WO2019206628A1 - Verfahren zum betreiben einer mit gas betriebenen brennkraftmaschine mit vtg-lader - Google Patents

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Pierre Scheller
Konrad Bartels
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to the field of internal combustion engines, in particular a method for operating a gas-powered internal combustion engine.
  • An advantageous fuel for internal combustion engines is gas, in particular natural gas, for example compressed natural gas (CNG), with a high methane content, since it has a high octane number and a high degree of purity.
  • natural gas for example compressed natural gas (CNG)
  • CNG compressed natural gas
  • the injectors are supplied with gas for internal mixture formation from a
  • Gas distribution pipe which is operated with a certain gas pressure and is connected via a pressure reducer to a gas tank.
  • the magnitude of the gas pressure causes the injection time for the gas in the combustion chamber, which shortens with increasing gas pressure.
  • the gas pressure should be set rather low because it also defines the minimum pressure at which gas still flows from the gas tank into the gas rail. As a result, there are restrictions on the injection times of gas in the
  • German laid-open specification DE 10 2015 226 323 A1 discloses a method for
  • Valve overlap results in higher fresh air filling.
  • the object of the present invention is to further improve methods for operating an internal combustion engine operated with natural gas.
  • At least one inlet valve and at least one outlet valve of a combustion chamber are intermittently opened and closed, and a compressed charge is externally ignited with injected gas.
  • an early closing of the intake valve takes place and the internal combustion engine is charged by means of a VTG supercharger.
  • the internal combustion engine may be a traction engine of a vehicle, in particular a car or truck.
  • the internal combustion engine according to the invention is in particular a gas-powered, for example, an internal combustion engine with natural gas and may also have a liquid fuel distribution system, so that the engine bivalent alternately with a liquid fuel, especially gasoline, and gas is operable.
  • it can also be an internal combustion engine with
  • the internal combustion engine comprises at least one
  • a combustor having at least one intake valve and at least one exhaust valve, and the at least one intake valve may be opened for an intake event for introducing a charge into the combustion chamber for the period of rotation about a crankshaft angle.
  • the exhaust gases of the internal combustion engine are introduced into a VTG (Variable Turbine Geometry) turbocharger whose guide vanes can be moved.
  • the VTG turbocharger uses the residual energy of the exhaust gases to convey air from outside into the combustion chamber and the
  • VTG turbocharger Charge internal combustion engine.
  • the Miller combustion process makes it possible to use a VTG turbocharger.
  • the basis for this are - compared to conventional combustion processes - lower exhaust gas temperatures. Due to the higher effective engine efficiency, the fresh air mass flow required for the engine power continues to drop.
  • a VTG loader can be designed for the internal combustion engine, which manages without additional wastegate.
  • the early closing of the intake valve has the advantage of causing low exhaust gas temperatures.
  • the low temperature of the charge which is the result of early intake closing and efficient charge air cooling, results in a low compression end temperature in the cylinder.
  • the inlet valve is still closed during the intake stroke.
  • the inlet valve is closed before the combustion chamber has reached a maximum volume.
  • the filling and the compression end pressure is thereby reduced, but the compression and thus the expansion ratio remains the same. This causes an increase in the thermal efficiency of the internal combustion engine.
  • the early inlet closure reduces the compression end temperature. This is one
  • VTG charging by means of the VTG loader, which is made possible by the low exhaust gas temperature, contributes to improved efficiency.
  • the VTG charging can achieve high levels of charging and thus serve to compensate for the filling losses of the FES method.
  • the VTG technology brings efficiency advantages and allows in far
  • a high geometric compression ratio of, for example, 12.5: 1 is realized.
  • the intake events are designed to be optimal in terms of filling due to the adjustment of the camshaft in the region of low rotational speeds.
  • the inherent efficiency disadvantage of the VTG supercharger when the vane apparatus is closed is compensated for by an increase in the exhaust backpressure.
  • the exhaust valve Towards the end of a power stroke, the exhaust valve is opened to remove the exhaust gas from the combustion chamber mainly during the exhaust stroke.
  • the internal combustion engine is designed for a high peak pressure.
  • a design of the engine to a high peak pressure e.g., 130 bar
  • the skilled person realizes 130 bar with the measures known to him.
  • intake events can be optimized for optimal filling by adjusting the camshaft.
  • the process can result in a positive purge gradient almost over the full load range.
  • the gas may be, for example, a CNG fuel.
  • the fuel CNG has the advantage of a high knock resistance, which allows a low temperature of the charge and results in optimal CG positions.
  • the invention also relates to a motor controller having a processor adapted to carry out the method described herein.
  • the processor of the engine controller may, for example, by software instructions, cause intake and exhaust valves to be opened and closed according to the designated cycle.
  • the processor of the engine control system may be designed such that at least one of them cyclically
  • Inlet valve and at least one outlet valve of a combustion chamber are opened and closed and a compressed charge is externally ignited with injected gas.
  • the engine control processor may be configured to be early
  • the engine control processor may be configured to control the opening of the vane apparatus of a VTG supercharger.
  • Fig. 1 shows a topology of an embodiment of an internal combustion engine with VTG supercharger in a vehicle with engine control unit, in which a program for carrying out the
  • Fig. 2 provides a schematic representation of the sequence of a preferred embodiment of the method according to the invention
  • Fig. 3 is a comparative diagram showing the turbine efficiencies of wastegate and VTG compressor depending on the wastegate or VTG position (opening of the
  • Fig. 4a and 4b intake manifold pressure or exhaust pressure in front of the turbine according to the
  • FIG. 5 shows, by way of example, a compressor map and the engine operating characteristic as well as the characteristic curve of the highest compressor efficiency for the method according to the invention.
  • FIG. 6 shows the nominal and actual charge pressure course during an exemplary load step and after reaching the stationary state, as well as the intake camshaft position in the case of a stationary basic condition and the value of the VTG position of the stationary one
  • Fig. 1 shows a topology of an embodiment of an internal combustion engine 12, which is operated with natural gas (here CNG), as fuel, in a vehicle 10 with a natural gas (here CNG), as fuel, in a vehicle 10 with a natural gas (here CNG), as fuel, in a vehicle 10 with a natural gas (here CNG), as fuel, in a vehicle 10 with a natural gas (here CNG), as fuel, in a vehicle 10 with a natural gas (here CNG), as fuel, in a vehicle 10 with a natural gas (here CNG), as fuel, in a vehicle 10 with a natural gas (here CNG), as fuel, in a vehicle 10 with a natural gas (here CNG), as fuel, in a vehicle 10 with a natural gas (here CNG), as fuel, in a vehicle 10 with a natural gas (here CNG), as fuel, in a vehicle 10 with a natural gas (here CNG), as fuel, in a vehicle 10 with a natural gas (he
  • the internal combustion engine 12 is in this preferred embodiment, a spark-ignition internal combustion engine.
  • VTG compressor turbine with variable turbine geometry
  • the engine block 14 preferably a reciprocating engine with here exemplary four combustion chambers 26 or cylinders, 16 air is supplied by a fresh gas system.
  • the air is compressed by a compressor 20 of the VTG loader 18 in the fresh gas system 16.
  • Downstream of Compressor 20 is a throttle device not shown here graphically.
  • Each combustion chamber 26 is associated with a gas injector 28, with which gas directly into the
  • Combustion chamber can be introduced.
  • the gas is starting from a not graphically illustrated gas tank on a here not graphically
  • the Gasrail is located downstream of a pressure reducing valve not shown here, which reduces the gas pressure from the tank pressure to the gas rail pressure.
  • the exhaust gas discharged from the combustion chambers 26 enters an exhaust system 22 in which it first drives a turbine 24 of the VTG compressor 18. The relaxed exhaust gas then flows through not shown here components of the
  • Fig. 2 schematically illustrates the flow of a preferred embodiment of the
  • a spark-ignited internal combustion engine 12 with a topology according to FIG. 1 is operated with gas as a fuel, wherein at least one inlet valve and at least one outlet valve of a combustion chamber 26 are opened and closed intermittently and the compressed charge is externally ignited with injected gas.
  • the at least one exhaust valve is opened to remove the exhaust gas from the combustion chamber mainly during the exhaust stroke.
  • step 36 the at least one inlet valve for an inlet event is opened.
  • step 38 the exhaust valve is closed.
  • the time window begins in which gas is injected into the combustion chamber (step 40), wherein still the intake valve is opened and the internal combustion engine is charged by means of the VTG supercharger.
  • the injection time window can extend into the intake stroke. It is no longer blown when the charge is compressed with the injected gas in the combustion chamber 26. This is
  • a step 42 the at least one inlet valve is closed early, in particular even during the intake stroke, ie in particular before the combustion chamber 26 has reached a maximum volume and the volume is still increasing.
  • This early closing of the inlet valve is also referred to as “early inlet closure” (FES) in the following.
  • FES head inlet closure
  • VTG variable turbine geometry
  • the improved combustion process and variable intake camshaft allow the boost pressure demand to be controlled so that the engine operating characteristic is close to the optimum of compressor efficiency (see FIG. 5 and corresponding description below).
  • the dethrottling associated with the combustion process due to early inlet closing and external mixture formation provides significant CO 2 potential.
  • a geometric compression ratio of 12.5: 1 is preferably realized. This is realized by those skilled in the art with the measures known to him, such as a geometric adjustment of the combustion chamber volume.
  • the combustion method according to the invention shows in particular when operating with CNG
  • Compression end temperature in the cylinder This in turn results - preferably in conjunction with a design of the engine to a high peak pressure - in optimal-efficiency center of gravity. This lowers the exhaust gas temperature, including the cheap
  • FIG. 3 is a schematic comparison diagram showing the turbine efficiencies of wastegate and VTG compressors depending on the wastegate (VTG) position (opening of the nozzle body).
  • the right-hand value axis corresponds to the wastegate or VTG position from fully closed (left, origin of the coordinate system) to maximum open (right).
  • the turbine efficiency WG of the wastegate turbocharger and the turbine efficiency VTG of the VTG compressor are plotted. As can be seen, the efficiency of the VTG compressor is greater than the efficiency of the wastegate turbocharger apart from the closed state.
  • FIGS. 4a and 4b show intake manifold pressure and exhaust gas pressure, respectively, before the turbine according to the inventive method with VTG supercharger in comparison to a conventional method with wastegate turbocharger.
  • the speed of the internal combustion engine is plotted in 1 / min.
  • 4a shows on the high-value axis the absolute intake manifold pressure in mbar for the VTG compressor (characteristic curve VTG) or the wastegate turbocharger (characteristic curve WG).
  • 4b shows on the high-value axis the absolute exhaust gas pressure in mbar for the VTG supercharger and for the wastegate turbocharger.
  • combustion process therefore results from two major effects: the reduced compression work on the one hand and from the reduced simultaneously
  • FIG. 5 shows by way of example a compressor map and the engine operating characteristic as well as the characteristic curve of the highest compressor efficiency for the method according to the invention.
  • the reduced compressor mass flow in kg / s is plotted, on the high-value axis the compressor pressure ratio.
  • the engine operating characteristic 52 is close to the characteristic of the highest compressor efficiencies 53, especially in the range of rated power.
  • Point A in FIG. 5 corresponds to the points A1 and A2 in FIGS. 4a and 4b respectively (elevation of the exhaust backpressure).
  • Point B in FIG. 5 corresponds to points B1 and B2 in FIGS. 4a and 4b (increased boost pressure requirement).
  • FIG. 6 shows the nominal and actual charge pressure progression during an exemplary load step and after reaching the stationary state, as well as the intake camshaft position during steady-state grounding (ie when using the characteristic curves, maps, parameters and / constants in the control logic provided for the stationary case) Value of the VTG position resulting from the stationary feedforward control.
  • the time is plotted in the range of 0 to 4 seconds.
  • target supercharging pressure 50 dashed line
  • actual supercharging pressure 52 solid line
  • the actual boost pressure buildup 52 resulting from the load request follows the load request with time delay and reaches the setpoint level after about 2 seconds.
  • the intake camshaft position 56 is plotted at steady-state grounding in ° CA, which would result from the control according to the invention to consumption-optimal values in the stationary case.
  • a value of 22 ° KW marks a reference position and is considered in this embodiment as optimal filling. From this position, the camshaft is adjusted toward the earlier intake port, thereby implementing the Miller combustion process. As a consequence, an earlier phase position also requires a higher charge pressure in order to be able to compensate for the loss of charge as a result of the Miller combustion process.
  • the stationary Grundbedatung 56 is therefore as soon as possible in the direction of earlier
  • VTG position 62 in% which results from the stationary pilot control, is plotted in the diagram by way of example.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer mit Gas betriebenen Brennkraftmaschine mit VTG-Lader Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem taktweise wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil einer Brennkammer (26) geöffnet und geschlossen werden, sowie eine verdichtete Ladung mit eingeblasenem Gas fremdgezündet wird, wobei ein frühes Schließen des Einlassventils erfolgt und die Brennkraftmaschine mittels einem VTG-Lader aufgeladen wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer mit Gas betriebenen Brennkraftmaschine mit VTG-Lader
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Brennkraftmaschinen, insbesondere ein Verfahren zum Betreiben einer mit Gas betriebenen Brennkraftmaschine.
Ein vorteilhafter Kraftstoff für Brennkraftmaschinen ist Gas, insbesondere Erdgas, zum Beispiel Compressed Natural Gas (CNG), mit einem hohen Methananteil, da es eine große Oktanzahl und einen hohen Reinheitsgrad aufweist. Es gibt grundlegend zwei verschiedene Wege, das Gas einer Brennkammer der Brennkraftmaschine zuzuführen: In einer ersten Klasse von Brennkraftmaschinen erfolgt eine Saugrohreinblasung, bevorzugt an einer Mehrzahl von Positionen in zylinderindividuellen Fluidleitungen des Saugrohrs (äußere Gemischbildung). In einer zweiten Klasse von Brennkraftmaschinen wird das Gas direkt in die Brennkammer injiziert (innere Gemischbildung).
Versorgt werden die Injektoren mit Gas für die innere Gemischbildung aus einem
Gasverteilerrohr (Gasrail), welches mit einem bestimmten Gasdruck betrieben wird und über einen Druckminderer mit einem Gastank verbunden ist. Die Höhe des Gasdrucks bedingt die Injektionszeit für das Gas in die Brennkammer, welche sich mit zunehmendem Gasdruck verkürzt. Aus praktischen Gründen sollte der Gasdruck eher niedrig festgelegt sein, da er gleichzeitig den minimalen Druck definiert, bei dem noch Gas aus dem Gastank in das Gasrail strömt. In der Folge ergeben sich Restriktionen für die Injektionszeiten von Gas in die
Brennkammer hinein. Limitierend für die zur Verfügung stehende Zeitdauer (Zeitfenster) für die Einbringung des Gases ist einerseits das Schließen des Auslassventils, damit unverbranntes Gas nicht aus der Brennkammer gespült wird. Anderseits muss die Einbringung des Gases beendet sein, bevor der Druck in der Brennkammer während der Kompression zu hohe Werte annimmt. Wenn der Druck in der Brennkammer höher als der Gasdruck ist, kann aufgrund des Widerstands nicht die gewünschte Gasmenge in die Brennkammer gelangen oder sogar eine Rückströmung von Gas durch den Injektor erfolgen.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2015 226 323 A1 offenbart ein Verfahren zum
Betreiben einer mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine, die eine Brennkammer aufweist. Es wird eine Überschneidung der Öffnungszeiten eines Auslassventils und eines Einlassventils der Brennkammer bewirkt (Ventilüberschneidung), was auch verbreitet als„Scavenging“ bezeichnet wird. Auf diese Weise wird vorteilhaft das Restgas aus dem Brennraum ausgespült (spülender Ladungswechsel), wodurch sich eine verglichen zum Betrieb ohne
Ventilüberschneidung höhere Frischluftfüllung ergibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren zum Betreiben einer mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine nach Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine wird taktweise wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil einer Brennkammer geöffnet und geschlossen, sowie eine verdichtete Ladung mit eingeblasenem Gas fremdgezündet. Insbesondere erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein frühes Schließen des Einlassventils und die Brennkraftmaschine wird mittels einem VTG-Lader aufgeladen.
Die Brennkraftmaschine kann eine Traktionsmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines PKWs oder LKWs sein. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist insbesondere eine Gasbetriebene, beispielsweise eine mit Erdgas betriebe Brennkraftmaschine und kann darüber hinaus auch eine Flüssigkraftstoffverteileranlage aufweisen, so dass die Brennkraftmaschine bivalent wechselweise mit einem Flüssigkraftstoff, insbesondere mit Benzin, und mit Gas betreibbar ist. Insbesondere kann es sich auch um eine Brennkraftmaschine mit
Direkteinspritzung des Flüssigkraftstoffs handeln.
Im erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die Brennkraftmaschine wenigstens eine
Brennkammer, die wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil aufweist, und das wenigstens eine Einlassventil kann für ein Einlassevent zum Einbringen einer Ladung in die Brennkammer für die Zeitdauer des Drehens um einen Kurbelwellenwinkel geöffnet werden. Die Abgase der Brennkraftmaschine werden in einen VTG (Variable Turbinengeometrie)-Turbolader eingeleitet, dessen Leitschaufeln bewegt werden können. Der VTG-Turbolader seinerseits nutzt die Restenergie der Abgase, um Luft von außen in die Brennkammer zu fördern und die
Brennkraftmaschine aufzuladen. Durch das Miller-Brennverfahren wird der Einsatz eines VTG-Turboladers möglich. Grundlage dafür sind die - gegenüber konventionellen Brennverfahren - geringere Abgastemperaturen. Durch den höheren effektiven Motorwirkungsgrad sinkt weiterhin der für die Motorleistung benötigte Frischluftmassenstrom. Somit kann für die Brennkraftmaschine ein VTG-Lader ausgelegt werden, der ohne zusätzliches Wastegate auskommt.
Das frühe Schließen des Einlassventils hat den Vorteil, dass niedrige Abgastemperaturen bewirkt werden. Die niedrige Temperatur der Ladung, die das Ergebnis aus dem frühen Einlassschließen und der effizienten Ladeluftkühlung ist, führt zu einer niedrigen Verdichtungsendtemperatur im Zylinder. Durch die Wahl der Steuerzeiten und durch die Ausnutzung der Potenziale des Miller-Brennverfahrens in Kombination mit der VTG-Aufladung lässt sich der Motorwirkungsgrad im Bereich der Volllast maximieren.
Insbesondere wird das Einlassventil noch während des Ansaugtaktes geschlossen. Wie beim Miller-Verfahren wird das Einlassventil beispielsweise geschlossen, bevor die Brennkammer ein maximales Volumen erreicht hat. Die Füllung und der Verdichtungsenddruck wird dadurch verkleinert, das Verdichtungs- und damit das Expansionsverhältnis bleibt jedoch gleich. Dies bewirkt eine Steigerung des thermischen Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine. Das frühe Einlassschliessen reduziert die Kompressionsendtemperatur. Damit geht eine
Expansionskühlung im Ansaugtakt einher.
Die Aufladung mittels VTG-Lader, dessen Einsatz durch die niedrige Abgastemperatur möglich wird, trägt zu einem verbesserten Wirkungsgrad bei. Insbesondere kann die VTG-Aufladung hohe Aufladegrade erzielen und so zur Kompensation der Füllungsverluste des FES-Verfahrens dienen. Die VTG-Technologie bringt Wirkungsgradvorteile und ermöglicht in weiten
Kennfeldbereichen ein positives Spülgefälle und eine reduzierte Ladungswechselarbeit.
Bevorzugt wird ein hohes geometrische Verdichtungsverhältnis von beispielsweise 12,5:1 realisiert. Die Erhöhung des geometrischen Verdichtungsverhältnisses gegenüber
konventionellen gasbetriebenen Brennkraftmaschinen trägt zur Steigerung des Wirkungsgrads bei.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen werden im Bereich niedriger Drehzahlen die Einlassevents durch die Verstellung der Nockenwelle füllungsoptimal gestaltet. ln bevorzugten Ausführungsbeispielen werden im Bereich niedriger Drehzahlen der prinzipbedingte Wirkungsgradnachteil des VTG-Laders bei geschlossenem Leitschaufelapparat durch eine Überhöhung des Abgasgegendrucks kompensiert.
Gegen Ende eines Arbeitstaktes wird das Auslassventil geöffnet, um das Abgas aus der Brennkammer hauptsächlich während des Ausstoßtaktes zu entfernen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschine auf einen hohen Spitzendruck ausgelegt. Eine Auslegung des Motors auf einen hohen Spitzendruck (z.B. 130 bar) in
Kombination mit der niedrigen Temperatur der Ladung, die das Ergebnis aus dem frühen Einlassschließen, aus der Klopffestigkeit des Kraftstoffs und ggf. einer effizienten
Ladeluftkühlung ist, resultiert in wirkungsgradoptimalen Schwerpunktlagen. Dies senkt die Abgastemperatur. Eine Auslegung des Motors auf einen hohen Spitzendruck von
beispielsweise 130 bar realisiert der Fachmann mit den ihm bekannten Maßnahmen.
Im Bereich niedriger Drehzahlen können Einlassevents durch die Verstellung der Nockenwelle füllungsoptimal gestaltet werden.
Durch das Verfahren kann sich ein positives Spülgefälle fast über den gesamten Volllastbereich ergeben.
Bei dem Gas kann es sich Beispielsweise um einen CNG-Kraftstoff handeln. Der Kraftstoff CNG hat den Vorteil einer hohen Klopffestigkeit, was eine niedrige Temperatur der Ladung ermöglicht und in wirkungsgradoptimalen Schwerpunktlagen resultiert.
Die Erfindung betrifft auch eine Motorsteuerung mit einem Prozessor, der dazu ausgelegt ist, das hier beschriebene Verfahren auszuführen. Der Prozessor der Motorsteuerung kann beispielsweise mittels Software-Instruktionen bewirken, dass Einlass- und Auslassventile gemäß dem vorgesehenen Zyklus geöffnet bzw. geschlossen werden. Insbesondere kann der Prozessor der Motorsteuerung dazu ausgelegt sein, dass taktweise wenigstens ein
Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil einer Brennkammer geöffnet und geschlossen werden sowie eine verdichtete Ladung mit eingeblasenem Gas fremdgezündet wird.
Insbesondere kann der Prozessor der Motorsteuerung dazu ausgelegt sein, ein frühes
Schließen des Einlassventils zu steuern. Auch kann der Prozessor der Motorsteuerung dazu ausgelegt sein, die Öffnung des Leitschaufelapparates eines VTG-Laders zu steuern. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Topologie einer Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit VTG-Lader in einem Fahrzeug mit Motorsteuergerät, in welchem ein Programm zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens vorhanden ist, abbildet;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ablaufs einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liefert;
In Fig. 3 ein Vergleichsdiagramm ist, das die Turbinenwirkungsgrade von Wastegate- und VTG- Verdichter abhängig von der Wastegate- bzw. VTG-Stellung (Öffnung des
Leitschaufelapparates) zeigt;
Fig. 4a und 4b Saugrohrdruck bzw. Abgasdruck vor der Turbine gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren mit VTG-Lader im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren mit Wastegate-Turbolader zeigen; und
Fig. 5 zeigt beispielhaft ein Verdichterkennfeld und die Motorbetriebskennlinie sowie die Kennlinie des höchsten Verdichterwirkungsgrades für das erfindungsgemäße Verfahren; und
Fig. 6 zeigt den Soll- und Istladedruckverlauf während eines beispielhaften Lastsprunges und nach Erreichen des stationären Zustands, sowie die Einlassnockenwellenposition bei stationärer Grundbedatung und den Wert der VTG-Stellung der aus der stationären
Vorsteuerung resultiert.
Fig. 1 zeigt eine Topologie einer Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 12, welche mit Erdgas (hier CNG), als Kraftstoff betrieben wird, in einem Fahrzeug 10 mit einem
Motorsteuergerät 30 und einem Motorblock 14. Die Brennkraftmaschine 12 ist in dieser bevorzugten Ausführungsform eine fremdgezündete Brennkraftmaschine. Die
Brennkraftmaschine 12 wird mittels eines VTG-Verdichters (Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie) 18 aufgeladen.
Dem Motorblock 14, bevorzugt einem Hubkolbenmotor mit hier beispielhaft vier Brennkammern 26 oder Zylindern, wird durch eine Frischgasanlage 16 Luft zugeführt. Die Luft wird mit einem Verdichter 20 des VTG-Laders 18 in der Frischgasanlage 16 komprimiert. Stromab des Verdichters 20 befindet sich eine hier nicht zeichnerisch dargestellte Drosselvorrichtung. Jeder Brennkammer 26 ist ein Gasinjektor 28 zugeordnet, mit welchem Gas direkt in die
Brennkammer eingebracht werden kann. An die Gasinjektoren 28 wird das Gas ausgehend von einem hier nicht zeichnerisch dargestellten Gastank über ein hier nicht zeichnerisch
dargestelltes Gasrail verteilt. Das Gasrail befindet sich stromab eines hier nicht zeichnerisch dargestellten Druckminderventils, welches den Gasdruck vom Tankdruck auf den Gasraildruck reduziert. Das aus den Brennkammern 26 abgeführte Abgas gelangt in eine Abgasanlage 22, in welcher es zunächst eine Turbine 24 des VTG-Verdichters 18 antreibt. Das entspannte Abgas strömt danach durch hier nicht zeichnerisch dargestellte Komponenten der
Abgasnachbehandlung.
Fig. 2 stellt schematisch den Ablauf einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Eine fremdgezündete Brennkraftmaschine 12 mit einer Topologie gemäß der Fig. 1 wird mit Gas als Kraftstoff betrieben, wobei taktweise wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil einer Brennkammer 26 geöffnet und geschlossen werden sowie die verdichtete Ladung mit eingeblasenem Gas fremdgezündet wird. Gegen Ende eines Arbeitstaktes wird das wenigstens eine Auslassventil geöffnet, um das Abgas aus der Brennkammer hauptsächlich während des Ausstoßtaktes zu entfernen.
In Schritt 36 wird das wenigstens eine Einlassventil für ein Einlassevent geöffnet. In Schritt 38 wird das Auslassventil geschlossen. Nach Schritt 38 beginnt das Zeitfenster, in welchem Gas in die Brennkammer eingeblasen wird (Schritt 40), wobei noch das Einlassventil geöffnet ist und die Brennkraftmaschine mittels des VTG-Laders aufgeladen wird. Das Einblas-Zeitfenster kann sich dabei in den Ansaugtakt hinein erstrecken. Es wird nicht mehr eingeblasen, sobald die Ladung mit dem eingeblasenen Gas in der Brennkammer 26 verdichtet wird. Das ist
insbesondere dann der Fall, wenn das Einlassventil geschlossen worden ist und gleichzeitig das Volumen der Brennkammer geometrisch reduziert wird. In einem Schritt 42 wird das wenigstens eine Einlassventil früh, insbesondere noch während des Ansaugetakts geschlossen, also insbesondere bevor die Brennkammer 26 ein maximales Volumen erreicht hat und das Volumen noch zunimmt. Dieses frühe Schließen des Einlassventils wird im Folgenden auch als „Frühes Einlassschliessen“ (FES) bezeichnet. Es schließt sich im Schritt 44 das Verdichten der Ladung an, welche danach gezündet wird, so dass ein nächster Arbeitstakt beginnt.
Bei dem Prozess kann es Vorkommen, dass das Einlassventil geöffnet wird, bevor das
Auslassventil bereits wieder geschlossen ist, und somit eine Ventilüberschneidung erfolgt, die zur Folge hat, dass Restgas aus dem Brennraum ausgespült wird (spülender Ladungswechsel). Zur Kompensation der Füllungsverluste des FES-Verfahrens erfolgt erfindungsgemäß der Einsatz einer VTG-Aufladung zur Erzielung hoher Aufladegrade - insbesondere bei höchsten Gesamtwirkungsgraden aus Aufladung und Brennverfahren. Der Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG), dessen Einsatz durch die niedrige Abgastemperatur möglich wird, trägt als integraler Bestandteil des Brennverfahrens zum verbesserten Wirkungsgrad bei. Über einen weiten Bereich von etwa 1.750 1/min bis zur Nenndrehzahl bringt die VTG-Technologie, bei der der volle Abgasmassenstrom stets über die Turbine strömt, Wirkungsgradvorteile (siehe Fig. 3 und entsprechende Beschreibung unten). Sie ermöglicht in weiten Kennfeldbereichen ein positives Spülgefälle und eine reduzierte Ladungswechselarbeit. Durch das verbesserte Brennverfahren und die verstellbare Einlassnockenwelle lässt sich der Ladedruckbedarf so steuern, dass die Motorbetriebskennlinie nahe am Optimum des Verdichterwirkungsgrades verläuft (siehe Fig. 5 und entsprechende Beschreibung unten). In der Teillast erschließt die Entdrosselung, die das Brennverfahren aufgrund des frühen Einlassschließens und der äußeren Gemischbildung mit sich bringt, ein signifikantes C02-Potenzial.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Steigerung des Wirkungsgrads das
geometrische Verdichtungsverhältnisses gegenüber konventionellen CNG-Brennverfahren erhöht. Bevorzugt wird beispielsweise ein geometrisches Verdichtungsverhältnis von 12,5:1 realisiert. Dies realisiert der Fachmann mit den ihm bekannten Maßnahmen, wie beispielsweise einer geometrischen Anpassung des Brennraumvolumens.
Das erfindungsgemäße Brennverfahren zeigt insbesondere beim Betrieb mit CNG
entscheidende Vorteile. Die niedrige Temperatur der Ladung, die das Ergebnis aus dem frühen Einlassschließen und ggf. einer effizienten Ladeluftkühlung ist, führt zu einer niedrigen
Verdichtungsendtemperatur im Zylinder. Diese wiederum resultiert - vorzugsweise gemeinsam mit einer Auslegung des Motors auf einen hohen Spitzendruck - in wirkungsgradoptimalen Schwerpunktlagen. Dies senkt die Abgastemperatur, wozu auch das günstige
Expansionsverhältnis (resultierend aus FES und hoher Verdichtung) und der in den
Zylinderkopf integrierte Abgaskrümmer beitragen.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Brennkraftmaschine, wie bei CNG- Motoren allgemein üblich, im gesamten Kennfeld mit einem Luftverhältnis von l=1 betrieben werden und die maximale Abgastemperatur beträgt in einer beispielhaften Ausführungsform nur 880° C. ln Fig. 3 ist ein schematisches Vergleichsdiagramm, das die Turbinenwirkungsgrade von Wastegate- und VTG-Verdichter abhängig von der Wastegate- bzw. VTG-Stellung (Öffnung des Leitschauffelapparates) zeigt. Die Rechtswertachse entspricht der Wastegate- bzw. VTG- Stellung von vollständig geschlossen (links, Ursprung des Koordinatensystems) bis maximal offen (rechts). Auf der Hochwertachse ist der Turbinenwirkungsgrad WG des Wastegate- Turboladers und der Turbinenwirkungsgrad VTG des VTG-Verdichters abgetragen. Wie zu erkennen ist, ist der Wirkungsgrad des VTG- Verdichters abgesehen vom geschlossenen Zustand größer als der Wirkungsgrad des Wastegate-Turboladers. Um den
Wirkungsgradnachteil der VTG bei geschlossenem Zustand auszugleichen wird
erfindungsgemäß das Aufstauverhalten des VTG-Laders neu ausgelegt.
Die Fig. 4a und 4b zeigen Saugrohrdruck bzw. Abgasdruck vor der Turbine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit VTG-Lader im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren mit Wastegate-Turbolader. Auf der Rechtswertachse ist die Drehzahl der Brennkraftmaschine in 1/min aufgetragen. Fig.4a zeigt auf der Hochwertachse den absoluten Saugrohrdruck in mbar für den VTG- Verdichter (Kennlinie VTG) bzw. den Wastegate-Turbolader (Kennlinie WG). Fig. 4b zeigt auf der Hochwertachse den absoluten Abgasdruck in mbar für den VTG-Lader und für den Wastegate-Turbolader.
Aus den Fig. 4a und 4b geht hervor, dass auch bei hoher Last und niedrigen Drehzahlen (LET, low-end-torque) das erfindungsgemäße Brennverfahren mit VTG Vorteile erzielt. Der prinzipbedingte Wirkungsgradnachteil, den eine VTG-Turbine bei geschlossenem
Leitschaufelapparat aufweist - die Fehlanströmung des Turbinenrads aufgrund des
geschlossenen Leitschaufelapparats - wird im erfindungsgemäßen Verfahren durch eine massive Überhöhung des Abgasgegendrucks kompensiert (vgl. Punkt A2 in Fig. 4b). Damit wird ausreichend Turbinenleistung erzeugt, um den durch die äußere Gemischbildung (MPI- Verfahren) entstehenden Füllungsnachteil durch höheren Ladedruck auszugleichen (vgl. Punkt A1 in Fig. 4a). Entscheidend dafür ist, dass der Motor im CNG-Betrieb den hohen
Abgasgegendruck aufgrund der deutlich geringeren Klopfneigung des Kraftstoffs robuster als ein Benzin-Aggregat verarbeiten kann. Im LET-Bereich (Punkte A1 bzw. A2) sind zudem die Einlassevents durch die Verstellung der Nockenwelle (beispielsweise in eine bekannte
Referenzposition) füllungsoptimal gestaltet.
Im Gegensatz zum LET-Bereich steht bei höheren Motordrehzahlen ausreichend
Abgasenthalpie und damit Turbinenleistung zur Verfügung. Durch die Wahl der Steuerzeiten und durch die Ausnutzung der Potenziale des TGI-Miller Brennverfahrens in Kombination mit der VTG-Aufladung lässt sich der Motorwirkungsgrad im Bereich der Volllast maximieren: Das frühe Einlassschließen reduziert die Kompressionsverluste, da sich der Kompressionsdruck infolge der Expansionskühlung verringert. Infolgedessen sinkt auch der Zylinderspitzendruck. Das frühe Einlassschließen führt auch zu erhöhtem Ladedruckbedarf (vgl. Punkt B2 in Fig. 4b), wodurch der Gesamtwirkungsgrad des VTG-Turboladers steigt. In der Summe ergibt sich ein positives Spülgefälle fast über den gesamten Volllastbereich: Der Ladedruck ist hier höher als der Abgasgegendruck. Damit zeigt sich ein weiterer Vorteil der Kombination von
Brennverfahren und VTG-Aufladung: Durch das positive Spülgefälle sinkt die
Ladungswechselarbeit gegenüber vergleichbaren Benzinmotoren deutlich. Dabei gibt es Bereiche, in denen die Ladungswechselarbeit positiv ausfällt. Das bedeutet, dass neben der Hochdruck- auch die Ladungswechselschleife einen positiven Beitrag zur abgegebenen Arbeit an der Kurbelwelle leistet (rechtsdrehender Kreisprozess). Die im Abgas gespeicherte Energie wird hier also für das Brennverfahren nutzbar gemacht, was den Wirkungsgrad signifikant erhöht. Im LET-Bereich sowie im Drehzahlbereich oberhalb von 3.000 1/min ist die
Ladungswechselarbeit zwar nicht mehr positiv, jedoch ist der Aufwand für den Ladungswechsel deutlich geringer als mit der Wastegate-Aufladung. Messungen zeigen, dass die
Motorbetriebskennlinie nahe an der Kennlinie der höchsten Verdichterwirkungsgrade verläuft, besonders im Bereich der Nennleistung. Der erheblich reduzierte Verbrauch des
erfindungsgemäßen Brennverfahrens ergibt sich demnach aus zwei wesentlichen Effekten: der reduzierten Kompressionsarbeit einerseits und aus der gleichzeitig reduzierten
Ladungswechselarbeit.
Fig. 5 zeigt beispielhaft ein Verdichterkennfeld und die Motorbetriebskennlinie sowie die Kennlinie des höchsten Verdichterwirkungsgrades für das erfindungsgemäße Verfahren. Auf der Rechtswertachse des Kennfelds ist der reduzierte Verdichtermassenstrom in kg/s abgetragen, auf der Hochwertachse das Verdichterdruckverhältnis. Die Motorbetriebskennlinie 52 verläuft nahe an der Kennlinie der höchsten Verdichterwirkungsgrade 53, besonders im Bereich der Nennleistung. Punkt A in Fig. 5 entspricht den Punkten A1 bzw. A2 in den Fig. 4a bzw. Fig. 4b (Überhöhung des Abgasgegendrucks). Punkt B in Fig. 5 entspricht den Punkten B1 und B2 in den Fig. 4a bzw. 4b (erhöhter Ladedruckbedarf).
Fig. 6 zeigt den Soll- und Istladedruckverlauf während eines beispielhaften Lastsprunges und nach Erreichen des stationären Zustands, sowie die Einlassnockenwellenposition bei stationärer Grundbedatung (d.h. bei Nutzung der für den stationären Fall vorgesehenen Kennlinien, Kennfelder, Parametern und/ Konstanten in der Steuerungslogik) und den Wert der VTG-Stellung der aus der stationären Vorsteuerung resultiert. Auf der Rechtswertachse des Diagramms ist die Zeit im Bereich von 0 bis 4 Sekunden aufgetragen. Auf der Hochwertachse sind Sollladedruck 50 (gestrichelte Linie) und Istladedruck 52 (durchgezogene Linie) in mbar über der Zeit aufgetragen. Infolge einer Lastanforderung bei ca. 0.8s springt der Sollladedruck 50 sprunghaft von etwa 1000 mbar auf etwa 1700 mbar an. Der Ist-Ladedruckaufbau 52, der aus der Lastanforderung resultiert, folgt der Lastanforderung mit Zeitverzögerung und erreicht das Sollniveau nach etwa 2s. Zudem ist die Einlassnockenwellenposition 56 bei stationärer Grundbedatung in °KW aufgetragen, welche aus der erfindungsgemäßen Steuerung auf verbrauchsoptimale Werte im stationären Fall resultieren würde. Ein Wert von 22 °KW markiert eine Referenzlage und wird in diesem Ausführungsbeispiel als füllungsoptimal erachtet. Von dieser Position wird die Nockenwelle in Richtung früherer Einlassöffnung verstellt, wodurch das Miller-Brennverfahren umgesetzt wird. Eine frühere Phasenlage benötigt in der Folge auch wieder einen höheren Ladedruck um den Füllungsverlust infolge des Miller-Brennverfahrens ausgleichen zu können. Um stationär den optimalen Verbrauch zu realisieren, geht die stationäre Grundbedatung 56 daher auch schnellstmöglich in Richtung früher
Nockenwellenpositionen. Zudem ist in dem Diagramm beispielhaft der Wert der VTG-Stellung 62 in %, der aus der stationären Vorsteuerung resultiert, aufgetragen.
Bezugszeichenliste Fahrzeug
Brennkraftmaschine
Motorblock
Frischgasanlage
VTG-Verdichter
Verdichter
Abgasanlage
Abgasturbine
Brennkammer
Gasinjektor
Motorsteuergerät
Rechner
Speicherelement
Schritt des Öffnens des Einlassventils
Schritt des Schließens des Auslassventils
Schritt des Einblasens des Gases
Schritt des frühen Schließens des Einlassventils (FES) Schritt des Verdichtens der Ladung
Sollladedruck
Istladedruck
Einlassnockenwellenposition bei stationärer Grundbedatung VTG-Stellung, die aus der stationären Vorsteuerung resultiert

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem taktweise wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil einer Brennkammer (26) geöffnet und geschlossen werden, sowie eine verdichtete Ladung mit eingeblasenem Gas
fremdgezündet wird, wobei ein frühes Schließen des Einlassventils erfolgt und die
Brennkraftmaschine mittels einem VTG-Lader aufgeladen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Einlassventil noch während des Ansaugtaktes geschlossen wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem im Bereich niedrigere Drehzahlen die Einlassevents durch die Verstellung der Nockenwelle füllungsoptimal gestaltet werden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem im Bereich niedriger Drehzahlen der prinzipbedingte Wirkungsgradnachteil des VTG-Laders bei geschlossenem Leitschaufelapparat durch eine Überhöhung des Abgasgegendrucks kompensiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein hohes geometrische Verdichtungsverhältnis von vorzugsweise 12,5:1 realisiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem im Bereich niedriger
Drehzahlen Einlassevents durch die Verstellung der Nockenwelle füllungsoptimal gestaltet werden.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem sich ein positives
Spülgefälle fast über den gesamten Volllastbereich ergibt.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Brennkraftmaschine auf einen hohen Spitzendruck ausgelegt ist.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem in die
Brennkammer eingeblasenem Gas um einen CNG-Kraftstoff handelt.
10. Motorsteuerung mit einem Prozessor, der dazu ausgelegt ist das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004027582A1 (de) * 2004-06-05 2005-12-22 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader
DE102009055236A1 (de) * 2009-12-23 2011-06-30 Ford Global Technologies, LLC, Mich. Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Abgasturboladers
DE102012216741A1 (de) * 2011-09-29 2013-04-04 Ford Global Technologies, Llc Mehrzonengasmotor mit hohem wirkungsgrad
EP2910755A1 (de) * 2014-02-20 2015-08-26 GE Jenbacher GmbH & Co OG Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102015226323A1 (de) 2015-12-21 2017-06-22 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010045710A1 (de) * 2010-09-16 2012-03-22 Volkswagen Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit variablem Ventilantrieb
DE102014006032A1 (de) * 2014-04-24 2015-10-29 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004027582A1 (de) * 2004-06-05 2005-12-22 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader
DE102009055236A1 (de) * 2009-12-23 2011-06-30 Ford Global Technologies, LLC, Mich. Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Abgasturboladers
DE102012216741A1 (de) * 2011-09-29 2013-04-04 Ford Global Technologies, Llc Mehrzonengasmotor mit hohem wirkungsgrad
EP2910755A1 (de) * 2014-02-20 2015-08-26 GE Jenbacher GmbH & Co OG Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102015226323A1 (de) 2015-12-21 2017-06-22 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine

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