(57)【要約】【課題】エンジンを運転するための新しい方法及び制御装置を創出すること。【解決手段】好ましくは二元燃料エンジンとして構成された、複数のシリンダ（２）を含むエンジンを運転するための方法であって、ガス燃料及び空気から成るガス／空気混合気の燃焼のために、ガス／空気混合気が、点火流体を用いて、シリンダ（２）内で点火され、各シリンダ（２）の領域内で、各シリンダの動作サイクルにおいて、まずガス／空気混合気のガス燃料と空気とが、次に燃焼の開始を制御するために、点火流体が、メイン噴射を通じて、各シリンダ（２）に導入され、各動作サイクルにおいて、各シリンダ（２）にガス／空気混合気が導入された後、及び、メイン噴射の前に、同様に点火流体が、少なくとも１回のプレ噴射を通じて、各シリンダ（２）に導入され、１回以上の前記プレ噴射の噴射量は、シリンダ圧力に応じて決定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシリンダ（２）を含むエンジンを運転するための方法であって、ガス燃料及び空気から成るガス／空気混合気の燃焼のために、前記ガス／空気混合気が、点火流体を用いて、前記シリンダ（２）内で点火され、各シリンダ（２）の領域内で、前記各シリンダの動作サイクルにおいて、まず前記ガス／空気混合気の前記ガス燃料と空気とが、次に燃焼の開始を制御するために、前記点火流体が、メイン噴射を通じて、前記各シリンダ（２）に導入される方法において、
前記各動作サイクルにおいて、前記各シリンダ（２）に前記ガス／空気混合気が導入された後、及び、前記メイン噴射の前に、同様に点火流体が、少なくとも１回のプレ噴射を通じて、前記各シリンダ（２）に導入され、１回以上の前記プレ噴射の噴射量は、シリンダ圧力に応じて決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記各プレ噴射の噴射量が、前記各プレ噴射の時点で前記各シリンダ内に存在する前記シリンダ圧力に応じて決定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記各動作サイクルにおいて、前記点火流体が、少なくとも２回の連続するプレ噴射において、前記各シリンダ（２）に導入されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記各プレ噴射の噴射量が、それぞれ測定されたシリンダ圧力に応じて決定されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記各プレ噴射の噴射量が、各シリンダ圧力に応じて決定され、前記各シリンダ圧力は、各給気圧力及び各ピストン位置に依存して決定されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記各プレ噴射の噴射量が、前記各シリンダ圧力に応じて、前記各プレ噴射の際に前記点火流体が前記各シリンダの燃焼室内で、前記シリンダのシリンダライナを湿らせることなく、最大限に広がるように決定されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記各動作サイクルにおいて、１回以上の前記プレ噴射が、２４０°ＢＴＤＣのクランク角と４０°ＢＴＤＣのクランク角との間のクランク角範囲において行われることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
複数のシリンダ（２）を含むエンジンを運転するための方法であって、ガス燃料及び空気から成るガス／空気混合気の燃焼のために、前記ガス／空気混合気が、点火流体を用いて、前記シリンダ（２）内で点火され、各シリンダ（２）の領域内で、前記各シリンダの動作サイクルにおいて、まず前記ガス／空気混合気の前記ガス燃料と空気とが、次に燃焼の開始を制御するために、前記点火流体が、メイン噴射を通じて、前記各シリンダ（２）に導入される方法において、
前記各動作サイクルにおいて、前記各シリンダ（２）に前記ガス／空気混合気が導入された後、及び、前記メイン噴射の前に、同様に点火流体が、少なくとも１回のプレ噴射を通じて、前記各シリンダ（２）に導入され、１回以上の前記プレ噴射が、前記各動作サイクルにおいて、２４０°ＢＴＤＣのクランク角と４０°ＢＴＤＣのクランク角との間のクランク角範囲において行われることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか一項に基づいて、さらに発展させられていることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の方法を制御側で実施することを特徴とする、エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを運転するための方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
実践からは、いわゆる二元燃料エンジンが知られており、当該二元燃料エンジンでは、一方では液体燃料運転モードにおいて、ディーゼル等の液体燃料が、他方ではガス燃料運転モードにおいて、天然ガス等のガス燃料が燃焼可能である。このような二元燃料エンジンのガス燃料運転モードでは、一般的に、希薄なガス／空気混合気が、エンジンのシリンダに導入され、同じくシリンダに導入された点火流体の点火エネルギーによって点火される。従って、二元燃料エンジンは、点火流体噴射システムを有しており、点火流体噴射システムは、複数のシリンダに共通の点火流体輸送ポンプと、複数のシリンダに共通の点火流体貯蔵部と、複数のシリンダに個別に設けられた点火流体インジェクタと、を含んでいる。その際、実践によると、点火流体は、各シリンダに、各シリンダのピストンのいわゆる上死点の直前で、各シリンダの動作サイクル毎の単回噴射において、又は、単回噴射と共に、各シリンダの燃焼室内に導入される。
【０００３】
特許文献１からは、各シリンダの各動作サイクルにおいて、点火流体が、少なくとも２回の連続する噴射において、各シリンダに導入されることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１４０１７１２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここから出発して、本発明の課題は、エンジンを運転するための新しい方法及び制御装置を創出することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本課題は、第１の態様によると、請求項１に記載の方法によって解決される。
【０００７】
これによると、各動作サイクルにおいて、ガス／空気混合気を各シリンダに導入した後、及び、メイン噴射の前に、点火流体が同様に、少なくとも１回のプレ噴射によって、各シリンダに導入され、１回以上のプレ噴射の噴射量は、シリンダ圧力に応じて決定される。
【０００８】
各シリンダへの点火流体のメイン噴射は、シリンダの燃焼室内のガス／空気混合気の実際の点火を引き起こすため、又は、点火の制御のために役立つ。各動作サイクルにおけるメイン噴射の前に行われる１回以上のプレ噴射は、実際の点火プロセスの前処理に役立ち、それによって、点火流体は、各シリンダの燃焼室内で最適に分配される。１回以上のプレ噴射の噴射量が、シリンダ圧力に応じて決定されることによって、点火流体は、エンジンの運転を妨げることなく、燃焼室内で最適に分配され得る。全体として、より高い効率と、より高い燃焼の安定性と、を有する、ガス／空気混合気の燃焼が起こり得る。
【０００９】
有利なさらなる発展形態によると、１回以上のプレ噴射の噴射量は、シリンダ圧力に応じて、点火流体が各シリンダの燃焼室内で、シリンダのシリンダライナを湿らせることなく、最大限に広がるように決定される。このさらなる発展形態は、シリンダライナが点火流体によって湿らされない方が良いという認識に基づいている。点火流体のシリンダライナの壁への吸着は、望ましくないオイルの希薄化につながり得る。これは、シリンダ圧力に応じた、噴射量の所定の決定によって回避され得る。全体として、より高い効率と、より高い燃焼の安定性と、を有する、ガス／空気混合気の燃焼が起こり得る。
【００１０】
有利なさらなる発展形態によると、各プレ噴射の噴射量は、各プレ噴射の時点において各シリンダ内に存在するシリンダ圧力に応じて決定される。より高い効率と、より高い燃焼の安定性と、を有する、ガス／空気混合気の燃焼が起こり得る。
【００１１】
有利なさらなる発展形態によると、各動作サイクルにおいて、点火流体は、少なくとも２回の連続するプレ噴射において、各シリンダに導入される。実際のメイン噴射の前に、少なくとも２回の連続するプレ噴射において点火流体を導入することによって、シリンダの燃焼室内での点火流体の分配は、さらに改善し得る。全体として、より高い効率と、より高い燃焼の安定性と、を有する、ガス／空気混合気の燃焼が起こり得る。
【００１２】
本発明の有利なさらなる発展形態によると、各動作サイクルにおいて、１回以上のプレ噴射が、２４０°ＢＴＤＣのクランク角と４０°ＢＴＤＣのクランク角との間、好ましくは２００°ＢＴＤＣのクランク角と４０°ＢＴＤＣのクランク角との間、特に好ましくは１６０°ＢＴＤＣのクランク角と４０°ＢＴＤＣのクランク角との間のクランク角範囲において行われる。上述のクランク角範囲において、１回以上のプレ噴射で、点火流体を導入することが、特に好ましい。特に上死点手前で比較的上死点から離れている場合、例えば２４０°ＢＴＤＣのクランク角の場合、シリンダ圧力は比較的小さいので、比較的少ない噴射量が、各プレ噴射において、シリンダに導入され、その結果、シリンダライナが点火流体で湿らされることが、確実に排除される。より高い効率と、より高い燃焼の安定性と、を有する、ガス／空気混合気の燃焼が起こり得る。
【００１３】
本課題は、第２の態様によると、請求項８に記載の方法によって解決される。当該方法を実施するための制御装置は、請求項１０に規定されている。
【００１４】
本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び以下の説明から明らかになる。本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明するが、それに限定されるものではない。示されているのは以下の図である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】二元燃料エンジンとして構成されたエンジンのブロック図である。
【図２】好ましくは二元燃料エンジンとして構成されたエンジンの運転方法を明示するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１には、二元燃料エンジンのアセンブリが示されており、図１は、当該エンジンのシリンダ２を示している。
【００１７】
シリンダ２は、シリンダヘッド３を有している。シリンダ２内では、連接ロッド５によってガイドされるピストン４が、上下に移動する。シリンダヘッド３内には、燃料インジェクタ６が固定されており、燃料インジェクタ６によって、液体燃料、特にディーゼル燃料が、燃料導管７を通って、燃料ポンプ８から、シリンダ２の燃焼室９に直接噴射され得る。その際、燃料ポンプ８は、好ましくはエンジンのクランクシャフトによって駆動される。燃料インジェクタ６、燃料導管７及び燃料ポンプ８は、液体燃料をシリンダ２の燃焼室９に供給するために用いられる燃料供給装置の構成要素である。当該燃料供給装置は、二元燃料エンジンのシリンダ２において、燃料として液体燃料、特にディーゼルが燃焼する場合、すなわち二元燃料エンジンの液体燃料運転モードにおいて、機能する。
【００１８】
液体燃料の燃焼のために、二元燃料エンジンの各シリンダ２にはさらに、給気１０が吸気弁１７を通じて導入可能であり、燃料の燃焼の際に生じる排ガス１５は、排気弁１８を通じて、シリンダ２から排出され得る。
【００１９】
二元燃料エンジンのシリンダ２の燃焼室９内では、ガス燃料運転モードにおいて、燃料としてガスも燃焼し得る。このために、二元燃料エンジンは、混合気生成ユニット２０を含んでおり、混合気生成ユニット２０内では、燃焼空気１０と、混合気生成ユニット２０にガス供給導管２１を通じて供給されるガスと、から成る混合気が生成され、当該ガス／空気混合気は、シリンダ２の燃焼室９に、吸気弁１７を通じて導入される。ガスの燃焼の際には、排ガス１５も生じるが、排ガス１５は、排気弁１８を通じて、シリンダ２から排出され得る。
【００２０】
二元燃料エンジンのシリンダ２のガス燃料運転モードにおける、ガス／空気混合気の点火のために、シリンダのさらなる燃焼室１１に、点火流体インジェクタ１３を用いて導入され得る点火流体が用いられ、このシリンダ２のさらなる燃焼室１１は、少なくとも１つの連通通路１２を通じて、燃焼室９に連結されている。当該点火流体を、燃焼室９に直接導入することも可能であることを指摘しておく。
【００２１】
図１に示したシリンダ２の点火流体インジェクタ１３は、エンジンの点火流体噴射システムの構成要素であり、当該点火流体噴射システムは、エンジンの各シリンダ２に関して、個別の点火流体インジェクタ１３を含んでいる。点火流体インジェクタ１３には、点火流体導管１４を通じて、点火流体噴射システムの共通の点火流体貯蔵部２２から、点火流体が供給可能であり、点火流体貯蔵部２２には、点火流体輸送ポンプ１６が割り当てられており、点火流体輸送ポンプ１６は、点火流体貯蔵部２２に点火流体を供給する。点火流体輸送ポンプ１６は、好ましくは、電動の高圧ポンプである。その際、点火流体輸送ポンプ１６には、吸気チョーク１９が割り当てられている。
【００２２】
本発明は、二元燃料エンジンのガス燃料運転モードにおいて、ガス又はガス／空気混合気を、高い効率で最適に燃焼可能にするために用いられるような詳細に関するものである。
【００２３】
二元燃料エンジンのガス燃料運転モードでは、シリンダ２の各動作サイクルにおいて、まずガス／空気混合気が各シリンダ２の燃焼室９に導入され、次に点火流体が各シリンダ２に導入される。
【００２４】
その際、点火流体は、各シリンダ２の動作サイクル毎に、メイン噴射において、各シリンダ２に導入され、メイン噴射は、ガス／空気混合気の点火を引き起こすか、又は、点火を制御するために用いられる。メイン噴射に関して、噴射の開始は、４０°ＢＴＤＣのクランク角と２０°ＢＴＤＣのクランク角との間のクランク角範囲にある。ＫＷはクランク角を表し、ＯＴは各シリンダ２のピストン４の上死点を表す。
【００２５】
点火流体のメイン噴射の噴射開始と噴射終了との間には、典型的には、４°から８°のクランク角が経過又は存在する。従って、４０°ＢＴＤＣのクランク角において開始する点火流体のメイン噴射は、典型的には、３６°ＢＴＤＣのクランク角と３２°ＢＴＤＣのクランク角との間において終了する。
【００２６】
各メイン噴射の各動作サイクルにおいて、点火流体は同様に、少なくとも１回のプレ噴射を通じて、各シリンダに導入される。
【００２７】
その際、各動作サイクルにおいて、１回以上のプレ噴射は、２４０°ＢＴＤＣのクランク角と４０°ＢＴＤＣのクランク角との間のクランク角範囲、好ましくは２００°ＢＴＤＣのクランク角と４０°ＢＴＤＣのクランク角との間のクランク角範囲、特に好ましくは１６０°ＢＴＤＣのクランク角と４０°ＢＴＤＣのクランク角との間のクランク角範囲において行われ、これらのクランク角範囲はやはり、各プレ噴射の噴射開始にそれぞれ関連している。従って、それぞれ最後のプレ噴射の噴射終了は、同じ動作サイクルにおいて、メイン噴射の噴射開始の前にある。
【００２８】
その際、各プレ噴射の噴射量は、各プレ噴射の時点において各シリンダ内に存在するシリンダ圧力に応じて決定される。その際、噴射量は、点火流体が、各シリンダ２の燃焼室９内で最適に分配されるように決定され、それによって、最適な効率と最適な燃焼の安定性とを有するガス／空気混合気の燃焼が保証される。その際、シリンダ圧力に応じて、プレ噴射毎の噴射量を決定することによって、特に、点火流体が、シリンダ２のピストン４のためのシリンダライナの摺動面を湿らせることが回避される。それによって、特に、オイルの希薄化が回避され得る。当該ガス／空気混合気は、各シリンダ２の燃焼室９内で最適に燃焼可能である。
【００２９】
圧力に依存した、各プレ噴射における点火流体噴射量の決定が、図２に示されている。つまり、図２には、噴射量Ｍに応じた、シリンダ２の燃焼室９内における点火流体の導入深さＴが、様々なシリンダ圧力ｐに関して示されている。シリンダ２内のシリンダ圧力ｐが小さければ小さいほど、噴射量Ｍは、シリンダライナの摺動面が湿らされる危険性を回避するために、少ない量に選択される。
【００３０】
その際、図２には、噴射量Ｍに応じた、相対的な、又は、規格化された導入深さＴが示されており、規格化された導入深さＴが１である場合、シリンダライナが点火オイルで湿らされる可能性がある。
【００３１】
このように湿らされることを回避すべきであるので、シリンダ圧力ｐに応じて、常に、相対的な、又は、規格化された導入深さＴが１よりも小さくなるような噴射量Ｍが選択される。好ましくは、点火流体は、実際の点火プロセスを引き起こすメイン噴射に加えて、連続して行われる複数回のプレ噴射において、各シリンダ２の燃焼室に導入され、当該プレ噴射のそれぞれに関して、噴射量が、それぞれ存在するシリンダ圧力に応じて個別に決定される。
【００３２】
その際、各シリンダ圧力を圧力センサを用いて測定することによって検出した後、測定されたシリンダ圧力に依存して、各プレ噴射に関して各点火流体噴射量を決定することが可能である。
【００３３】
しかしながら、これとは異なり、シリンダ圧力を、各給気圧力及び各ピストン位置に応じて決定することも可能であり、このとき、給気圧力及びピストン位置は、測定変数として存在している。給気圧力及びピストン位置に依存して、シリンダ圧力を算定することが可能であり、それによって、算定されたシリンダ圧力に応じて、各プレ噴射に関する各点火流体噴射量が決定される。
【００３４】
プレ噴射毎に対応する噴射量を供給するために、各シリンダ２の点火流体インジェクタ１３は、制御ユニットから対応して電流を供給される。すなわち点火流体インジェクタ１３のアクチュエータの電流供給を通じてである。電流供給の長さと、従って、最終的にプレ噴射毎の点火流体噴射量と、は、各シリンダ２のシリンダ圧力に依存している。
【００３５】
シリンダの各動作サイクルにおける、実際の点火プロセスを引き起こすメイン噴射の前の、本発明に係る１回以上のプレ噴射によって、シリンダ２内でのガス／空気混合気の燃焼が改善可能であり、特に効率及び燃焼の安定性が増大する。
【００３６】
全てのプレ噴射に関する全噴射量を予め設定し、この全噴射量を、複数回のプレ噴射にわたる閉ループ制御に関して供給することが可能であり、その際、プレ噴射毎の噴射量は、シリンダ圧力に依存している。特にシリンダ圧力がまだ低い場合、シリンダライナを点火流体で湿らせることを回避するために、少量のプレ噴射量が、各シリンダに導入される。
【００３７】
本発明は、好ましくは二元燃料エンジンのガス燃料運転モードにおいて利用される。しかしながら、本発明を、専らガス燃料が点火流体を用いて燃焼するエンジンで、つまり、二元燃料エンジンとは異なり、液体燃料運転モードを有しないエンジンでも用いることが可能である。
【００３８】
本発明はさらに、本発明に係る方法を実施するためのエンジンの制御装置に関する。当該制御装置は、好ましくはエンジン制御ユニットである。当該エンジン制御ユニットは、当該方法を実施するための手段を含んでおり、当該手段は、ハードウェア側の手段であり、ソフトウェア側の手段である。ハードウェア側の手段は、本発明に係る方法の実施に関与するアセンブリとデータを交換するためのデータインターフェースを含んでいる。さらに、ハードウェア側の手段は、データを保管するための記憶装置と、データを処理するためのプロセッサと、を含んでいる。ソフトウェア側の手段は、本発明に係る方法を実施するためのプログラムモジュールである。
【符号の説明】
【００３９】
２  シリンダ
３  シリンダヘッド
４  ピストン
５  連接ロッド
６  燃料インジェクタ
７  燃料導管
８  燃料ポンプ
９  燃焼室
１０  給気、燃焼空気
１１  燃焼室
１２  連通通路
１３  点火流体インジェクタ
１４  点火流体導管
１５  排ガス
１６  点火流体輸送ポンプ
１７  吸気弁
１８  排気弁
１９  吸気チョーク
２０  混合気生成ユニット
２１  ガス供給導管
２２  点火流体貯蔵部
Ｍ  噴射量
ｐ  シリンダ圧力
Ｔ  導入深さ
【図１】
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【図２】
2019167958.tif 000004
【外国語明細書】
2019167958000001.pdf