 1 im Bereich eines Zylinders des Gasmotors. 2 : a detail of 1 in the area of a cylinder of the gas engine.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors und eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for operating a gas engine and a control device for carrying out the method.

1 zeigt stark schematisiert ein Blockschaltbild eines Gasmotors 10 mit mehreren Zylindern 11, mit einer Abgasrückführung 12 und einem Abgaskatalysator 13. 2 zeigt ein Detail des Gasmotors 10 im Bereich eines Zylinders 11 desselben. 1 shows a highly schematic block diagram of a gas engine 10 with several cylinders 11 , with exhaust gas recirculation 12 and an exhaust gas catalyst 13 , 2 shows a detail of the gas engine 10 in the area of a cylinder 11 thereof.

Jeder Zylinder 11 des Gasmotors 10 verfügt über eine Hauptbrennkammer 14 und eine mit der Hauptbrennkammer 14 gekoppelte Vorbrennkammer 15. In der Hauptbrennkammer 14 bewegt sich ein Kolben 16 des jeweiligen Zylinders 11 auf und ab, wobei der Kolben 16 über eine Pleuelstange 17 mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle gekoppelt ist. Every cylinder 11 of the gas engine 10 has a main combustion chamber 14 and one with the main combustion chamber 14 coupled pre-combustion chamber 15 , In the main combustion chamber 14 a piston moves 16 of the respective cylinder 11 up and down, with the piston 16 over a connecting rod 17 is coupled with a crankshaft, not shown.

Den Hauptbrennkammern 14 der Zylinder 11 des Gasmotors 10 ist ein Gas/Luft-Gemisch 18 zuführbar, welches in der Hauptbrennkammer 14 des jeweiligen Zylinders 11 verbrannt wird. Zur Zündung des Gas/Luft-Gemischs 18 der Hauptbrennkammern 14 dient ein weiteres Gas/Luft-Gemisch 19, welches der Vorbrennkammer 15 des jeweiligen Zylinders 11 des Gasmotors 10 zugeführt und über eine Zündeinrichtung 20 in der Vorbrennkammer 15 gezündet wird, wobei die hierbei freigesetzte Energie des in der Vorbrennkammer 15 des jeweiligen Zylinders 11 gezündeten Gas/Luft-Gemischs 19 in die jeweilige Hauptbrennkammer 14 eingetragen wird, um in der jeweiligen Hauptbrennkammer 14 das Gas/Luft-Gemisch 18 zu entzünden. The main combustion chambers 14 the cylinder 11 of the gas engine 10 is a gas / air mixture 18 can be fed, which in the main combustion chamber 14 of the respective cylinder 11 is burned. To ignite the gas / air mixture 18 the main combustion chambers 14 serves another gas / air mixture 19 , which is the pre-combustion chamber 15 of the respective cylinder 11 of the gas engine 10 supplied and via an ignition device 20 in the pre-combustion chamber 15 is ignited, the energy released in this case in the pre-combustion chamber 15 of the respective cylinder 11 ignited gas / air mixture 19 into the respective main combustion chamber 14 is registered to in the respective main combustion chamber 14 the gas / air mixture 18 to ignite.

2 zeigt weiterhin ein Einlassventil 21 für das der Hauptbrennkammer 14 des gezeigten Zylinders 11 zuzuführende Gas/Luft-Gemisch 18 und ein Auslassventil 22 für bei der Verbrennung des Gas/Luft-Gemischs entstehendes Abgas 23. 2 also shows an inlet valve 21 for that of the main combustion chamber 14 of the cylinder shown 11 supplied gas / air mixture 18 and an exhaust valve 22 for exhaust gas produced during the combustion of the gas / air mixture 23 ,

Wie bereits ausgeführt, umfasst der Gasmotor 10 eine Abgasrückführung 12 und einen Abgaskatalysator 13. Abgas 23, welches die Zylinder 11 des Gasmotors 10 verlässt, ist über den Abgaskatalysator 13 leitbar, bei welchem es sich vorzugsweise um einen 3-Wege-Abgaskatalysator handelt. Ein Teil des Abgases 23 ist über die Abgasrückführung 12 führbar, nämlich abhängig von einer Öffnungsstellung eines Abgasrückführventils 24 der Abgasrückführung 12. As already stated, the gas engine includes 10 an exhaust gas recirculation 12 and an exhaust gas catalyst 13 , exhaust 23 which is the cylinder 11 of the gas engine 10 Leaves is over the catalytic converter 13 conductive, which is preferably a 3-way catalytic converter. Part of the exhaust gas 23 is about the exhaust gas recirculation 12 feasible, namely depending on an open position of an exhaust gas recirculation valve 24 the exhaust gas recirculation 12 ,

Über die Abgasrückführung 12 geleitetes Abgas 23 kann mit Hilfe eines Abgasrückführkühlers 25 gekühlt werden. About the exhaust gas recirculation 12 guided exhaust 23 can with the help of an exhaust gas recirculation cooler 25 be cooled.

Um einen solchen Gasmotor 10 mit Abgaskatalysator 13 und Abgasrückführung 12 bei hohem Motorwirkungsgrad, geringer Klopfneigung des Gasmotors 10 und effektiver Abgasnachbehandlung im Abgaskatalysator 13 betreiben zu können, wird der Gasmotor 10 in einer ersten, erfindungsgemäßen Betriebsstrategie betrieben. To such a gas engine 10 with catalytic converter 13 and exhaust gas recirculation 12 with high engine efficiency, low tendency to knock the gas engine 10 and effective exhaust aftertreatment in the catalytic converter 13 to operate, is the gas engine 10 operated in a first operating strategy according to the invention.

In der erfindungsgemäßen Betriebsstrategie wird über die Abgasrückführung 12 geleitetes Abgas 23 in Richtung auf die Hauptbrennkammern 14 der Zylinder 11 geführt, sodass das den Hauptbrennkammern 14 zuzuführende Gas/Luft-Gemisch 18 Abgas enthält. Über die Abgasrückführung 12 geleitetes Abgas 23 wird hingegen nicht in Richtung auf die Vorbrennkammern 15 der Zylinder 11 geführt, sodass das den Vorbrennkammern 15 zuzuführende Gas/Luft-Gemisch 19 kein Abgas enthält. Der Gasanteil des den Hauptbrennkammern 14 der Zylinder 11 zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs 18 wird derart geregelt, dass die Verbrennung in den Zylindern 11 bei einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis bzw. einem Lambdawert von 1 erfolgt. In der ersten Betriebsstrategie wird demnach den Hauptbrennkammern 14 der Zylinder 11 des Gasmotors 10 ein mit Abgas 23 vermischtes Gas/Luft-Gemisch 18 aus Gas 26 und Ladeluft 27 zugeführt, wohingegen den Vorbrennkammern 15 der Zylinder 11 des Gasmotors 10 ein abgasfreies Gas/Luft-Gemisch 19 aus Gas 26 und Ladeluft 27 zuführt wird. Weiterhin wird der Gasanteil des den Hauptbrennkammern 14 der Zylinder 11 des Gasmotors 10 zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs 18 derart geregelt, dass in den Zylindern 11 das Gas/Luft-Gemisch ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis bzw. einen Lambda-Wert von 1 aufweist. Durch die Kombination dieser Maßnahmen der ersten Betriebsstrategie kann der Gasmotor 10 bei hohem Wirkungsgrad und geringer Klopfneigung sowie bei hoher Effektivität der Abgasreinigung im Abgaskatalysator 10 betrieben werden. In the operating strategy according to the invention is about the exhaust gas recirculation 12 guided exhaust 23 towards the main combustion chambers 14 the cylinder 11 led, so that the main combustion chambers 14 supplied gas / air mixture 18 Contains exhaust gas. About the exhaust gas recirculation 12 guided exhaust 23 is not in the direction of the Vorbrennkammern 15 the cylinder 11 led, so that the Vorbrennkammern 15 supplied gas / air mixture 19 contains no exhaust gas. The gas content of the main combustion chambers 14 the cylinder 11 supplied gas / air mixture 18 is regulated so that the combustion in the cylinders 11 takes place at a stoichiometric combustion air ratio or a lambda value of 1. In the first operating strategy is therefore the main combustion chambers 14 the cylinder 11 of the gas engine 10 one with exhaust 23 mixed gas / air mixture 18 from gas 26 and charge air 27 fed, whereas the Vorbrennkammern 15 the cylinder 11 of the gas engine 10 an exhaust-free gas / air mixture 19 from gas 26 and charge air 27 is supplied. Furthermore, the gas content of the main combustion chambers 14 the cylinder 11 of the gas engine 10 supplied gas / air mixture 18 so regulated that in the cylinders 11 the gas / air mixture has a stoichiometric combustion air ratio or a lambda value of 1. By combining these measures of the first operating strategy, the gas engine can 10 At high efficiency and low tendency to knock and high efficiency of the exhaust gas purification in the catalytic converter 10 operate.

In der ersten Betriebsstrategie wird der über die Abgasrückführung 12 geleitete Abgasstrom 23, der über den Abgasrückführkühler 25 gekühlt wird, abhängig vom aktuellen Betriebspunkt des Gasmotors 10 fest eingestellt, nämlich durch entsprechende Einstellung des Abgasrückführventils 24. Die Sollstellung des Rückführventils 24 ist idealerweise in einem Kennfeld der Motorsteuerung hinterlegt. In der ersten Betriebsstrategie des Gasmotors 10, in welcher derselbe demnach in verschiedenen Betriebspunkten bzw. Lastpunkten betrieben werden kann, wird dem Gas/Luft-Gemisch 18 demnach ein betriebspunktabhängiger fester Abgasstrom 23 über die Abgasrückführung 12 beigemischt, und zwar abhängig von der Öffnungsstellung des Abgasregelventils 24. In the first operating strategy, the exhaust gas recirculation is used 12 directed exhaust gas flow 23 that is above the exhaust gas recirculation cooler 25 is cooled, depending on the current operating point of the gas engine 10 fixed, namely by appropriate adjustment of the exhaust gas recirculation valve 24 , The nominal position of the return valve 24 is ideally stored in a map of the engine control. In the first operating strategy of the gas engine 10 , in which the same can therefore be operated at different operating points or load points, the gas / air mixture 18 accordingly an operating point-dependent fixed exhaust gas flow 23 via the exhaust gas recirculation 12 admixed, depending on the opening position of the exhaust gas control valve 24 ,

Der Gasanteil des den Hauptbrennkammern 14 der Zylinder 11 zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs 18 wird über ein oder mehrere Gasventile 29 eingestellt, welches von einer Steuerungseinrichtung 30 angesteuert wird, nämlich derart, dass in den Zylindern 11 das Gas bei einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis bzw. mit einem Lambda-Wert von 1 verbrannt wird. Zu dieser Lambda-Regelung dient eine Lambdasonde 31, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 13 positioniert ist und das Abgas 23, welches den Gasmotor 10 verlässt, analysiert, wobei abhängig vom Messsignal der Lambdasonde 31 die Steuerungseinrichtung 30 das Gasregelventil 29 und damit den Gasanteil des den Hauptbrennkammern 14 der Zylinder 11 des Gasmotors 10 zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs 18 derart einstellt, dass in den Zylindern 11 ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis bzw. ein Lambda-Wert von 1 herrscht. The gas content of the main combustion chambers 14 the cylinder 11 supplied gas / air mixture 18 is via one or more gas valves 29 set, which of a control device 30 is controlled, namely such that in the cylinders 11 the gas is burned at a stoichiometric combustion air ratio or with a lambda value of 1. For this lambda control is a lambda probe 31 upstream of the catalytic converter 13 is positioned and the exhaust 23 which is the gas engine 10 leaves, analyzed, depending on the measurement signal of the lambda probe 31 the control device 30 the gas control valve 29 and thus the gas content of the main combustion chambers 14 the cylinder 11 of the gas engine 10 supplied gas / air mixture 18 adjusted so that in the cylinders 11 a stoichiometric combustion air ratio or a lambda value of 1 prevails.

Über die Beimischung des vorzugsweise gekühlten Abgases 23 über die Abgasrückführung 12 in das den Hauptbrennkammern 14 der Zylinder 11 zuzuführende Gas/Luft-Gemisch 18 werden die Hauptbrennkammern 14 der Zylinder 11 des Gasmotors 10 inertisiert. Hierdurch ergeben sich geringere Verbrennungstemperaturen, geringere Bauteiltemperaturen und eine geringere Klopfneigung für den Gasmotor 10. Dadurch, dass das den Vorbrennkammern 15 zugeführte Gas/Luft-Gemisch 19 abgasfrei ist und demnach eine andere Gas/Luft-Gemisch-Zusammensetzung aufweist, kann das Gas/Luft-Gemisch 19 in den Vorbrennkammern 15 der Zylinder 11 des Gasmotors 10 zur Gewährleistung einer maximalen Brenngeschwindigkeit und unter Eintrag eines Maximums an Zündenergie und kinetischer Energie in den Hauptbrennkammern 14 gezündet werden. Auf diesem Weg ist es möglich, den die Verbrennung des Gases in den Hauptbrennkammern 14 verlangsamenden Effekt des Abgasanteils im Gas/Luft-Gemisch 18 zu kompensieren. Dadurch, dass der Gasanteil das den Hauptbrennkammern 14 der Zylinder 11 des Gasmotors 10 zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs 18 unter Gewährleistung eines Lambda-Werts von 1 bzw. eines stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnisses eingeregelt wird, kann der Abgaskatalysator 13 Abgas effektiv reinigen. About the admixture of the preferably cooled exhaust gas 23 via the exhaust gas recirculation 12 in the main combustion chambers 14 the cylinder 11 supplied gas / air mixture 18 become the main burning chambers 14 the cylinder 11 of the gas engine 10 rendered inert. This results in lower combustion temperatures, lower component temperatures and a lower tendency to knock the gas engine 10 , By doing that, the pre-combustion chambers 15 supplied gas / air mixture 19 is exhaust-free and therefore has a different gas / air mixture composition, the gas / air mixture 19 in the precombustion chambers 15 the cylinder 11 of the gas engine 10 to ensure a maximum burning rate and to record a maximum of ignition energy and kinetic energy in the main combustion chambers 14 to be detonated. In this way it is possible that the combustion of the gas in the main combustion chambers 14 Slowing effect of the exhaust gas fraction in the gas / air mixture 18 to compensate. The fact that the proportion of gas that the main combustion chambers 14 the cylinder 11 of the gas engine 10 supplied gas / air mixture 18 is controlled by ensuring a lambda value of 1 or a stoichiometric combustion air ratio, the exhaust gas catalyst 13 Clean exhaust gas effectively.

Vorzugsweise weist das den Vorbrennkammern 15 der Zylinder 11 des Gasmotors 10 zuzuführende Gas/Luft-Gemisch 19, welches abgasfrei ist, einen Lambda-Wert zwischen 0,8 und 1,1, vorzugsweise einen Lambda-Wert zwischen 0,8 und 0,9 auf. Dies ist zur Gewährleistung einer maximalen Brenngeschwindigkeit und des Eintrags ein Maximum an Zündenergie und kinetischer Energie in die Hauptbrennkammern 14 besonders vorteilhaft. Das den Hauptbrennkammern 14 zuzuführende Gas/Luft-Gemisch 18, welches in der ersten Betriebsstrategie mit Abgas 23 vermischt ist, weist einen anderen Lambda-Wert auf, der vom Lambda-Wert des den Vorbrennkammern 15 zugeführten Gas/Luft-Gemischs 19 abhängig ist. Der Gasanteil des den Hauptbrennkammern 14 zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs 18 wird über die Lambda-Regelung geregelt, nämlich derart, dass in den Zylindern 11 inklusive Vorkammer in Summe ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis und damit eine Verbrennung bei einem Lambda-Wert von 1 herrscht. This preferably has the precombustion chambers 15 the cylinder 11 of the gas engine 10 supplied gas / air mixture 19 , which is exhaust-free, a lambda value between 0.8 and 1.1, preferably a lambda value between 0.8 and 0.9. This is to ensure a maximum burning rate and the entry of maximum ignition energy and kinetic energy in the main combustion chambers 14 especially advantageous. The main combustion chambers 14 supplied gas / air mixture 18 , which in the first operating strategy with exhaust 23 is mixed, has a different lambda value, the lambda value of the pre-combustion chambers 15 supplied gas / air mixture 19 is dependent. The gas content of the main combustion chambers 14 supplied gas / air mixture 18 is controlled by the lambda control, namely such that in the cylinders 11 including pre-chamber in total a stoichiometric combustion air ratio and thus combustion at a lambda value of 1 prevails.

In einer zweiten Betriebsstrategie des Gasmotors 10 kann vorgesehen sein, den Gasanteil des Gases 26 in dem den Hauptbrennkammern 14 der Zylinder 11 des Gasmotors 10 zuzuführenden Gas/Luft-Gemisch 18 derart einzuregeln, dass in den Zylindern 11 ein Lambda-Wert größer 1 herrscht, wobei dann der Gasmotor 10 in dieser zweiten Betriebsstrategie als Magermotor mit einem mageren Gas/Luft-Gemisch betrieben wird. In der zweiten Betriebsstrategie kann das den Hauptbrennkammern 14 zuzuführende Gas/Luft-Gemisch 18 ebenfalls mit Abgas 23, welches über die Abgasrückführung 12 geführt wird, gemischt werden, wobei jedoch im Vergleich zur ersten Betriebsstrategie die über die Abgasrückführung 12 geleitete Gasmenge reduziert wird, nämlich durch stärkeres Schließen des Abgasrückführventils 24, um weniger Abgas mit dem den Hauptbrennkammern 14 der Zylinder 11 zuzuführenden Gas/Luft-Gemisch 18 zu mischen. Gegebenenfalls kann das Abgasrückführventil 24 vollständig geschlossen werden, sodass dann in der zweiten Betriebsstrategie das Gas/Luft-Gemisch 18 der Hauptbrennkammern 14 kein Abgas enthält. Die zweite Betriebsstrategie ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Gasmotor 10 mit schwankenden Gasqualitäten zu betreiben ist, sowie dann, wenn insbesondere bei mobilem Einsatz des Gasmotors unterschiedliche Emissionsvorschriften gelten, zur Einhaltung derer ein Betriebsartwechsel für den Kunden Vorteile generiert. In a second operating strategy of the gas engine 10 can be provided, the gas content of the gas 26 in that the main combustion chambers 14 the cylinder 11 of the gas engine 10 to be supplied gas / air mixture 18 so regulate that in the cylinders 11 a lambda value greater than 1 prevails, in which case the gas engine 10 is operated in this second operating strategy as a lean-burn engine with a lean gas / air mixture. In the second operating strategy, this may be the main combustion chambers 14 supplied gas / air mixture 18 also with exhaust gas 23 , which about the exhaust gas recirculation 12 is performed, but compared to the first operating strategy on the exhaust gas recirculation 12 Guided gas quantity is reduced, namely by stronger closing of the exhaust gas recirculation valve 24 to less exhaust with the main combustion chambers 14 the cylinder 11 to be supplied gas / air mixture 18 to mix. Optionally, the exhaust gas recirculation valve 24 be completely closed, so then in the second operating strategy, the gas / air mixture 18 the main combustion chambers 14 contains no exhaust gas. The second operating strategy is particularly advantageous when the gas engine 10 operate with fluctuating gas qualities, as well as when different emission regulations apply in particular for mobile use of the gas engine, to comply with which a mode change for the customer benefits.

Schwankende Gasqualtäten können insbesondere über eine Ansteuerung bzw. Verstellung der Öffnungsstellung des Abgasrückführventils 24 kompensiert, insbesondere ausgeregelt, werden. Fluctuating Gasqualtäten can in particular via a control or adjustment of the open position of the exhaust gas recirculation valve 24 be compensated, in particular corrected.

Die Erfindung kann bei abgasaufgeladenen und nicht abgasaufgeladenen Gasmotoren zum Einsatz kommen. Die Abgasaufladung kann einstufig oder mehrstufig, insbesondere zweistufig, erfolgen. Die Abgasrückführung 12 kann bei abgasaufgeladenen Gasmotoren 10 als Niederdruck-Abgasrückführung oder auch als Hochdruck-Abgasrückführung ausgeführt sein, wobei bei einer Niederdruck-Abgasrückführung das Abgas 23 der Abgasrückführung 12 stromaufwärts eines Verdichters und bei einer Hochdruck-Abgasrückführung das Abgas 23 der Abgasrückführung 22 stromabwärts eines Verdichters mit Ladeluft 27 gemischt wird. The invention may be used with exhaust gas-charged and non-gas-charged gas engines. The exhaust gas charging can be carried out in one or more stages, in particular two stages. The exhaust gas recirculation 12 Can be used with exhaust gas engines 10 be designed as low-pressure exhaust gas recirculation or as high-pressure exhaust gas recirculation, wherein in a low-pressure exhaust gas recirculation, the exhaust gas 23 the exhaust gas recirculation 12 upstream of a compressor and in a high-pressure exhaust gas recirculation, the exhaust gas 23 the exhaust gas recirculation 22 downstream of a compressor with charge air 27 is mixed.

Die Erfindung betrifft weiterhin die Steuerungseinrichtung 30 zur automatisierten Durchführung des Verfahrens. Die Steuerungseinrichtung 30 weist Mittel zur Durchführung des Verfahrens auf. Hierzu zählen hardwareseitige Mittel wie Datenschnittstellen zum Datenaustausch mit den an der Durchführung des Verfahrens beteiligten Baugruppen, insbesondere mit der Lambdasonde 31 und dem Gasregelventil 29, ein Speicher zur Datenspeicherung und ein Prozessor zur Datenverarbeitung, sowie softwareseitige Mittel wie Programmbausteine. The invention further relates to the control device 30 for automated implementation of the method. The control device 30 has means for carrying out the method. These include hardware-side means such as data interfaces for data exchange with the modules involved in carrying out the method, in particular with the lambda probe 31 and the gas control valve 29 , a memory for data storage and a processor for data processing, as well as software means such as program blocks.

Die Erfindung kommt vorzugsweise bei Gasmotoren zum Einsatz, die auf Schiffen betrieben werden. The invention is preferably used in gas engines operated on ships.

Claims (9)

Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors (10) mit einem Abgaskatalysator (13) und mit einer Abgasrückführung (12), wobei der Gasmotor (10) Zylinder (11) aufweist, die eine Hauptbrennkammer (14) und eine Vorbrennkammer (15) aufweisen, wobei die Zylinder (11) verlassendes Abgas (23) über den Abgaskatalysator (13) leitbar ist, und wobei ein Teil des die Zylinder verlassenden Abgases (23) über die Abgasrückführung (12) in Richtung auf die Zylinder (11) führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Betriebsstrategie der Gasmotor (10) derart betrieben wird, dass über die Abgasrückführung (12) geleitetes Abgas (23) in Richtung auf die Hauptbrennkammern (14) der Zylinder geführt wird, sodass das den Hauptbrennkammern zuzuführende Gas/Luft-Gemisch (18) Abgas enthält; über die Abgasrückführung geleitetes Abgas (23) nicht in Richtung auf die Vorbrennkammern (15) der Zylinder geführt wird, sodass das den Vorbrennkammern zuzuführende Gas/Luft-Gemisch (19) kein Abgas enthält; der Gasanteil des den Hauptbrennkammern (14) der Zylinder (11) zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs (18) derart geregelt wird, dass die Verbrennung in den Zylindern (11) bei einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis bzw. einem Lambdawert von 1 erfolgt. Method for operating a gas engine ( 10 ) with a catalytic converter ( 13 ) and with exhaust gas recirculation ( 12 ), the gas engine ( 10 ) Cylinder ( 11 ) having a main combustion chamber ( 14 ) and a pre-combustion chamber ( 15 ), wherein the cylinders ( 11 ) leaving exhaust gas ( 23 ) via the catalytic converter ( 13 ) is conductive, and wherein a portion of the exhaust gas leaving the cylinder ( 23 ) via the exhaust gas recirculation ( 12 ) in the direction of the cylinders ( 11 ) is feasible, characterized in that in a first operating strategy the gas engine ( 10 ) is operated in such a way that via the exhaust gas recirculation ( 12 ) conducted exhaust gas ( 23 ) in the direction of the main combustion chambers ( 14 ) the cylinder is guided so that the main combustion chambers to be supplied gas / air mixture ( 18 ) Contains exhaust gas; exhaust gas conducted via the exhaust gas recirculation ( 23 ) not in the direction of the Vorbrennkammern ( 15 ) the cylinder is guided so that the pre-combustion chambers to be supplied gas / air mixture ( 19 ) contains no exhaust gas; the gas content of the main combustion chambers ( 14 ) the cylinder ( 11 ) to be supplied gas / air mixture ( 18 ) is controlled in such a way that the combustion in the cylinders ( 11 ) takes place at a stoichiometric combustion air ratio or a lambda value of 1. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der über die Abgasrückführung (12) geleitete Abgasstrom mit einem Abgasrückführregelventil (24) abhängig vom Betriebspunkt des Gasmotors fest eingestellt wird. A method according to claim 1, characterized in that via the exhaust gas recirculation ( 12 ) guided exhaust gas flow with an exhaust gas recirculation control valve ( 24 ) is fixed depending on the operating point of the gas engine. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der über die Abgasrückführung (12) geleitete Abgasstrom über einen Abgasrückführkühler (25) gekühlt wird. A method according to claim 1 or 2, characterized in that via the exhaust gas recirculation ( 12 ) guided exhaust gas flow via an exhaust gas recirculation cooler ( 25 ) is cooled. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasanteil des den Hauptbrennkammern (14) der Zylinder (11) zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs (18) abhängig von einem Messsignal einer stromaufwärts des Abgaskatalysators (13) positionierten Lambdasonde (31) geregelt wird. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the gas content of the main combustion chambers ( 14 ) the cylinder ( 11 ) to be supplied gas / air mixture ( 18 ) depending on a measurement signal upstream of the catalytic converter ( 13 ) positioned lambda probe ( 31 ) is regulated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das den Vorbrennkammern (15) der Zylinder (11) zuzuführenden Gas/Luft-Gemisch (19) einen Lambdawert zwischen 0,8 und 1,1 aufweist, und dass der Gasanteil des den Hauptbrennkammern (14) der Zylinder (11) zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs (18) derart geregelt wird, dass die Verbrennung in den Zylindern (11) bei einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis bzw. einem Lambdawert von 1 erfolgt. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pre-combustion chambers ( 15 ) the cylinder ( 11 ) to be supplied gas / air mixture ( 19 ) has a lambda value between 0.8 and 1.1, and that the gas fraction of the main combustion chambers ( 14 ) the cylinder ( 11 ) to be supplied gas / air mixture ( 18 ) is controlled in such a way that the combustion in the cylinders ( 11 ) takes place at a stoichiometric combustion air ratio or a lambda value of 1. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das den Vorbrennkammern (15) der Zylinder (11) zuzuführenden Gas/Luft-Gemisch einen Lambdawert zwischen 0,8 und 0,9 aufweist. A method according to claim 5, characterized in that the pre-combustion chambers ( 15 ) the cylinder ( 11 ) to be supplied gas / air mixture has a lambda value between 0.8 and 0.9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Betriebsstrategie der Gasanteil des den Hauptbrennkammern (14) der Zylinder (11) zuzuführenden Gas/Luft-Gemischs derart geregelt wird, dass die Verbrennung in den Zylindern (11) bei einem Lambdawert größer 1 erfolgt. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that in a second operating strategy, the gas content of the main combustion chambers ( 14 ) the cylinder ( 11 ) gas / air mixture is controlled so that the combustion in the cylinders ( 11 ) takes place at a lambda value greater than 1. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass hierbei die über Abgasrückführung (12) geleitete Abgasmenge gegenüber der ersten Betriebsstrategie reduziert wird, sodass das den Hauptbrennkammern (14) der Zylinder (11) zuzuführende Gas/Luft-Gemisch (18) weniger Abgas aufweist. A method according to claim 7, characterized in that in this case the exhaust gas recirculation ( 12 ) is reduced compared to the first operating strategy, so that the main combustion chambers ( 14 ) the cylinder ( 11 ) to be supplied gas / air mixture ( 18 ) has less exhaust gas. Steuerungseinrichtung eines Motors, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.  Control device of an engine, characterized by means for carrying out the method according to one of claims 1 to 8.
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