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(11) | EP 3 325 799 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
VERFAHREN ZUR AUSFÜHRUNG MIT DEM BETRIEB EINER BRENNKRAFTMASCHINE METHOD FOR IMPLEMENTATION WITH THE OPERATION OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE PROCÉDÉ À METTRE EN OEUVRE LORS DU FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR À COMBUSTION INTERNE |
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[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausführung mit dem Betrieb einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1.
[0002] Zündkerzen in Verwendung mit Ottomotoren, insbesondere auch Gasmotoren, unterliegen erheblichen Schwankungen im Hinblick auf ihre Standzeit. So werden z.B. im drehzahl- und lastvariablen Motor zur Erfüllung von Transientzeiten niedrige verbrennungsbeschleunigende Verbrennungsluftverhältnisse gefahren, die zu hohen Brennraumtemperaturen sowie zu hohem Verschleiß an der Zündkerze durch den zusätzlichen Wärmestrom im Verschleißelement der Zündkerze führen. Dieser erhöhte Verschleiß weist eine hohe Streuung hinsichtlich der Standzeitsicherheit auf, was in nachteiliger Weise zu einem unvorhergesehenen Ausfall führen kann. In der JP 2008-101585 A wird ein Elektrodenabstand einer Zündkerze basierend auf einer Durchbruchsspannung und dem Zylinderdruck bestimmt.
[0003] Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, basierend auf welchem ein Ausfall vorhergesagt werden kann.
[0004] Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
[0005] Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Ausführung mit dem Betrieb einer Brennkraftmaschine, welche eine Zündkerze aufweist, welche an einem Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Bevorzugt ist die Brennkraftmaschine z.B. ein Gasmotor, allgemein bevorzugt ein Ottomotor, im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Großmotor, weiterhin insbesondere ein im Magerbetrieb laufender Großmotor, z.B. für ein Nutzfahrzeug wie ein Schiff, ein Sonderfahrzeug, z.B. auch für Industrieanwendungen.
[0006] Die Zündkerze ist bevorzugt eine Vorkammerzündkerze, welche - auf an sich bekannte Weise - ein Zündkerzengehäuse bzw. einen Zündkerzenkörper aufweisen kann, weiterhin eine Vorkammerkappe, welche - zusammen mit dem Zündkerzengehäuse - einen Vorkammerbrennraum der Zündkerze definiert, i.e. eine Vorkammer. Die Zündkerze weist eine (Zünd-)Elektrodenanordnung auf, insbesondere bevorzugt in dem Vorkammerbrennraum aufgenommen, deren Zündelektroden einen Abstand zueinander aufweisen, i.e. einen Elektrodenabstand (an der Funkenstrecke). Die Elektrodenanordnung umfasst insbesondere eine Mittelelektrode und wenigstens eine Masseelektrode, welche den Elektrodenabstand zu einander definieren (welcher mit dem Abbrand der Elektroden über die Lebensdauer der Zündkerze variiert, insbesondere zunimmt). Die an dem Brennraum angeordnete Zündkerze ist weiterhin zur Fremdzündung in den Brennraum eingetragenen Kraftstoffgemisches vorgesehen.
[0007] Bei dem vorgeschlagenen Verfahren, welches bevorzugt von einer übergeordneten Ablaufsteuerung der Brennkraftmaschine koordiniert wird, z.B. einer ECU (ECU: Electronic Control Unit; Zentrales Motorsteuergerät) oder allgemein einer Kontrolleinheit, wird in einem ersten Schritt (bei einem Zündvorgang) ein Zylinderdruck zum Zündzeitpunkt am Brennraum sowie eine Durchbruch(zünd)spannung an der Zündkerze erfasst bzw. ermittelt (als Zündzeitpunkt ist im Rahmen der Erfindung hierbei der Zeitpunkt des Auslösens des Zündfunkens an der Zündkerze bezeichnet).
[0008] Für die Zylinderdruckerfassung ist in diesem Zusammenhang ein Zylinderdrucksensor vorgesehen, während die Durchbruchspannung durch eine hierfür geeignete Vorrichtung erfasst werden kann. Eine solche Vorrichtung kann z.B. eine zeitlich hochauflösende Messanordnung umfassen, z.B. im Gigahertzbereich Messignale liefernd, welche z.B. an einer Zündspannungsleitung (zur Zündkerze) Spannungssignale zur Bereitstellung der Durchbruchspannungsinformation abgreift oder z.B. an einer Messleitung.
[0009] In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird nunmehr ein aktueller Elektrodenabstand der Zündelektroden, welcher einen aktuellen Zündelektrodenverschleißzustand repräsentiert, basierend auf dem erfassten Zylinderdruck, der erfassten Durchbruchspannung und einer (Proportionalitäts-)Konstante ermittelt. Korrespondierend mit dem Paschengesetz kann hierzu die Gleichung 1) herangezogen werden, wonach gilt:
wobei mit "EA" der (aktuelle) Elektrodenabstand, mit "UZZP" die Durchbruchspannung (zum Zündzeitpunkt), mit "pzzp" der Zylinderdruck (zum Zündzeitpunkt) und mit "K" die Proportionalitätskonstante bezeichnet ist.
[0010] Basierend auf dem ermittelten aktuellen Elektrodenabstand wird vorteilhaft eine verlässliche Ausfallvorhersage im Hinblick auf die Zündkerze ermöglicht, d.h. der ermittelte Elektrodenabstand dient vorteilhaft als Verschleißindikator (da, wie bereits erwähnt, der Elektrodenabstand mit der Betriebsdauer der Zündkerze variiert, insbesondere über die Laufzeit der Zündkerze im Regelfall zunimmt, d.h. durch Abbrand (Abschmelzen) der Zündelektroden). Mit einer präzisen Vorhersage können in der Folge auch die sonst üblichen Sicherheitsaufschläge auf die Standzeit verringert werden, so dass die verschleißbedingten Kosten vorteilhaft verringert werden können.
[0011] Die im zweiten Schritt herangezogene Proportionalitätskonstante ist als systemindividuelle Größe an der Brennkraftmaschine ermittelt, insbesondere einmalig, und basiert auf einem vorbekannten Elektrodenabstand der Zündkerze, weiterhin einem damit korrespondierend ermittelten Zylinderdruck zum Zündzeitpunkt sowie einer wiederum damit korrespondierend ermittelten Durchbruchsspannung der Zündkerze. Der vorbekannte Elektrodenabstand ist z.B. herstellerseitig definiert, z.B. jener Elektrodenabstand gemäß dem Auslieferungszustand der Zündkerze. Die Proportionalitätskonstante wird z.B. an einem Messaufbau aus Brennkraftmaschine, Zündspannungs- und Zylinderdruckmesstechnik ermittelt, wobei der Motor vorzugsweise in einen vorbestimmten Betriebspunkt gebracht wird. Mit dem bekannten Elektrodenabstand lässt sich die Proportionalitätskonstante bzw. Paschenkonstante sodann bestimmen zu:
wobei mit "EAbekannt" der vorbekannte Elektrodenabstand, mit "UZZP" die Durchbruchspannung (zum Zündzeitpunkt), mit "pzzp" der Zylinderdruck (zum Zündzeitpunkt) und mit "K" die Proportionalitätskonstante bezeichnet ist. Die Proportionalitätskonstante hängt z.B. vom Gasgemisch an der Funkenstrecke (Elektrodenspalt), der Austrittsarbeit der Elektronen, dem Elektrodenwerkstoff und weiteren Parametern ab, so dass die Proportionalitätskonstante im Rahmen der Erfindung je systemindividuell (System aus Brennkraftmaschine und Zündkerze) ermittelt wird.
[0012] In bevorzugter Weiterbildung des Verfahrens wird in einem weiteren Schritt, welcher auf dem im zweiten Schritt ermittelten aktuellen Elektrodenabstand der Zündelektroden basiert, nunmehr eine Lebensdauer der Zündkerze ermittelt. Die ermittelte Lebensdauer kann hierbei eine verstrichene Lebensdauer sein, d.h. ein Alter, alternativ oder zusätzlich und bevorzugt eine Restlebensdauer. Für die Ermittlung der Lebensdauer kann eine Kennlinie herangezogen werden, mit welcher der ermittelte Elektrodenabstand korreliert wird. Das Lebensdauerende wird erreicht, wenn der maximale Elektrodenabstand erreicht ist, mithin der maximale Elektrodenverschleiß.
[0013] Der maximale Elektrodenabstand kann z.B. für die Zündkerze ermittelt werden zu:
wobei mit "EAmax" der maximale, das Lebensdauerende kennzeichnende Elektrodenabstand, mit "EAmin" der anfängliche, den Lebensdauerbeginn kennzeichnende minimale Elektrodenabstand und mit "dVerschleißkörper" die Dicke des abbrandfähigen Elektrodenmaterials bezeichnet ist. Mit den bekannten Werten für EAmax und EAmin kann eine Lebensdauerkennlinie nunmehr auf einfache Weise generiert werden, z.B. empirisch ermittelt werden oder auch modellgestützt.
[0014] In Weiterbildung des Verfahrens kann ein Informationssignal basierend auf dem ermittelten aktuellen Elektrodenabstand oder der darauf basierend ermittelten Lebensdauer an einen Bediener ausgegeben werden, insbesondere veranlasst von der Kontrolleinheit, d.h. insbesondere mit dem Ziel, bedarfsgerecht einen Nutzereingriff zu veranlassen, z.B. einen Zündkerzenwechsel oder eine Zylinderabschaltung.
[0015] Weiterhin bevorzugt sind auch Weiterbildungen des Verfahrens dahingehend vorgesehen, dass basierend auf dem im zweiten Schritt ermittelten Elektrodenabstand in einem weiteren Schritt, z.B. und bevorzugt auch zusätzlich zu der Lebensdauerermittlung, wenigstens ein Verbrennungsparameter der Brennkraftmaschine eingestellt bzw. dem aktuellen Elektrodenabstand nachgeführt wird, insbesondere ein Verbrennungsluftverhältnis (Lambda). Durch Nachführung eines oder mehrerer Verbrennungsparameter in Abhängigkeit des ermittelten Elektrodenabstands, mithin des Zündkerzenalters, kann der alterungsbedingte Einfluss der Zündkerze auf die Verbrennung nunmehr vorteilhaft - durch die Motorregelung - kompensiert werden, in der Folge auch eine verbesserte Einhaltung von Emissionsgrenzwerten erzielt werden. Z.B. kann nunmehr auch die Zündenergie bedarfsgerechter an der Zündkerze bereitgestellt werden (z.B. via ECU (und Zündanlage)), eine Brenndauer oder Einblasedauer verstellt (Brenndauer- bzw. Brennverlaufsregler) oder weitere Parameter in Abhängigkeit des ermittelten Elektrodenabstands verbrennungsgünstig eingestellt werden.
[0016] Für eine derartige Parameterbeeinflussung kann mit dem Verfahren eine Kennlinie oder ein Modell verwendet werden, welche bzw. welches den ermittelten Elektrodenabstand mit einem Verbrennungsparameter, insbesondere mit einem Umsatzpunkt, einem Verbrennungsluftverhältnis, einer Einblasedauer oder einem davon verschiedenen Parameter in Beziehung setzt, d.h. zu verbrennungsoptimierenden Korrekturzwecken.
[0017] Mit der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, dass das Verfahren iterativ und kontinuierlich durchgeführt wird, mithin der Abstand der Zündelektroden kontinuierlich ermittelt bzw. überwacht wird. Einhergehend damit wird auch eine kontinuierliche, elektrodenabstandsabhängige Beeinflussung der Verbrennung - wie oben erörtert - vorgesehen, daneben z.B. auch eine kontinuierliche Lebensdauerermittlung und -signalgebung.
[0018] Mit dem Verfahren wird vorteilhaft auch die Möglichkeit eröffnet, eine jeweilige Zündkerze auf ihre Originalität bzw. Verwendbarkeit mit der Brennkraftmaschine zu prüfen. Hierzu kann das Verfahren mit einer ungebrauchten Zündkerze (und bekannter, systemindividueller Proportionalitätskonstante) durchgeführt werden, wobei der ermittelte Elektrodenabstand mit einem Neuzustands-Soll-Elektrodenabstand verglichen wird. Entspricht der ermittelte Elektrodenabstand nicht dem Soll-Abstand, kann erkannt werden, dass eine andere als eine originale oder die zur Verwendung mit der Brennkraftmaschine vorgesehene Zündkerze am Brennraum angeordnet wurde, z.B. auch via geeigneter Signalgebung an einen Nutzer signalisiert werden.
[0019] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welche zur Durchführung des wie vorstehend erörterten Verfahrens eingerichtet ist. Hierzu kann die Brennkraftmaschine insbesondere einen Zylinder mit einem Brennraum aufweisen, eine am Brennraum angeordnete Zündkerze, einen Zylinderdrucksensor sowie eine Vorrichtung zur Erfassung der Durchbruchspannung an der Zündkerze (Abgriff z.B. an der Zündleitung), daneben weiterhin bevorzugt eine Ablaufsteuerung oder Kontrolleinheit zur Steuerung des Verfahrens, insbesondere in Form der ECU. In dieser und/oder einem Datenträger kann weiterhin Programmcode zur Durchführung des Verfahrens implementiert sein, zum Beispiel auch mit dem Verfahren verwendbare Kennlinien oder Modelle.
[0020] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in verschiedener Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
[0021] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- exemplarisch und schematisch stark vereinfacht eine Brennkraftmaschine, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist.
- Fig. 2
- exemplarisch und schematisch eine Kennlinie zur Ermittlung der Lebensdauer der Zündkerze.
[0022] In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
[0023] Fig. 1 zeigt exemplarisch und schematisch, insbesondere stark vereinfacht, eine Brennkraftmaschine 1, mit deren Betrieb das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist. Die Brennkraftmaschine 1, bereitgestellt als (magerbetriebener) Gasmotor mit Brenngaseinblasung, z.B. von Brenngas in Form von Erdgas, Biogas, Sondergas, Deponiegas, Wasserstoff, weist einen Zylinder 3 auf, in welchem ein Brennraum 5 definiert ist, d.h. zwischen einem Hubkolben 7 und einem Brennraumdeck 9. Am Brennraum 5, insbesondere an dem Zylinderkopf bzw. Brennraumdeck 9 des Zylinders 3, angeordnet und insoweit in den Brennraum 5 ragend ist eine Zündkerze 11 zur Zündung des Brenngas-Luft- Gemisches.
[0024] Die Zündkerze 11 ist als Vorkammerzündkerze bereitgestellt und über einen Kerzenstecker 13 samt Zündleitung 15 mit einer Zündanlage 17 der Brennkraftmaschine 1 verbunden, welche Zündsignale von einer übergeordneten Kontrolleinheit 19 erhält, das heißt von einer Motorsteuerung bzw. ECU. In Abhängigkeit der Ansteuerung der Zündanlage durch die ECU 19 wird die Zündkerze 11 mit Zündspannung durch die Zündanlage 17 versorgt, so dass Zündfunken zwischen den Elektroden (nicht dargestellt) der Zündkerze 11 generiert werden. Maßgeblich für die notwendige Zündenergie zur Erzeugung eines Zündfunkens ist hierbei der aktuelle Elektrodenabstand EA der Zündelektroden, welche eine Mitten- und eine Massenelektrode umfassen, d.h. zur Ausbildung der Funkenstrecke.
[0025] Wie Fig. 1 weiter veranschaulicht, ist in Wirkverbindung mit dem Brennraum 5 ferner ein Zylinderdrucksensor 21 am Brennraum 5 angeordnet, welcher Brennraumdruckinformation pZyl an die Motorsteuerung 19 liefert. Zur Erfassung einer Durchbruchspannung an der Zündkerze 11 ist weiterhin eine Messvorrichtung 23 vorgesehen, welche die Durchbruchspannungsinformation ebenfalls an die Motorsteuerung 19 bereitstellt. Zur Erfassung der Durchbruchspannung ist die insbesondere hochfrequentauflösende Mess- bzw. Abtastvorrichtung 23, welche im GHz-Bereich abtastet, über eine Messleitung 23a an die Zündkerze 11 gekoppelt.
[0026] In Wirkverbindung mit der Motorsteuerung 19 und durch diese kontrolliert steht weiterhin ein Brennverlaufs- bzw. Brenndauerregler 25, über welchen der Brennverlauf geregelt wird und welcher durch Sollvorgaben seitens der Motorsteuerung 19 beeinflussbar ist.
[0027] Ein Nutzerinterface 27 in Form eines Bediener-Informationssystems ist weiterhin an der Brennkraftmaschine 1 bereitgestellt, welches seitens der Motorsteuereinheit 19 signalgebend ansteuerbar ist. Das Nutzerinterface 27 kann mit der Brennkraftmaschine 1 fest verbunden sein, alternativ oder zusätzlich ein abgesetztes Interfacemodul vorsehen, zum Beispiel in Form eines Tablet-PCs oder Smartphones. Über das Nutzerinterface 27 können Informationen vorzugsweise visualisiert oder auch akustisch dargestellt werden.
[0028] Die übergeordnete Kontrolleinheit 19 weist im Rahmen der vorliegenden Erfindung Programmcode auf, daneben sind Kennlinien abgespeichert, insbesondere abgelegt in einem nichtflüchtigen Speicher, welche die Motorsteuerung 19 zur Ablaufsteuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens befähigen, welches nachfolgend näher beschrieben ist.
[0029] Im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens wird für dessen Durchführung zunächst eine (Proportionalitäts-)Konstante bzw. Paschenkonstante K als systemindividuelle Größe an der Brennkraftmaschine ermittelt, das heißt im Rahmen eines Messaufbaus und unter Hinzuziehung der eingangs erwähnten Gleichung 2), wonach gilt:
und worin "K" die Proportionalitätskonstante, "UZZP" die Durchbruchspannung (zum Zündzeitpunkt), "EAbekannt" einen vorbekannten Elektrodenabstand (an der Funkenstrecke) und "pzzp" den Zylinderdruck zum Zündzeitpunkt bezeichnen.
[0030] Der vorbekannte Elektrodenabstand EAbekannt ist hierbei ein Elektrodenabstand einer neuen Zündkerze bzw. der Zündkerze 11 im Neuzustand, wie dieser herstellerseitig vorgegeben ist und wie diese zur einmaligen bzw. anfänglichen Ermittlung der Proportionalitätskonstante K genutzt wird. Die weiteren Größen "UZZP" und "pzzp" werden messtechnisch unter Verwendung der neuen Zündkerze 11 ermittelt, das heißt mittels des Zylinderdrucksensors 21 und der Vorrichtung 23 zur Messung der Durchbruchspannung. Rechnerisch wird daraus nun die Proportionalitätskonstante K für das mit der Brennkraftmaschine 1 ausführbare erfindungsgemäße Verfahren bestimmt, insbesondere in der verfahrenssteuernden Kontrolleinheit 19 abgelegt.
[0031] Bei dem Verfahren wird - insbesondere kontinuierlich mit dem Betrieb der Brennkraftmaschine 1 - in einem ersten Schritt ein Zylinderdruck zum Zündzeitpunkt (pzzp) am Brennraum 5 sowie eine Durchbruchspannung (UZZP) an der Zündkerze 11 erfasst. Hierzu liefern der Zylinderdrucksensor 21 sowie die Vorrichtung 23 zur Durchbruchspannungsermittlung je (kontinuierlich) geeignete Messsignale an die ECU bzw. die übergeordnete Kontrolleinheit 19.
[0032] In einem zweiten Schritt - insbesondere wiederum kontinuierlich mit dem Betrieb der Brennkraftmaschine 1 - wird nunmehr der aktuelle Elektrodenabstand EA der Zündelektroden (an der Funkenstrecke), welcher einen aktuellen Zündelektrodenverschleißzustand repräsentiert, basierend auf dem im ersten Schritt erfassten Zylinderdruck pzzp, der erfassten Durchbruchspannung UZZP und der - wie oben beschrieben ermittelten - Proportionalitätskonstante K ermittelt, d.h. durch die ECU 19. Zur Ermittlung dient insbesondere eingangs erwähnte Gleichung 1), wonach gilt:
wobei mit "EA" der (aktuelle) Elektrodenabstand, mit "UZZP" die Durchbruchspannung (zum Zündzeitpunkt), mit "pzzp" der Zylinderdruck (zum Zündzeitpunkt) und mit "K" die Proportionalitätskonstante bezeichnet ist.
[0033] Aus der Gleichung 1) ist mit kontinuierlicher Durchführung des Verfahrens somit fortwährend der aktuelle Elektrodenabstand EA bekannt, welcher im Rahmen der Erfindung bevorzugt weiterhin zur Lebensdauerermittlung herangezogen wird, d.h. in einem weiteren Schritt.
[0034] Fig. 2 zeigt exemplarisch eine Kennlinie für die Zündkerze 11, wie sie für die Lebensdauerermittlung Verwendung finden kann, z.B. empirisch ermittelt. In der Kennlinie, welche bevorzugt ebenfalls in der ECU 19 hinterlegt ist, ist der Elektrodenabstand EA über den Betriebsstunden Bh, mithin der Lebensdauer angetragen, wobei der minimale (vorbekannte) Elektrodenabstand jenem bei null Betriebsstunden entspricht (EA(0Bh)), der maximale Elektrodenabstand jenem zum Standzeitende (EAmax), das heißt dem maximal möglichen Elektrodenabstand (mit maximal möglichem Elektrodenabbrand). Der maximal mögliche Elektrodenabstand EAmax kann ermittelt werden basierend auf der eingangs erwähnten Gleichung 3) gemäß:
wobei mit "EAmax" der maximale, das Lebensdauerende kennzeichnende Elektrodenabstand bezeichnet ist, mit "EAmin" der anfängliche, den Lebensdauerbeginn kennzeichnende minimale Elektrodenabstand und mit "dVerschleißkörper" die Dicke des abbrandfähigen Elektrodenmaterials.
[0035] Zur Lebensdauerermittlung, bevorzugt der Restlebensdauer der Zündkerze 11, wird der aktuelle ermittelte Elektrodenabstand EA mit der Kennlinie korreliert. Der (durch Differenzbildung) somit ermittelbare Abstand der aktuell erreichten Betriebsstunden (korrespondierend mit dem aktuellen Elektrodenabstand) vom Lebensdauerende (korrespondierend mit dem maximalen Elektrodenabstand) indiziert nunmehr die Restlebensdauer, welche von der ECU 19 über das Nutzerinterface 27 signalisiert wird, d.h. mit einem Informationssignal. In der Folge wird nunmehr ein Zündkerzentausch vorteilhaft bedarfsgerecht möglich.
[0036] Insbesondere parallel zu der Lebensdauerermittlung und Signalisierung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Schritt nach dem zweiten Schritt - insbesondere wiederum kontinuierlich mit dem Betrieb der Brennkraftmaschine - ein Verbrennungsparameter der Brennkraftmaschine 1 basierend auf dem im zweiten Schritt ermittelten Elektrodenabstand eingestellt, insbesondere ein Verbrennungsluftverhältnis.
[0037] Der Einstellung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass der Elektrodenabstand EA die Brenngeschwindigkeit bzw. die Strömungsgeschwindigkeit im Brennraum 5 - bei ansonsten unveränderten Voraussetzungen - maßgeblich bestimmt. Zum Beispiel würde bei relativ kleinem Elektrodenabstand EA, zum Beispiel bei Neuzustand der Zündkerze 11, die Verbrennung nur langsam initiiert, insbesondere als nur ein kleiner Zündfunken an der Funkenstrecke zwischen den Elektroden überspringt. In der Folge würde die gesamte Verbrennung langsam ablaufen, da das Druckgefälle zwischen Vorkammer und Brennraum 5 unvorteilhaft ist, mithin nur geringe Zündstrahleindringtiefe in den Brennraum 5 erzielt wird, die Verbrennung im Brennraum 5 in der Folge verschleppt wird.
[0038] Mit der Erfindung ist es nunmehr vorgesehen, dass Verbrennungsluftverhältnis λ an den aktuellen Elektrodenabstand EA anzupassen, so dass für einen wie vorstehend geschilderten Kerzenzustand zum Beispiel eine erhöhte Menge an Brenngas in den Brennraum 5 eingeblasen wird, das heißt an der (im Magerbetrieb laufenden) Brennkraftmaschine 1 wird ein angefettetes Gemisch eingestellt, so dass die Brenngeschwindigkeit erhöht wird, mithin sich eine schnellere Verbrennung bei niedrigerer Abgastemperatur und verbesserten Emissionswerten erzielen lässt.
[0039] Wird der Elektrodenabstand EA größer (verschleißbedingt), kann die Anfettung korrespondierend zurückgenommen werden, z.B. die Einblasedauer verkürzt werden, so dass mit der Erfindung stets optimierte Verbrennungs- und Emissionsbedingungen vorteilhaft einfach erzielbar sind. Mit anderen Worten wird vorgesehen, den Brennverlauf in Abhängigkeit des aktuellen, ermittelten Elektrodenabstands EA zu beeinflussen, d.h. durch Einstellung wenigstens eines Brennparameters. Hierzu werden geeignete Steuersignale an den Brennverlaufs- bzw. Brenndauerregler 25 übermittelt, d.h. seitens der ECU 19.
[0040] Abschließend sei noch erwähnt, dass mit der Erfindung auch Perlenbildung an der Zündkerze 11 erkannt werden kann, welche Begrifflichkeit die Bildung kleinster Kügelchen an der Oberfläche der Elektroden bezeichnet, die von wenigen Mikrometern bis z.B. 100 µm anwachsen können. Diese Perlen entstehen beim Aufschmelzen der Elektrode und erstarren nachdem der Funken gelöscht ist. Ab einer bestimmten Größe können die Perlen als Oberfläche für weitere Perlen dienen, so dass eine Art Stalagmit entsteht, der den Elektrodenabstand EA so verringern kann, dass das Funkenvolumen für eine Gemischentzündung zu gering wird, mithin eine Gemischentzündung nicht mehr stattfinden kann.
[0041] Mit dem Verfahren bzw. dem aktuell ermittelten Elektrodenabstand EA wird vorteilhaft auch eine Zündenergieregelung möglich, bei welcher die der Zündkerze 11 zugeführte Zündenergie in Abhängigkeit des ermittelten, aktuellen Elektrodenabstands EA an die Zündkerze 11 zugeführt wird, d.h. vorteilhaft bedarfsgerecht (so dass Perlenbildung aufgrund zu hoher Temperatur zum Beispiel vorteilhaft vermieden werden kann).
[0042] Ein solches Verfahren zur Regelung der Zündenergie ist z.B. aus der Druckschrift DE 10 2013 010 685 A1 bekannt.
- in einem ersten Schritt ein Zylinderdruck zum Zündzeitpunkt (pzzp) am Brennraum (5) sowie eine Durchbruchspannung (UZZP) an der Zündkerze (11) erfasst werden,
- in einem zweiten Schritt ein aktueller Elektrodenabstand (EA) der Zündelektroden, welcher einen aktuellen Zündelektrodenverschleißzustand repräsentiert, basierend auf dem erfassten Zylinderdruck (pzzp), der erfassten Durchbruchspannung (UZZP) und einer Proportionalitätskonstante (K) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Proportionalitätskonstante (K) basierend auf einem vorbekannten Elektrodenabstand (EAbekannt), einem Zylinderdruck zum Zündzeitpunkt (pzzp) sowie einer Durchbruchspannung (UZZP) der Zündkerze (11) als systemindividuelle Größe an der Brennkraftmaschine (1) ermittelt ist.
dadurch gekennzeichnet, dass
- basierend auf dem im zweiten Schritt ermittelten, aktuellen Elektrodenabstand (EA) der Zündelektroden in einem weiteren Schritt eine Lebensdauer der Zündkerze (11) ermittelt wird.
dadurch gekennzeichnet, dass
- basierend auf dem im zweiten Schritt ermittelten, aktuellen Elektrodenabstand (EA) in einem weiteren Schritt ein Verbrennungsparameter der Brennkraftmaschine (1) eingestellt wird, insbesondere ein Verbrennungsluftverhältnis (λ).
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Verfahren iterativ durchgeführt wird.
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Verfahren mit einer ungebrauchten Zündkerze (11) durchgeführt wird, wobei der ermittelte aktuelle Elektrodenabstand (EA) mit einem Neuzustands-Soll-Elektrodenabstand verglichen wird.
dadurch gekennzeichnet, dass
- basierend auf dem ermittelten Elektrodenabstand (EA) ein Informationssignal für einen Bediener an der Brennkraftmaschine (1) ausgegeben wird.
dadurch gekennzeichnet, dass
- mit dem Verfahren eine Kennlinie verwendet wird, welche den ermittelten, aktuellen Elektrodenabstand (EA) mit einer Lebensdauer in Beziehung setzt; und/oder
- mit dem Verfahren eine Kennlinie verwendet wird, welche den ermittelten, aktuellen Elektrodenabstand (EA) mit einem Verbrennungsparameter, insbesondere mit einem Umsatzpunkt oder einem Verbrennungsluftverhältnis (λ), in Beziehung setzt.
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Zündkerze (11) eine Vorkammerzündkerze ist; und/oder
- die Brennkraftmaschine (1) ein Gasmotor ist.
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Brennkraftmaschine (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
- in a first step a cylinder pressure is measured at the combustion chamber (5) at the ignition time (pzzp) and a breakdown voltage (UZZP) is measured at the spark plug (11),
- in a second step a current electrode spacing (EA) of the ignition electrodes, which
represents a current ignition electrode state of wear, is determined on the basis
of the measured cylinder pressure (pzzp), the measured breakdown voltage (UZZP) and a proportionality constant (K),
characterized in that
- the proportionality constant (K) is determined as a system-specific variable at the internal combustion engine (1), on the basis of a previously known electrode spacing (EAknown), a cylinder pressure at the ignition time (pzzp) and a breakdown voltage (UZZP) of the spark plug (11).
characterized in that
- in a further step, a service life of the spark plug (11) is determined on the basis of the current electrode spacing (EA) of the ignition electrodes, which is determined in the second step.
characterized in that
- in a further step, a combustion parameter of the internal combustion engine (1), in particular an air/fuel ratio (λ), is set on the basis of the current electrode spacing (EA), which is determined in the second step.
characterized in that
- the method is carried out iteratively.
- the method is carried out with an unused spark plug (11), wherein the determined current electrode spacing (EA) is compared with a new-state setpoint electrode spacing.
characterized in that
- an information signal for an operator of the internal combustion engine (1) is output on the basis of the determined electrode spacing (EA).
characterized in that
- a characteristic curve which relates the determined current electrode spacing (EA) to a service life is used with the method; and/or
- a characteristic curve which relates the determined current electrode spacing (EA) to a combustion parameter, in particular to a conversion point or an air/fuel ratio (λ), is used with the method.
characterized in that
- the spark plug (11) is a prechamber spark plug; and/or
- the internal combustion engine (1) is a gas engine.
characterized in that
- the internal combustion engine (1) is configured to carry out the method according to one of the preceding claims.
- dans une première étape, une pression de cylindre à l'instant d'allumage (pzzp) au niveau de la chambre de combustion (5) ainsi qu'une tension d'amorçage (UZZP) au niveau de la bougie d'allumage (11) sont détectées,
- dans une deuxième étape, un écartement des électrodes actuel (EA) des électrodes d'allumage, lequel représente un état d'usure actuel des électrodes d'allumage, est déterminé en s'appuyant sur la pression de cylindre (pzzp) détectée, la tension d'amorçage (UZZP) détectée et une constante de proportionnalité (K), caractérisé en ce que
- la constante de proportionnalité (K) est déterminée en tant que grandeur spécifique au système sur le moteur à combustion interne (1) en se basant sur un écartement des électrodes préalablement connu (EAbekannt), une pression de cylindre à l'instant d'allumage (pzzp) ainsi qu'une tension d'amorçage (UZZP) de la bougie d'allumage (11).
- dans une étape supplémentaire, une durée de vie de la bougie d'allumage (11) est déterminée en se basant sur l'écartement des électrodes actuel (EA) des électrodes d'allumage déterminé à la deuxième étape.
- dans une étape supplémentaire, un paramètre de combustion du moteur à combustion interne (1), notamment un rapport d'air de combustion (λ), est réglé en se basant sur l'écartement des électrodes actuel (EA) déterminé à la deuxième étape.
- le procédé est mis en œuvre de manière itérative.
- le procédé est mis en œuvre avec une bougie d'allumage (11) non utilisée, l'écartement des électrodes actuel (EA) déterminé étant comparé avec l'écartement des électrodes de consigne à l'état neuf.
- un signal d'information pour un opérateur est délivré au niveau du moteur à combustion interne (1) en se basant sur l'écartement des électrodes (EA) déterminé.
- une courbe caractéristique est utilisée avec le procédé, laquelle met l'écartement des électrodes actuel (EA) déterminé en relation avec une durée de vie ; et/ou
- une courbe caractéristique est utilisée avec le procédé, laquelle met l'écartement des électrodes actuel (EA) déterminé en relation avec un paramètre de combustion, notamment avec un point de conversion ou un rapport d'air de combustion (λ).
- la bougie d'allumage (11) est une bougie d'allumage de chambre de précombustion ; et/ou
- le moteur à combustion interne (1) est un moteur à gaz.
caractérisé en ce que
- le moteur à combustion interne (1) est conçu pour mettre en œuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
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In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente