WO2024068525A1 - Verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors nahe einer brenngrenze in bereich niedriger leistung - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors nahe einer brenngrenze in bereich niedriger leistung Download PDF

Info

Publication number
WO2024068525A1
WO2024068525A1 PCT/EP2023/076356 EP2023076356W WO2024068525A1 WO 2024068525 A1 WO2024068525 A1 WO 2024068525A1 EP 2023076356 W EP2023076356 W EP 2023076356W WO 2024068525 A1 WO2024068525 A1 WO 2024068525A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
air ratio
combustion air
limit value
cylinders
cylinder
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/076356
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Zeller
Holger Kauss
Yvan Gauthier
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2024068525A1 publication Critical patent/WO2024068525A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0027—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures the fuel being gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/021—Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/023—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
    • F02D19/024—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow by controlling fuel injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0642—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions
    • F02D19/0644—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions the gaseous fuel being hydrogen, ammonia or carbon monoxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually
    • F02D41/0085—Balancing of cylinder outputs, e.g. speed, torque or air-fuel ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually
    • F02D41/0087—Selective cylinder activation, i.e. partial cylinder operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1473—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
    • F02D41/1475—Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1497—With detection of the mechanical response of the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1433—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a model or simulation of the system
    • F02D2041/1437—Simulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602—Fuel pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/101—Engine speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1012—Engine speed gradient
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1015—Engines misfires
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a hydrogen engine, with a plurality of cylinders, and a control device for controlling an internal combustion engine, in particular a hydrogen engine, with a plurality of cylinders.
  • combustion air ratio significantly greater than 1 is aimed for in order to avoid nitrogen oxide emissions and to improve the consumption and responsiveness of the engine.
  • an excessive increase in the combustion air ratio can lead to possible combustion stability problems.
  • throttled operation, cylinder suppression or corresponding control of a bypass valve although these measures cannot be clearly distinguished from one another.
  • the combustion limit i.e. the range from which combustion instabilities can occur due to an excessively high combustion air ratio, cannot be clearly detected while the engine is running and measures to avoid this range can therefore usually only be initiated on the basis of boundary conditions determined during engine calibration. Disclosure of the invention
  • An internal combustion engine that is operated with such a lean, homogeneous combustion process offers - unlike a stoichiometric combustion process - the advantage of being able to carry out quick torque interventions by adjusting the amount of fuel without having to take the inertia of an air system into account.
  • torque-effective interventions via ignition control which are associated with efficiency disadvantages, can be reduced to a minimum.
  • the so-called combustion limits of the fuel-air mixture are maintained, i.e. an excessively high combustion air ratio is avoided.
  • this combustion limit is reached, the amount of fuel cannot be reduced further without generating combustion instabilities. Consequently, the torque must be adjusted using further measures, some of which reduce efficiency.
  • the object of the invention is to propose a method or a system with which an improved idle control can be achieved while largely avoiding ignition angle interventions and making the best possible use of combustion limits.
  • a method for operating an internal combustion engine, in particular a hydrogen engine, with several cylinders includes determining a combustion air ratio of the internal combustion engine, comparing the determined combustion air ratio with a predetermined lower limit value and an upper limit value, which corresponds to the combustion limit, and a Controlling the operation of the internal combustion engine through torque-effective measures in accordance with the following control cascade: a) adjusting cylinder-specific injection quantities of fuel based on a rail pressure signal of the internal combustion engine as soon as the determined combustion air ratio corresponds at most to the lower limit value in order to achieve equalization of the injection quantities of the cylinders, b) adjusting the cylinder-specific injection quantities of fuel based on the speed of the internal combustion engine as soon as the determined combustion air ratio is above the lower limit value and below the upper limit value in a transition area close to the combustion limit in order to take cycle fluctuations of the cylinders into account, c) switching off at least one cylinder and adjusting the cylinder-specific injection quantities of fuel distributed to the remaining cylinders according to measure
  • the operation of the internal combustion engine by a method according to the invention in a low load area is characterized by a prioritization of torque-effective interventions within the specified control cascade in order to largely avoid measures that reduce efficiency.
  • the execution of the individual possible interventions depends on a determined combustion air ratio of the engine, which is denoted by and indicates the mass ratio of air to fuel relative to the respective stoichiometric ratio.
  • a combustion limit must be observed as the upper limit of the combustion air ratio, above which combustion instabilities could occur due to an excessively high proportion of air.
  • a lower limit value with a sufficient safety distance from the burning limit is determined, with further discussion of a sensible selection of the lower limit value being discussed below.
  • the fuel supply to the individual cylinders is controlled based on the rail pressure signal, which is previously marked with the measure or priority a).
  • the combustion air ratio here is therefore richer or lower or equal to the lower limit.
  • the function implemented in a control unit adjusts the amount of fuel supplied to cylinders with a fuel amount that deviates from the engine cylinder average to the average cylinder level. In particular, if the amount of fuel supplied is too small, the cylinder-specific combustion air ratio is too high, which is therefore closer to the combustion limit.
  • a combustion air ratio band could be defined around the previously calculated engine cylinder average, within which the combustion air ratio should lie after a corresponding correction of the cylinder fuel quantity.
  • This band could be characterized by a fuel injection quantity that is a certain percentage lower or higher than the engine average, which could be around 10%.
  • the ignition angles are still kept in a range that is optimal for efficiency.
  • the fuel supply is regulated based on the speed signal within this transition region close to the combustion limit.
  • the speed signal is evaluated and high cycle fluctuations of individual cylinders at the combustion limit, in particular by increasing the injection quantity at the same level as the other engine cylinders. This is marked above with b).
  • rotational irregularities in the engine can be determined, which makes it possible to draw conclusions about the cycle fluctuation of each individual cylinder. If a cylinder has increased cycle variation, the fuel supply to that cylinder is increased to increase the distance to the combustion limit on that cylinder.
  • the method further comprises: d) reducing the speed of the engine if, after step c), the combustion air ratio of individual cylinders reaches at least 95% of the upper limit. To maintain the torque, the individual filling of the individual cylinders can be increased and consequently a greater distance from the combustion limit can be achieved. The engine's own speed must be taken into account.
  • the method further comprises: e) adjusting the ignition angle from the range of optimum efficiency if, after step d), the combustion air ratio of individual cylinders reaches at least 95% of the upper limit value. The adjustment of the ignition angle of individual cylinders is only carried out if the previous measures, which are mentioned under a) to d), are no longer successful. Combustion could become less efficient as a result.
  • Steps a) to e) are to be understood as measures that must be taken if the combustion engine is too close to or directly at the combustion limit. They are to be evaluated from a) to e) in descending order of priority, i.e. the individual measures can be carried out one after the other until operation is possible at a sufficient distance from the combustion limit.
  • the lower limit can be determined as the difference between the upper limit and a subtrahend s, where the subtrahend s is formed from an addition of combustion air ratio influences. Symmetrical tolerance contributions are assumed.
  • the combustion air ratio influences can include an upper boost pressure tolerance amount of an air system, a lower shot/shot scatter of an injector injection mass (approximately 5%) and an upper cylinder air charge deviation from an engine mean value.
  • a plausibility check can be carried out using an air ratio range currently calculated in an air system model to ensure that the engine is currently actually operating in the range close to the combustion limit (this could be particularly relevant if cylinder deactivation is active), so that a clear assignment of speed irregularity to proximity to the combustion limit is possible.
  • the invention further relates to a control device for controlling an internal combustion engine, in particular a hydrogen engine, with a plurality of cylinders, having a rail pressure sensor input, a speed sensor input, a computing unit, and a plurality of control outputs, wherein the computing unit is designed to carry out the method described above, a combustion air ratio of the Internal combustion engine to be determined and compared with a predetermined lower limit value and an upper limit value, and wherein the control device is designed to regulate the operation of the internal combustion engine by generating and providing control signals at the control outputs in a cascaded manner as follows: a) adjusting cylinder-specific injection quantities Fuel based on a rail pressure signal as soon as the determined combustion air ratio corresponds at most to the lower limit value, b) adjusting the cylinder-specific injection quantities of fuel based on the speed as soon as the determined combustion air ratio is above the lower limit value and below the upper limit value, c) switching off at least one cylinder and adjusting the cylinder-specific injection quantities of fuel distributed to the remaining cylinders
  • control unit is designed to d) reduce the speed of the engine, the combustion air ratio of individual cylinders should reach at least 95% of the upper limit value after carrying out c).
  • control unit is designed for e) adjusting the ignition angle from the efficiency-optimal range; after carrying out d), the combustion air ratio of individual cylinders should reach at least 95% of the upper limit value.
  • control unit is designed to determine the lower limit value as the difference between the upper limit value and a subtrahend s, wherein the subtrahend s is formed from an addition of combustion air ratio influences.
  • control unit is designed to carry out a simulation of the internal combustion engine, wherein the determination of the combustion air ratio is carried out on the basis of the simulation.
  • Figure 1 is a schematic representation of a method for operating an internal combustion engine
  • Figure 2 is a block-based representation of a control strategy
  • Figure 3 shows an exemplary representation of two different operating states and corresponding control
  • Figure 4 is a schematic representation of a system for operating an internal combustion engine.
  • Figure 1 shows a method 2 for operating an internal combustion engine, in particular a hydrogen engine with several cylinders.
  • the method 2 begins with determining 4 a combustion air ratio, after which this is compared with a predetermined lower limit value and an upper limit value 6.
  • the operation of the internal combustion engine is then regulated by a priority-controlled strategy 8, with the implementation of the previous comparison with the limit values depends.
  • the control includes: a) adjusting 10 cylinder-specific injection quantities of fuel based on a rail pressure signal as soon as the determined combustion air ratio corresponds at most to the lower limit value, b) adjusting 12 the cylinder-specific injection quantities of fuel based on the speed as soon as the determined combustion air ratio is above the lower limit and below the upper limit, c) switching off 14 at least one cylinder and adjusting 10 or 12 the cylinder-specific injection quantities of fuel to the remaining cylinders distributed according to a) or b) as soon as the determined combustion air ratio reaches the upper limit value, with the respective ignition angle being kept in an efficiency-optimal range, d) reducing the speed of the engine, after step c) the combustion air ratio of individual cylinders should be at least 95 % of the upper limit value, or e) adjusting 18 the ignition angle from the efficiency-optimal range, after step d) the combustion air ratio of individual cylinders should reach at least 95% of the upper limit value.
  • Determining 4 the combustion air ratio may include executing 20 a (simplified) simulation model of an internal combustion engine.
  • the simulation model can be designed as a lookup table in which experimentally or theoretically determined combustion air conditions are stored and can be accessed.
  • Figure 2 shows a block-based representation of a control strategy.
  • a plausibility check is carried out to determine whether a determined combustion air ratio roughly corresponds to a simulated combustion air ratio or is close to the combustion limit. This can be used as a release condition for the further process.
  • the comparison 6 takes place in a block 24, which is fed with a setpoint for the combustion air ratio ⁇ S0 n and current, cylinder-specific lower limit values for a current air filling of the cylinders. This results in deviations which are evaluated in a subsequent block 26 and used to prioritize active measures for operating the internal combustion engine. As explained above, these include adjusting 10 and 12 cylinder-specific injection quantities, switching off 14 at least one cylinder, reducing 16 the speed and adjusting 18 the ignition angle.
  • the cylinder-specific lower limit values are formed in block 28 from a base value 30 for a current combustion limit and combustion air ratio influences. The latter are formed by a cylinder-specific analysis 32 of the irregularity of the speed or cylinder pressure signal over several cycles and a comparison with a rail pressure signal and are subjected to an operating point-dependent and cylinder-specific weighting 34.
  • Figure 3 shows two examples I and II different operating states of an engine with six cylinders ZI to Z6, as well as a corresponding control.
  • the combustion air ratio exceeds the lower limit and falls below the upper limit, so that the internal combustion engine is consequently operated close to the combustion limit. Therefore, the speed signal is mainly analyzed and compared with the rail pressure signal. It is repeated over several cycles. The analysis is marked as block 40.
  • An examination of the engine speed reveals a speed irregularity, i.e. a cycle fluctuation, in which cylinders Z2 and Z6 are noticeable by a momentary drop in speed (see diagram 36).
  • the rail pressure (see diagram 38) behaves the same for all cylinders Zl-Z6, so it can be assumed that the cylinders are filled evenly.
  • the measure here is a (load-dependent) reduction 42 of the combustion limit for cylinders Z2 and Z6 as an adjustment to the control; none of the measures a) to e) are carried out.
  • the lower limit value is undershot, so that mainly the rail pressure signal is evaluated.
  • the rail pressure signal is noticeable in both cylinders Z2 and Z6.
  • the cylinder-specific injection quantities are increased based on a rail pressure signal-dependent control (measure a)).
  • FIG 4 shows an exemplary representation of a control device 44 for controlling an internal combustion engine, in particular a hydrogen engine, with several cylinders.
  • the control unit has a rail pressure sensor input 46, a speed sensor input 48, a Computing unit 50 and several control outputs 52.
  • the control unit 44 has several optional cylinder pressure inputs 54.
  • the computing unit 50 is coupled to the inputs 46, 48 and 54 and the control outputs 52 and is designed to determine a combustion air ratio of the internal combustion engine and compare it with a predetermined lower limit value and an upper limit value.
  • the control unit 44 is further designed to regulate the operation of the internal combustion engine by generating and providing control signals at the control outputs 52, for a) adjusting cylinder-specific injection quantities of fuel based on a rail pressure signal at the rail pressure sensor input 46, as soon as the determined combustion air ratio is at most the lower one Limit value corresponds, or b) adjusting the cylinder-specific injection quantities of fuel based on the speed from the speed sensor input 48 as soon as the determined combustion air ratio is above the lower limit and below the upper limit, or c) switching off at least one cylinder and adjusting the cylinder-specific injection quantities of fuel distributed to the remaining cylinders according to a) or b) as soon as the determined combustion air ratio reaches the upper limit value.
  • the control unit 44 is designed to keep the respective ignition angle in a range that is optimal for efficiency in a), b) and c). As shown above, measures d) and e) can also be carried out by the control unit 44 in accordance with the determined combustion air ratio.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Wasserstoffmotors, mit mehreren Zylindern vorgeschlagen, durch Ermitteln eines Verbrennungsluftverhältnisses des Verbrennungsmotors, Vergleichen des ermittelten Verbrennungsluftverhältnisses mit einem vorbestimmten, unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert, welcher der Brenngrenze entspricht, zum Regeln des Betriebs des Verbrennungsmotors durch: a) Verstellen (10) zylinderindividueller Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf einem Raildrucksignal des Verbrennungsmotors, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis höchstens dem unteren Grenzwert entspricht, um eine Gleichstellung der Einspritzmengen der Zylinder zu erzielen, b) Verstellen (12) der zylinderindividuellen Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf der Drehzahl des Verbrennungsmotors, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis in einem brenngrenzennahen Übergangsbereich über dem unteren Grenzwert und unter dem oberen Grenzwert liegt, um Zyklenschwankungen der Zylinder zu berücksichtigen, c) Abschalten (14) mindestens eines Zylinders und Verstellen der zylinderindividuellen Einspritzmengen an Kraftstoff auf die restlichen Zylinder verteilt nach Maßnahme a) oder Maßnahme b), sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis den oberen Grenzwert und damit die Brenngrenze erreicht hat, wobei im Rahmen aller Maßnahmen a), b) oder c) der jeweilige Zündwinkel in einem wirkungsgradoptimalen Bereich gehalten wird.

Description

Beschreibung
Titel:
Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors nahe einer Brenngrenze in Bereich niedriger Leistung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Wasserstoffmotors, mit mehreren Zylindern, und ein Steuergerät zum Steuern eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Wasserstoffmotors, mit mehreren Zylindern.
Stand der Technik
Der Betrieb von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern im Bereich kleiner Lasten und insbesondere im Leerlaufbetrieb ist herausfordernd. Es wird ein Verbrennungsluftverhältnis deutlich größer als 1 angestrebt, um Stickoxidemissionen zu vermeiden und den Verbrauch und das Ansprechverhalten des Motors zu verbessern. Eine zu starke Erhöhung des Verbrennungsluftverhältnisses kann jedoch zu möglichen Verbrennungsstabilitätsproblemen führen. Es ist bekannt, hierfür einen angedrosselten Betrieb, eine Zylinderausblendung oder eine entsprechende Ansteuerung eines Schubumluftventils vorzusehen, wobei diese Maßnahmen jedoch nicht sauber voneinander abgrenzbar sind. Die Brenngrenze, d.h. der Bereich, ab dem Verbrennungsinstabilitäten aufgrund eines zu hohen Verbrennungsluftverhältnisses auftreten können, sind überdies zur Laufzeit des Motors nicht sauber detektierbar und Maßnahmen zur Vermeidung dieses Bereichs können daher zumeist nur auf Basis während der Motorapplikation ermittelter Randbedingungen, eingeleitet werden. Offenbarung der Erfindung
Ein Verbrennungsmotor, der mit einem solchen mageren Homogenbrennverfahren betrieben wird, bietet -- anders als bei einem stöchiometrischen Brennverfahren - den Vorteil, schnelle Drehmomenteingriffe über die Anpassung der Kraftstoffmenge durchführen zu können, ohne dabei die Trägheit eines Luftsystems berücksichtigen zu müssen. Dadurch können drehmomentwirksame Eingriffe über eine Zündungsregelung, welche mit Wirkungsgradnachteilen verbunden sind, auf ein Minimum reduziert werden. Bei der Regelung des Drehmoments über die Kraftstoffmenge ist jedoch sicherzustellen, dass die sogenannten Brenngrenzen des Kraftstoff-Luft-Gemischs eingehalten werden, d.h. ein zu hohes Verbrennungsluftverhältnis vermieden wird. Wenn diese Brenngrenze erreicht ist, dann kann die Kraftstoffmenge nicht weiter reduziert ohne Verbrennungsinstabilitäten zu erzeugen. Folglich muss mit weiteren, zum Teil wirkungsgradverschlechternden Maßnahmen das Drehmoment eingeregelt werden.
Folglich liegt die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren bzw. ein System vorzuschlagen, mit dem eine verbesserte Leerlaufregelung unter weitgehender Vermeidung von Zündwinkeleingriffen und unter bestmöglicher Ausnutzung von Brenngrenzen vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Wasserstoffmotors, mit mehreren Zylindern vorgeschlagen, das Verfahren umfasst ein Ermitteln eines Verbrennungsluftverhältnisses des Verbrennungsmotors, Vergleichen des ermittelten Verbrennungsluftverhältnisses mit einem vorbestimmten, unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert, welcher der Brenngrenze entspricht, sowie ein Regeln des Betriebs des Verbrennungsmotors durch momentenwirksame Maßnahmen nach Maßgabe der folgenden Regelkaskade: a) Verstellen zylinderindividueller Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf einem Raildrucksignal des Verbrennungsmotors, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis höchstens dem unteren Grenzwert entspricht, um eine Gleichstellung der Einspritzmengen der Zylinder zu erzielen, b) Verstellen der zylinderindividuellen Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf der Drehzahl des Verbrennungsmotors, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis in einem brenngrenzennahen Übergangsbereich über dem unteren Grenzwert und unter dem oberen Grenzwert liegt, um Zyklenschwankungen der Zylinder zu berücksichtigen, c) Abschalten mindestens eines Zylinders und Verstellen der zylinderindividuellen Einspritzmengen an Kraftstoff auf die restlichen Zylinder verteilt nach Maßnahme a) oder Maßnahme b), sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis den oberen Grenzwert und damit die Brenngrenze erreicht hat, wobei im Rahmen aller Maßnahmen a), b) oder c) der jeweilige Zündwinkel in einem wirkungsgradoptimalen Bereich gehalten wird.
Der Betrieb des Verbrennungsmotors durch ein erfindungsgemäßes Verfahren in einem Bereich niedriger Last kennzeichnet sich durch eine Priorisierung von momentenwirksamen Eingriffen im Rahmen der angegebenen Regelkaskade, um wirkungsgradmindernde Maßnahmen weitgehend zu vermeiden. Die Ausführung der einzelnen möglichen Eingriffe hängt von einem ermittelten Verbrennungsluftverhältnis des Motors ab, welches mit bezeichnet wird und das Massenverhältnis von Luft zu Brennstoff relativ zu dem jeweils stöchiometrischen Verhältnis angibt. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass eine Brenngrenze als oberer Grenzwert des Verbrennungsluftverhältnisses zu beachten ist, ab der Verbrennungsinstabilitäten aufgrund eines zu hohen Luftanteils auftreten könnten. Eine unterer Grenzwert mit einem ausreichenden Sicherheitsabstand zu der Brenngrenze wird festgelegt, wobei weiter nachfolgend auf eine sinnvolle Auswahl des unteren Grenzwerts eingegangen wird. Liegt das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis weit genug unterhalb der Brenngrenze und höchstens bei dem unteren Grenzwert, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Regelung der Kraftstoffzufuhr zu den einzelnen Zylinder auf dem Raildrucksignal basierend durchgeführt, was vorangehend mit der Maßnahme oder der Priorität a) gekennzeichnet wird. Das Verbrennungsluftverhältnis ist hier folglich fetter bzw. niedriger oder gleich dem unteren Grenzwert. Die in einem Steuergerät implementierte Funktion gleicht die zugeführte Kraftstoffmenge von Zylindern mit einer von dem Motorzylinderdurchschnitt abweichenden Kraftstoffmenge auf das Zylinderdurchschnittsniveau an. Insbesondere bei einer zu geringen zugeführten Kraftstoffmenge ist ein zylinderindividuelles Verbrennungsluftverhältnis zu hoch, welches folglich auch näher an der Brenngrenze liegt.
Bei diesem Prozess ist denkbar, einen minimalen Druck im Rail während der Einspritzung an den Zylindern auszuwerten. Bei den Zylindern, bei deren Einspritzung ein höherer minimale Raildruck als bei den anderen Zylindern im Durchschnitt beobachtbar ist, könnte die Ansteuerdauer des entsprechenden Injektors angehoben werden, bis der minimale Raildruck leicht kleiner oder leicht höher als der vorher berechnete Zylinderdurchschnitt liegt.
Es könnte ein Verbrennungsluftverhältnisband um den vorher berechneten Motorzylinderdurchschnitt definiert werden, innerhalb dem das Verbrennungsluftverhältnis nach einer entsprechenden Korrektur der Kraftstoffmenge des Zylinders liegen soll. Dieses Band könnte durch eine um einen gewissen Prozentsatz niedrigere oder höhere Kraftstoffeinspritzmenge gegenüber dem Motordurchschnitt gekennzeichnet sein, die etwa bei 10 % liegen könnte. Die Zündwinkel werden dabei weiterhin in einem wirkungsgradoptimalen Bereich gehalten.
Liegt das Verbrennungsluftverhältnis indes nahe an der Brenngrenze, d.h. dem oberen Grenzwert, jedoch noch unterhalb, erfolgt erfindungsgemäß innerhalb dieses brenngrenzennahen Übergangsbereichs eine Regelung der Kraftstoffzufuhr basierend auf dem Drehzahlsignal. Bei diesem Prozess wird das Drehzahlsignal ausgewertet und hohe Zyklenschwankungen einzelner Zylinder an der Brenngrenze insbesondere anhand einer Anhebung der Einblasmenge auf dem Niveau der übrigen Motorzylinder leichgestellt. Dies ist vorangehend mit b) gekennzeichnet. Bei der Erfassung der Drehzahl über einen Drehzahlsensor kann eine Drehunförmigkeit des Motors ermittelt werden, wodurch Rückschlüsse auf die Zyklenschwankung jedes einzelnen Zylinders möglich sind. Weist ein Zylinder eine erhöhte Zyklenschwankung auf, wird die Kraftstoffzufuhr zu diesem Zylinder erhöht, um den Abstand zur Brenngrenze an diesem Zylinder zu erhöhen. Da als Ursache für Zyklenschwankungen neben der Nähe zu der Brenngrenze auch ein möglicher Unterschied in der pro Zylinder eingebrachten Kraftstoffmenge relevant sein kann, kann zur Unterscheidung der beiden möglichen Ursachen weiterhin ein Vergleich der Unterschiede zwischen Zylindern in einem Raildrucksignal als Maß für tatsächlich eingebrachte Kraftstoffmengen und der Drehzahlunförmigkeit als Maß für die Abweichungen aufgrund beider möglicher Ursachen herangezogen werden. Somit werden alle Zylinder bestmöglich an die Brenngrenze unter Berücksichtigung aller Einflüsse auf die Brenngrenze wie etwa die Mengenstreuung der einzelnen Kraftstoffdosierventile und eine etwaige Ungleichverteilung der Zylinderfüllung.
Erst wenn die Brenngrenze erreicht ist, erfolgt zum Einnehmen eines zylinderindividuellen größeren Abstands von der Brenngrenze eine selektive Zylinderabschaltung bei gleichzeitiger Verteilung der zur Erreichung des Solldrehmoments nötigen Kraftstoffmenge auf die übrigen, aktiven Zylinder. Solange in diesem Betriebsmodus das Verbrennungsluftverhältnis nicht an der Brenngrenze liegt soll weiter eine reine Regelung über die Verstellung der Kraftstoffzufuhr erfolgen, wobei hier je nach dem sich dann ergebenden Verbrennungsluftverhältnis eine Unterscheidung nach a) und b) vorgenommen wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Verfahren ferner auf: d) Verringern der Drehzahl des Motors, sollte nach Schritt c) das Verbrennungsluftverhältnis einzelner Zylinder zumindest 95 % des oberen Grenzwerts erreichen. Zur Aufrechterhaltung des Drehmoments kann die individuelle Befüllung der einzelnen Zylinder erhöht und folglich ein größerer Abstand von der Brenngrenze erreicht werden. Dabei ist die Eigendrehzahl des Motors zu beachten. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Verfahren ferner auf: e) Verstellen des Zündwinkels aus dem wirkungsgradoptimalen Bereich, sollte nach Schritt d) das Verbrennungsluftverhältnis einzelner Zylinder zumindest 95 % des oberen Grenzwerts erreichen. Das Verstellen des Zündwinkels einzelner Zylinder wird erst dann durchgeführt, wenn die vorhergehenden Maßnahmen, welche unter a) bis d) genannt sind, nicht mehr zum Erfolg führen. Die Verbrennung könnte dabei ineffizienter werden.
Die Schritte a) bis e) sind jeweils als Maßnahmen zu verstehen, die durchzuführen sind, sollte der Verbrennungsmotor zu nah oder direkt an der Brenngrenze liegen. Sie sind von a) bis e) mit absteigender Priorität zu bewerten, d.h. es können die einzelnen Maßnahmen nacheinander durchgeführt werden, bis ein ausreichend von der Brenngrenze beabstandeter Betrieb möglich ist.
Der untere Grenzwert kann als Differenz aus dem oberen Grenzwert und einem Subtrahenden s ermittelt werden, wobei der Subtrahend s aus einer Addition von Verbrennungsluftverhältniseinflüssen gebildet wird. Es wird von symmetrischen Toleranzbeiträgen ausgegangen. Die Verbrennungsluftverhältniseinflüsse können einen oberen Ladedruck-Toleranzbetrag eines Luftsystems, eine untere Schuss/Schuss-Streuung einer Injektor-Einblasmasse (etwa 5 %) und eine obere Zylinderluftfüllungsabweichung zu einem Motormittelwert umfassen.
Zusätzlich kann eine Plausibilisierung anhand eines aktuell in einem Luftsystemmodell berechneten Luftverhältnisbereichs erfolgen, um sicherzustellen, dass der Motor aktuell tatsächlich im Brenngrenzen-nahen Bereich betrieben wird (dies könnte vor allem dann relevant sein, wenn eine Zylinderabschaltung aktiv ist), so dass damit eine eindeutige Zuweisung von Drehzahlunförmigkeit zu Brenngrenzennähe möglich wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät zum Steuern eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Wasserstoffmotors, mit mehreren Zylindern, aufweisend einen Raildrucksensoreingang, einen Drehzahlsensoreingang, eine Recheneinheit, und mehrere Steuerausgänge, wobei die Recheneinheit zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens dazu ausgebildet ist, ein Verbrennungsluftverhältnis des Verbrennungsmotors zu ermitteln und mit einem vorbestimmten, unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert zu vergleichen, und wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, den Betrieb des Verbrennungsmotors durch Generieren und Bereitstellen von Ansteuerungssignalen an den Steuerausgängen wie folgt kaskadiert zu regeln: a) Verstellen zylinderindividueller Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf einem Raildrucksignal, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis höchstens dem unteren Grenzwert entspricht, b) Verstellen der zylinderindividuellen Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf der Drehzahl, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis über dem unteren Grenzwert und unter dem oberen Grenzwert liegt, c) Abschalten mindestens eines Zylinders und Verstellen der zylinderindi-viduellen Einspritzmengen an Kraftstoff auf die restlichen Zylinder verteilt nach a) oder b), sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis den oberen Grenzwert erreicht, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, bei den vorgenannten Maßnahmen a), b) und c) den jeweiligen Zündwinkel in einem wirkungsgradoptimalen Bereich zu halten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Steuergerät dazu ausgebildet ist, zum d) Verringern der Drehzahl des Motors, sollte nach Durchführen von c) das Verbrennungsluftverhältnis einzelner Zylinder zumindest 95 % des oberen Grenzwerts erreichen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Steuergerät ausgebildet ist, zum e) Verstellen des Zündwinkels aus dem wirkungsgradoptimalen Bereich, sollte nach Durchführen von d) das Verbrennungsluftverhältnis einzelner Zylinder zumindest 95 % des oberen Grenzwerts erreichen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Steuergerät dazu ausgebildet zum Ermitteln des unteren Grenzwerts als Differenz aus dem oberen Grenzwert und einem Subtrahenden s, wobei der Subtrahend s aus einer Addition von Verbrennungsluftverhältniseinflüssen gebildet wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Steuergerät dazu ausgebildet, eine Simulation des Verbrennungsmotors auszuführen, wobei das Ermitteln des Verbrennungsluftverhältnisses anhand der Simulation durchgeführt wird.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiele
Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Verbrennungsmotors;
Figur 2 eine blockbasierte Darstellung einer Regelstrategie;
Figur 3 eine beispielhafte Darstellung zwei unterschiedlicher Betriebszustände und entsprechender Regelung;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Systems zum Betreiben eines Verbrennungsmotors.
Figur 1 zeigt ein Verfahren 2 zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Wasserstoffmotors mit mehreren Zylindern. Das Verfahren 2 beginnt mit dem Ermitteln 4 eines Verbrennungsluftverhältnisses, wonach dieses mit einem vorbestimmten, unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert verglichen wird 6. Anschließend wird der Betrieb des Verbrennungsmotors durch eine prioritätsgesteuerte Strategie geregelt 8, wobei die Durchführung von dem vorherigen Vergleich mit den Grenzwerten abhängt. Mit absteigender Priorität umfasst die Regelung: a) Verstellen 10 zylinderindividueller Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf einem Raildrucksignal, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis höchstens dem unteren Grenzwert entspricht, b) Verstellen 12 der zylinderindividuellen Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf der Drehzahl, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis über dem unterem Grenzwert und unter dem oberen Grenzwert liegt, c) Abschalten 14 mindestens eines Zylinders und Verstellen 10 oder 12 der zylinderindividuellen Einspritzmengen an Kraftstoff auf die restlichen Zylinder verteilt nach a) oder b), sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis den oberen Grenzwert erreicht, wobei der jeweilige Zündwinkel in einem wirkungsgradoptimalen Bereich gehalten wird, d) Verringern 16 der Drehzahl des Motors, sollte nach Schritt c) das Verbrennungsluft-verhältnis einzelner Zylinder zumindest 95 % des oberen Grenzwerts erreichen, oder e) Verstellen 18 des Zündwinkels aus dem wirkungsgradoptimalen Bereich, sollte nach Schritt d) das Verbrennungsluftverhältnis einzelner Zylinder zumindest 95 % des oberen Grenzwerts erreichen. Das Ermitteln 4 des Verbrennungsluftverhältnisses kann das Ausführen 20 eines (vereinfachten) Simulationsmodells eines Verbrennungsmotors umfassen. Das Simulationsmodell kann in einem einfachsten Fall als Nachschlagetabelle ausgeführt sein, in der experimentell oder theoretisch ermittelte Verbrennungsluftverhältnisse abgelegt und abrufbar sind.
Figur 2 zeigt eine blockbasierte Darstellung einer Regelstrategie. In einem Block 22 erfolgt eine Plausibilisierung, ob ein ermitteltes Verbrennungsluftverhältnis einem simulierten Verbrennungsluftverhältnis etwa entspricht bzw. in einer Brenngrenzennähe liegt. Dies kann als Freigabebedingung für das weitere Verfahren genutzt werden.
Das Vergleichen 6 erfolgt in einem Block 24, der mit einem Sollwert für das Verbrennungsluftverhältnis ÄS0n und aktuellen, zylinderindividuellen unteren Grenzwerten für eine aktuelle Luftfüllung der Zylinder gespeist wird. Hieraus ergeben sich Abweichungen, welche in einem nachfolgenden Block 26 ausgewertet und zur Priorisierung von aktiven Maßnahmen zum Betreiben des Verbrennungsmotors genutzt werden. Diese umfassen, wie vorangehend erläutert, das Verstellen 10 und 12 zylinderindividueller Einspritzmengen, das Abschalten 14 mindestens eines Zylinders, das Verringern 16 der Drehzahl und das Verstellen 18 des Zündwinkels. Die zylinderindividuellen unteren Grenzwerte werden in Block 28 aus einem Basiswert 30 für eine aktuelle Brenngrenze und Verbrennungsluftverhältniseinflüssen gebildet. Letztere werden durch eine zylinderindividuellen Analyse 32 der Unförmigkeit des Drehzahl- bzw. Zylinderdrucksignals über mehrere Zyklen und einen Abgleich mit einem Raildrucksignal gebildet sowie einer betriebspunktabhängigen und zylinderindividuellen Gewichtung 34 unterzogen.
Figur 3 zeigt in zwei Beispielen I und II unterschiedliche Betriebszustände eines Motors mit sechs Zylindern ZI bis Z6, sowie eine entsprechende Regelung. In I überschreitet das Verbrennungsluftverhältnis den unteren Grenzwert und unterschreitet den oberen Grenzwert, sodass der Verbrennungsmotor folglich nahe der Brenngrenze betrieben wird. Daher wird hauptsächlich das Drehzahlsignal analysiert und ein Abgleich mit dem Raildrucksignal durchgeführt. Es erfolgt eine Wiederholung über mehrere Zyklen. Die Analyse wird als Block 40 gekennzeichnet. Eine Untersuchung der Drehzahl des Motors ergibt eine Drehzahlunförmigkeit, d.h. eine Zyklenschwankung, bei denen die Zylinder Z2 und Z6 durch einen momentanen Abfall der Drehzahl (siehe Diagramm 36) auffallen. Der Raildruck (siehe Diagramm 38) verhält sich bei allen Zylindern Zl- Z6 gleich, sodass von einer gleichmäßigen Befüllung der Zylinder auszugehen ist. Als Maßnahme erfolgt hier eine (lastabhängige) Absenkung 42 der Brenngrenze für die Zylinder Z2 und Z6 als Anpassung der Regelung, es erfolgt keine der Maßnahmen a) bis e).
In Beispiel II ist der untere Grenzwert unterschritten, sodass hauptsächlich das Raildrucksignal ausgewertet wird. Das Raildrucksignal ist bei beiden Zylindern Z2 und Z6 auffällig. Als Maßnahme werden die zylinderindividuellen Einspritzmengen basierend auf einer raildrucksignalabhängigen Regelung erhöht (Maßnahme a)).
Schließlich zeigt Figur 4 eine beispielhafte Darstellung eines Steuergeräts 44 zum Steuern eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Wasserstoffmotors, mit mehreren Zylindern. Das Steuergerät weist einen Raildrucksensoreingang 46, einen Drehzahlsensoreingang 48, eine Recheneinheit 50 und mehrere Steuerausgänge 52 auf. Weiterhin weist das Steuergerät 44 mehrere optionale Zylinderdruckeingänge 54 auf. Die Recheneinheit 50 ist mit den Eingängen 46, 48 und 54 sowie den Steuerausgängen 52 gekoppelt und dazu ausgebildet, ein Verbrennungsluftverhältnis des Verbrennungsmotors zu ermitteln und mit einem vorbestimmten, unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert zu vergleichen. Das Steuergerät 44 ist ferner dazu ausgebildet ist, den Betrieb des Verbrennungsmotors durch Generieren und Bereitstellen von Ansteuerungssignalen an den Steuerausgängen 52 zu regeln, zum a) Verstellen zylinderindividueller Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf einem Raildrucksignal an dem Raildrucksensoreingang 46, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis höchstens dem unteren Grenzwert entspricht, oder b) Verstellen der zylinderindividuellen Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf der Drehzahl aus dem Drehzahlsensoreingang 48, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis über dem unteren Grenzwert und unter dem oberen Grenzwert liegt, oder c) Abschalten mindestens eines Zylinders und Verstellen der zylinderindividuellen Einspritzmengen an Kraftstoff auf die restlichen Zylinder verteilt nach a) oder b), sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis den oberen Grenzwert erreicht. Dabei ist die Steuereinheit 44 dazu ausgebildet, bei a), b) und c) den jeweiligen Zündwinkel in einem wirkungsgradoptimalen Bereich zu halten. Wie vorangehend dargestellt können weiterhin die Maßnahmen d) und e) durch die Steuereinheit 44 entsprechend des ermittelten Verbrennungsluftverhältnisses durchgeführt werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (2) zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Wasserstoffmotors, mit mehreren Zylindern, aufweisend: Ermitteln (4) eines Verbrennungsluftverhältnisses des Verbrennungsmotors,
Vergleichen (6) des ermittelten Verbrennungsluftverhältnisses mit einem vorbestimmten, unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert, welcher der Brenngrenze entspricht,
Regeln (8) des Betriebs des Verbrennungsmotors durch momentenwirksame Maßnahmen nach Maßgabe der folgenden Regelkaskade: a) Verstellen (10) zylinderindividueller Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf einem Raildrucksignal des Verbrennungsmotors, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis höchstens dem unteren Grenzwert entspricht, um eine Gleichstellung der Einspritzmengen der Zylinder zu erzielen, b) Verstellen (12) der zylinderindividuellen Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf der Drehzahl des Verbrennungsmotors, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis in einem brenngrenzennahen Übergangsbereich über dem unteren Grenzwert und unter dem oberen Grenzwert liegt, um Zyklenschwankungen der Zylinder zu berücksichtigen, c) Abschalten (14) mindestens eines Zylinders und Verstellen der zylinderindividuellen Einspritzmengen an Kraftstoff auf die restlichen Zylinder verteilt nach Maßnahme a) oder Maßnahme b), sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis den oberen Grenzwert und damit die Brenngrenze erreicht hat, wobei im Rahmen aller Maßnahmen a), b) oder c) der jeweilige Zündwinkel in einem wirkungsgradoptimalen Bereich gehalten wird. Verfahren (2) nach Anspruch 1, das Verfahren (2) ferner aufweisend: d) Verringern (16) der Drehzahl des Motors, sollte nach Maßnahme c) das Verbrennungsluftverhältnis einzelner Zylinder zumindest 95 % des oberen Grenzwerts erreichen. Verfahren (2) nach Anspruch 2, das Verfahren (2) ferner aufweisend: e) Verstellen (18) des Zündwinkels aus dem wirkungsgradoptimalen Bereich, sollte nach Maßnahme d) das Verbrennungsluftverhältnis einzelner Zylinder zumindest 95 % des oberen Grenzwerts erreichen. Verfahren (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend Ermitteln des unteren Grenzwerts als Differenz aus dem oberen Grenzwert und einem Subtrahenden s, wobei der Subtrahend s aus einer Addition von Verbrennungsluftverhältniseinflüssen gebildet wird. Verfahren (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (4) des Verbrennungsluftverhältnisses anhand eines Simulationsmodells durchgeführt wird. Steuergerät (44) zum Steuern eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Wasserstoffmotors, mit mehreren Zylindern, aufweisend: einen Raildrucksensoreingang (46), einen Drehzahlsensoreingang (48), eine Recheneinheit (50), und mehrere Steuerausgänge (52), wobei die Recheneinheit (50) dazu ausgebildet ist, ein Verbrennungsluftverhältnis des Verbrennungsmotors zu ermitteln und mit einem vorbestimmten, unteren Grenzwert und einem oberen, der Brenngrenze entsprechenden Grenzwert zu vergleichen, und wobei das Steuergerät (44) dazu ausgebildet ist, momentenwirksame Maßnahmen nach Maßgabe der folgenden Regelkaskade durch Generieren und Bereitstellen von Ansteuerungssignalen an den Steuerausgängen (52) durchzuführen: a) Verstellen (10) zylinderindividueller Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf einem Raildrucksignal des Verbrennungsmotors, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis höchstens dem unteren Grenzwert entspricht, um eine Gleichstellung der Einspritzmengen der Zylinder zu erzielen, b) Verstellen (12) der zylinderindividuellen Einspritzmengen an Kraftstoff basierend auf der Drehzahl des Verbrennungsmotors, sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis in einem brenngrenzennahen Übergangsbereich über dem unteren Grenzwert und unter dem oberen Grenzwert liegt, um Zyklenschwankungen der Zylinder zu berücksichtigen, c) Abschalten (14) mindestens eines Zylinders und Verstellen der zylinderindividuellen Einspritzmengen an Kraftstoff auf die restlichen Zylinder verteilt nach Maßnahme a) oder Maßnahme b), sobald das ermittelte Verbrennungsluftverhältnis den oberen Grenzwert und damit die Brenngrenze erreicht hat, wobei das Steuergerät (44) dazu ausgebildet ist, im Rahmen aller Maßnahmen a), b) oder c) den jeweiligen Zündwinkel in einem wirkungsgradoptimalen Bereich zu halten. Steuergerät (44) nach Anspruch 6, wobei das Steuergerät (44) ausgebildet ist zum: d) Verringern (16) der Drehzahl des Motors, sollte nach Durchführen von c) das Verbrennungsluftverhältnis einzelner Zylinder zumindest 95 % des oberen Grenzwerts erreichen. Steuergerät (44) nach Anspruch 7, wobei das Steuergerät (44) ausgebildet ist zum: e) Verstellen (18) des Zündwinkels aus dem wirkungsgradoptimalen Bereich, sollte nach Durchführen von d) das Verbrennungsluftverhältnis einzelner Zylinder zumindest 95 % des oberen Grenzwerts erreichen. Steuergerät (44) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Steuergerät (44) ausgebildet ist zum Ermitteln des unteren Grenzwerts als Differenz aus dem oberen Grenzwert und einem Subtrahenden s, wobei der Subtrahend s aus einer Addition von Verbrennungsluftverhältniseinflüssen gebildet wird. Steuergerät (44) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Steuergerät (44) dazu ausgebildet ist, eine Simulation des
Verbrennungsmotors auszuführen, wobei das Ermitteln des Verbrennungsluftverhältnisses anhand der Simulation durchgeführt wird.
PCT/EP2023/076356 2022-09-26 2023-09-25 Verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors nahe einer brenngrenze in bereich niedriger leistung WO2024068525A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022210136.7 2022-09-26
DE102022210136.7A DE102022210136A1 (de) 2022-09-26 2022-09-26 Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors nahe einer Brenngrenze in Bereich niedriger Leistung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024068525A1 true WO2024068525A1 (de) 2024-04-04

Family

ID=88192293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/076356 WO2024068525A1 (de) 2022-09-26 2023-09-25 Verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors nahe einer brenngrenze in bereich niedriger leistung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022210136A1 (de)
WO (1) WO2024068525A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011011337B3 (de) * 2011-02-16 2012-02-16 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren zur Zylindergleichstellung einer Mehrzylinder-Verbrennungskraftmaschine
WO2014112427A1 (ja) * 2013-01-18 2014-07-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 エンジンの制御装置及び制御方法
DE102017215566A1 (de) * 2017-09-05 2019-03-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors während eines Warmlaufens

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011011337B3 (de) * 2011-02-16 2012-02-16 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren zur Zylindergleichstellung einer Mehrzylinder-Verbrennungskraftmaschine
WO2014112427A1 (ja) * 2013-01-18 2014-07-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 エンジンの制御装置及び制御方法
DE102017215566A1 (de) * 2017-09-05 2019-03-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors während eines Warmlaufens

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022210136A1 (de) 2024-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2029872B1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
DE69927539T2 (de) Steuerungssystem für eine Brennkraftmaschine
DE102007013119A1 (de) Einspritzverfahren und zugehörige Verbrennungskraftmaschine
DE60004712T2 (de) Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
DE10157104A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Betriebsübergängen bei Brennkraftmaschinen
WO2007065573A1 (de) Verfahren zur regelung einer brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden brennkraftmaschine
DE19850581C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Drehmoments einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung
DE102006020675A1 (de) Verfahren zur Lambda- und Momentenregelung einer Verbrennungskraftmaschine sowie Programmalgorithmus
DE102009000329A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
DE102012204112B4 (de) Maschinensteuerungssystem mit stellgliedsteuerung
DE10037024A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Vermeiden von Klopfen bei Ausfall einer Klopfregelung
DE102010051034A1 (de) Verfahren zur Bestimmung einer Art eines Luft-Kraftstoff-Gemisch-Fehlers
DE10000111A1 (de) Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen
EP1921295B1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102009032659A1 (de) Kombinierte Rauchbegrenzung
EP1377738A1 (de) Verfahren zur steuerung einer kraftstoffzumessung im mehrfacheinspritzungsbetrieb
WO2001063111A1 (de) Verfahren und einrichtung zur steuerung einer mehrzylindrigen brennkraftmaschine
DE102005046952B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine
DE10064652B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur schnellen Veränderung eines Drehmoments einer Brennkraftmaschine
DE102010051035A1 (de) Verfahren zur Korrektur eines Luft-Kraftstoff-Gemisch-Fehlers
EP1003960B1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
WO2024068525A1 (de) Verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors nahe einer brenngrenze in bereich niedriger leistung
DE10033946B4 (de) Kraftstoffeinspritzsteuersystem für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
EP3317505B1 (de) Brennkraftmaschine mit einer regeleinrichtung
DE10051551B4 (de) Verfahren, Computerprogramm sowie Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23776633

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1