用于運行燃氣內燃機的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于運行燃氣內燃機的方法，該燃氣內燃機具有燃氣混合器、抽吸段(Ansaugstrecke)和帶有多個氣缸的發動機。本發明此外涉及一種根據權利要求13的前序部分所述的用于內燃機的調節部以及一種根據權利要求14的前序部分所述的內燃機。燃氣內燃機在抽吸段中另外具有增壓部和用于繞過增壓部的旁通路段。燃氣內燃機是尤其火花點火的燃氣內燃機。
【背景技術】
[0002]該類型的燃氣內燃機的應用領域是移動應用(例如在航行領域中或在商用車和重型車輛領域中)以及靜態應用如在單元機組發電站中，其尤其有利地要設計用于波動的燃氣供應。
[0003]文件6，131，552總地公開了一種燃料控制系統，其可根據測得的發動機運行狀態調節至混合腔的燃氣供給。文件US 6，131，552 A的控制方法或者其它僅與負載相關的燃氣配給在復雜的調節系統中也證實為不足夠的。
[0004]通常，空氣消耗是對在充量混合物(Ladegemisch)中增壓空氣的被輸送給內燃機的氣態新鮮充量的度量，其中，空氣消耗也允許說明進氣系統和進氣過程的質量。通常，實際的空氣消耗表示在工作循環期間實際輸送給發動機或其氣缸的新鮮空氣質量在充量混合物中的比例。該實際的混合物質量相對于理論的新鮮充量質量由幾何的排量和在環境狀態中(對于自由吸氣的發動機)或在增壓的發動機中的理論充氣密度測定，在此考慮在壓縮機之后或在壓縮空氣冷卻器之后的新鮮充量的狀態。
[0005]—系列因素影響輸送給氣缸的新鮮充量，例如閥的打開橫截面或閥控制時間。原則上，其可由用于確定發動機增壓的模塊來確定，抽吸段模型儲存于該模塊。但是實際上，在充量混合物中輸送給發動機的新鮮充量僅在特殊情況中相應于理論值。空氣消耗不是對于發動機恒定的數，而是很大程度上取決于轉速以及進氣系和燃燒室的當前幾何情況；為了掌握該關系，例如可考慮合適的特性場。
[0006]例如由文件EP 1 398 490 A2，基本上在通常的內燃機中的發動機調節器中已知抽吸段模型。它們共同的是，在建立抽吸段模型時(在最簡單的情況中作為均勻的壓力容器以獲取在空氣路徑中的動態過程)作為廣泛的基本思想，通過填充和排空方法設計抽吸段(也稱為抽吸管)的儲存特性。在此，抽吸管作為壓力容器來處理，其通過節流閥連續地以空氣來填充并且發動機通過它的抽吸特性相應于工作沖程通過進氣閥從其中抽吸空氣。
[0007]然而顯示出，尤其在內燃機的瞬態工作范圍中且在可變的燃料質量的情況下，燃氣內燃機的燃料供應還要復雜得多。尤其在燃氣內燃機中顯示出，尤其為了構造火花點火的燃氣內燃機，在低負載范圍中和/或在瞬態負載范圍中的運行可能有問題。
[0008]在燃氣發動機運行時，混合物形成通常在廢氣渦輪增壓的壓縮機之前進行。同時，在壓縮機出口與燃燒室進口之間的抽吸段包括部分大的體積，其由此儲存或發出顯著的混合物質量。如果在發動機的負載和/或轉速變化時導致在各個子體積中的壓力和/或溫度變化，那么這尤其適用。由于在燃氣內燃機中但是僅有條件地與運行點相匹配的(因為尤其由于部分大的體積而不精確的)混合物質量形成，能預料到高的碳氫化合物排放(HC排放)或者其它提高的排放(NOx、CO、顆粒等)以及由未燃盡的燃燒氣體引起的較差的效率。
[0009]值得期望的是，尤其在瞬態運行中相應于負載要求以及排放條件更有利地設計燃氣內燃機的燃氣運行。尤其至少在低負載范圍中實現這是值得期望的。尤其在全負載范圍中、也就是說優選地直到100%地實現這是值得期望的。
【發明內容】
[0010]就此而言，本發明其目的是說明一種方法和裝置，借助于其實現作為燃氣內燃機的改善的內燃機的運行。本發明的目的尤其是實現在瞬態運行中的改進和/或在排放領域中的改進。優選地，應以改進的方式實現在低負載范圍中存在的燃料成分問題，尤其在另外的瞬態運行中避免發動機的扭矩突變的情況下，還在負載要求變化時并且盡可能在避免過度排放的情況下。尤其應可盡可能有利地設計混合物質量形成。尤其應以改進的方式設計發動機的空氣消耗。本發明的目的尤其是解決上述問題中的至少一個。至少應提出備選的解決方案。
[0011]涉及方法的目的通過本發明通過一種根據權利要求1所述的方法來實現。
[0012]在此尤其從開頭所提及的類型的用于運行燃氣內燃機的方法出發，該燃氣內燃機具有燃氣混合器、抽吸段和帶有多個氣缸的發動機，其中，在該方法中
-將燃料混合物包括充量混合物輸送給發動機并且在燃氣運行中利用在充量混合物中作為燃料的燃氣來運行發動機。
[0013]此外設置成，借助于燃氣-空氣混合物的與至少一個之前的混合物狀態相關聯的輸入-混合物份額來確定燃氣-空氣混合物的與之后的混合物狀態相關聯的輸出-混合物份額，并且其中，該確定借助于用作用于抽吸段的計算模型的基礎的抽吸段模型實現。
[0014]根據本發明設置成，確定在發動機供給部處的燃氣-空氣混合物的輸出-混合物份額，并且在抽吸段的多個相關聯的體積中通過混合物份額的多個中間狀態由輸出-混合物份額確定輸入-混合物份額。對此，確定在燃氣混合器處的燃氣-空氣混合物的輸入-混合物份額并且根據輸入-混合物份額調整在燃氣混合器處的空氣流和/或燃氣流。有利地，可在同時的實時計算的范圍中在燃氣混合器處根據輸入-混合物份額、尤其混合物質量流調整空氣流和/或燃氣流。
[0015]本發明從該想法出發，即應盡可能在考慮抽吸段的狀態壓力的情況下、尤其在考慮增壓空氣或燃料混合物的節流的情況下和/或在盡可能更好地考慮空氣消耗的情況下進行燃氣內燃機的有利的瞬態運行，其中，要考慮燃氣發動機的特點。雖然在發動機調節器中的抽吸段模型基本上是已知的。然而本發明從該想法出發，即剛好對于尤其具有在壓縮機之前的混合物形成的燃氣發動機的應用，開頭所提及的建模基本上已不足夠。
[0016]本發明首先考慮該想法，即在燃氣發動機中在混合物形成的地點、例如在廢氣渦輪增壓部的壓縮機之前與燃燒室入口的部位之間的路段可相對長并且由此本身包括比較大的體積，其在靜態的狀態中幾乎不能符合實際地描述。本發明也首先考慮，在燃氣發動機中在壓縮機出口與燃燒室入口之間的抽吸段由部分較大的體積(當在發動機的負載和/或轉速變化時導致在各個子體積中的壓力和/或溫度變化時，這些體積儲存或發出顯著的混合物質量)構成。
[0017]本發明認識到，因此特別在燃氣發動機中在燃氣混合器的出口處的混合物質量流暫時與在燃燒室入口處的退耦。迄今，尤其對于燃氣發動機在抽吸段模型中未充分考慮該情況。尤其因此，燃氣發動機(在其中僅注意在氣缸之前的混合物壓力)的通常的靜態考慮如從本發明中識別知的那樣不能滿足確保維持限定的燃燒空氣比。由此，本發明的方案用于提供在可靠性方面改善的且對于瞬態運行更好地匹配的混合物質量傳感器、尤其為在壓縮機之前的混合物形成提供虛擬混合物質量傳感器。
[0018]涉及裝置的目的利用本發明通過一種根據權利要求13所述的用于燃氣內燃機的調節部來實現。
[0019]本發明的方案也在鑒于一種根據權利要求14的燃氣內燃機的裝置方面實現該目的。
[0020]內燃機尤其可具有發動機，其具有多個氣缸以及帶有燃氣混合器和抽吸段的進氣系統。此外將接收器體積(其例如可以以彎管或混合段等的形式來實施)在氣缸上游前置于多個氣缸證實為有利的。
[0021]在進氣系統中使燃氣內燃機設有增壓部，尤其設有包括充量換熱器的增壓部尤其證實為有利的。根據燃氣內燃機的尺寸、尤其基于大型發動機，增壓部可以是單級的或兩級的、優選地設有廢氣再循環部。尤其此外可設置有至進氣系統的抽吸段的旁通路段以繞過增壓部。
[0022]如尤其在燃氣發動機處的循環過程模擬和試驗中所示，本發明尤其在瞬態發動機運行(接載-卸載)中改進燃燒空氣比的穩定性，從而一方面可示出更大的負載增加而另一方面也可在試驗臺處更簡單地協調負載切換運行。此外，根據本發明的方案應用虛擬燃氣傳感器有助于達到當前和將來的廢氣標準。
[0023]本發明的這些和其它有利的改進方案可由從屬權利要求得悉并且詳細說明在改進方案的范圍中且在說明另外的優點的情況下實現本發明的方案的有利的可能性。
[0024]在一特別優選的改進方案的范圍中，基本上確保在同時的實時確定的范圍中在燃氣混合器處根據輸入-混合物份額來調整空氣流和/或燃氣流。尤其示出一根據作為虛擬混合物質量傳感器設計的混合物質量傳感器，其有利地提供在燃氣混合器出口處的混合物質量流；這相對于至今的方式是有利的。
[0025]尤其可確定在燃氣混合器的出口處的燃氣-空氣混合物的輸入-混合物份額和/或在發動機的氣缸或氣缸入口或接收器處的燃氣-空氣混合物的輸出-混合物份額。
[0026]特別有利地確定在燃氣混合器的出口處的燃氣-空氣混合物