Liefergradabweichungen in einem gemischaufgeladenen Gasmotor

Die Erfindung betrifft einen gemischaufgeladenen Gasmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Kompensation von Liefergradabweichungen gemäß Anspruch 6.

Gasmotoren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Dabei wird unterschieden zwischen luftverdichtenden beziehungsweise luftaufgeladenen Gasmotoren einerseits und gemischverdichtenden beziehungsweise gemischaufgeladenen Gasmotoren andererseits. Beide Typen von Gasmotoren umfassen mindestens einen Zylinder, wobei in dem mindestens einen Zylinder ein von einem Zylinderkopf, einer Zylinderwandung und einem in dem Zylinder verlagerbar angeordneten Kolben begrenzter Brennraum angeordnet ist. Die Zylinderwandung kann dabei auch die Wandung einer

Zylinderlaufbuchse sein. In Abhängigkeit vom Volumen des Brennraums

beziehungsweise vom Durchmesser des Zylinders wird der Brennraum bei einem

Gasmotor typischerweise in einen Hauptbrennraum und mindestens eine Vorkammer unterteilt, die über mindestens eine Öffnung, einen sogenannten Schusskanal, mit dem Hauptbrennraum in Fluidverbindung steht. In die Vorkammer wird eine Menge eines mit einer Zündkerze sicher zu entflammenden Gemischs eingebracht. Bei einem

Verbrennungstakt des Zylinders wird zunächst das Gemisch in der Vorkammer mithilfe der Zündkerze entzündet. Hierdurch wird die Zündenergie des Zündfunkens der

Zündkerze um die Energie der in der Vorkammer entzündeten Gemischmenge verstärkt. Das verbrennende Gemisch schießt durch die Schusskanäle in den Hauptbrennraum, wo aufgrund der erhöhten Zündenergie eine sichere und vollständige Verbrennung ausgelöst wird. Aus der DE 10 2004 016 260 A1 geht ein luftaufgeladener Gasmotor hervor, bei dem in einem Ansaugtakt des Kolbens verdichtete Luft über ein Einlassventil in den Hauptbrennraum eingelassen wird. Für eine Vorkammer ist eine separate Brenngasversorgung vorgesehen, über die Brenngas in die Vorkammer eingebracht wird. In einem Kompressionstakt des Kolbens wird die angesaugte, verdichtete Luft in die Vorkammer gepresst, wo sie sich mit dem Brenngas vermischt. Anschließend erfolgt die Zündung des Gemischs in der Vorkammer und schließlich - wie bereits beschrieben - die Verbrennung im Verbrennungstakt des Zylinders. Ein solcher luftverdichtender Gasmotor ist vergleichsweise kompliziert aufgebaut und daher teuer. Demgegenüber weisen gemischaufgeladene Gasmotoren einen vergleichsweise einfachen Aufbau auf. In diesen saugt ein Turbolader über einen Gasmischer ein Luf Brenngas-Gemisch an und verdichtet dieses. In einem Ansaugtakt des Kolbens wird verdichtete Luf Brenngas- Gemisch über ein Einlassventil zugeführt. Dieses wird in einem Kompressionstakt des Kolbens weiter verdichtet und über die Schusskanäle in die Vorkammer gepresst.

Anschließend erfolgt - wie bereits beschrieben - die Zündung und Verbrennung des Gemischs. Während demnach luftaufgeladene Gasmotoren über gespülte Vorkammern mit separater Brenngasversorgung verfügen, über die das Brenngas in die Vorkammer eingebracht wird, sind gemischaufgeladene Gasmotoren mit ungespülten Vorkammern ohne eigene Brenngasversorgung ausgerüstet, denen das Luft-/Brenngas-Gemisch im Kompressionstakt über die Schusskanäle aus dem Hauptbrennraum zugeführt wird.

Im Ansaugtakt des Kolbens wird das LufWBrenngas-Gemisch bei einem

gemischaufgeladenen Gasmotor möglichst ideal verwirbelt und homogenisiert, um eine möglichst homogene und günstige Zylinderfüllung zu erreichen. Zugleich wird ein

Volumen der Gemisch-Leitung und einer Abgas-Leitung, ein Gemisch-Druck in der Gemisch-Leitung und ein Abgas-Druck in der Abgas-Leitung, sowie insbesondere eine Öffnung der Einlass- und auch der Auslassventile des Zylinders so abgestimmt, dass ein möglichst hoher Liefergrad, also ein möglichst günstiges Verhältnis der nach Abschluss eines Ladungswechsels tatsächlich in dem Zylinder enthaltenen Frischladung zu einer theoretisch möglichen, maximalen Füllung erreicht wird. Zur Verwirbelung und

Homogenisierung des Luft-/Brenngas-Gemischs ist in dem Zylinderkopf typischerweise ein Spiralkanal vorgesehen.

Umfasst der gemischaufgeladene Gasmotor mehr als einen Zylinder und/oder mehr als eine Zylinderbank, kommt es unweigerlich zu zylinderindividuellen oder

zylinderbankindividuellen Liefergradabweichungen. Ist der Motor beispielsweise als V- Motor ausgebildet, sind zwei Reihen parallel zueinander angeordneter Zylinder relativ zueinander in Form eines V angeordnet. Die eine Reihe parallel angeordneter Zylinder wird typischerweise als A-Bank bezeichnet; die relativ zu dieser Reihe in einem Winkel angeordnete Reihe paralleler Zylinder wird typischerweise als B-Bank bezeichnet. Dabei zeigt sich, dass typischerweise der in den Zylinderköpfen vorgesehene Spiralkanal zur Verwirbelung und Homogenisierung des Luft-/Brenngas-Gemischs für die geometrischen Verhältnisse der A-Bank optimiert ist, wobei er jedoch aus Kostengründen auch in der B- Bank in gleicher Weise vorgesehen sein kann. In diesem Fall ergibt sich bereits hierdurch für die Zylinder der B-Bank ein geringerer Liefergrad als für die Zylinder der A-Bank.

Darüber hinaus können Unterschiede im Volumen der Gemisch-Leitung und der Abgas- Leitung, Schwankungen im Gemisch-Druck und im Abgas-Druck, eine Zündreihenfolge der Zylinder sowie strömungsmechanische Zusammenhänge zu zylinderindividuellen beziehungsweise zylinderbankindividuellen Abweichungen des Liefergrads sowohl durch stationäre als auch durch instationäre Effekte führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gemischaufgeladenen Gasmotor zu schaffen, bei welchem solche zwangsweise auftretenden Liefergradabweichungen kompensierbar sind. Zugleich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kompensation dieser Liefergradabweichungen zu schaffen. Insgesamt sollen die Vorteile eines gemischaufgeladenen Gasmotors bei über alle Zylinder möglichst gleichmäßigem Liefergrad erreicht werden.

Die Aufgabe wird gelöst, in dem ein gemischaufgeladener Gasmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.

Dadurch, dass eine separate Brenngas-Versorgung für die mindestens eine Vorkammer vorgesehen ist, ist es möglich, zusätzlich zu dem Luft-/Brenngas-Gemisch, das in den Hauptbrennraum eingelassen wird, in die Vorkammer Brenngas einzulassen und damit den Liefergrad des Zylinders zu erhöhen. Insbesondere ist es möglich, in die Vorkammer - unter Ausnutzung des realisierbaren Lambda-Bereichs - mehr Brenngas einzulassen als eigentlich zur Verstärkung der Zündenergie erforderlich ist. Dabei wird Brenngas über den mindestens einen Schusskanal in den Hauptbrennraum eingetragen, wodurch das dem Hauptbrennraum über das Einlassventil zugeführte Luft-/Brenngas-Gemisch angefettet wird. In diesem Sinne wird die Vorkammer überblasen. Auf diese Weise wird der Liefergrad des Zylinders erhöht. Insbesondere ein Zylinder, der einen schlechten Liefergrad aufweist, kann so bezüglich seines Liefergrades angehoben und vorzugsweise an Zylinder angeglichen werden, welche von vornherein einen besseren Liefergrad aufweisen. Bereits dann, wenn der gemischaufgeladene Gasmotor nur einen einzigen Zylinder aufweist, ist es mithilfe der separaten Brenngasversorgung für die Vorkammer möglich, den Liefergrad des Zylinders anzuheben. Besonders bevorzugt umfasst der gemischaufgeladene Gasmotor allerdings mindestens zwei Zylinder und/oder mindestens zwei Zylinderbänke, sodass zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle

Liefergradabweichungen mithilfe der separaten Brenngas-Versorgung für die

Vorkammern der Zylinder ausgleichbar sind.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der gemischaufgeladene Gasmotor eine Vorkammerzündkerze auf. Die Vorkammer ist demnach bei diesem

Ausführungsbeispiel als Teil der Zündkerze ausgebildet. Besonders bevorzugt wird die Vorkammer durch eine dünnwandige Metallhülse gebildet, die an der Zündkerze vorgesehen ist, und die von dem mindestens einen Schusskanal durchsetzt wird.

Vorkammerzündkerzen sind bezüglich ihrer Ausbildung und Funktionsweise grundsätzlich bekannt, sodass hierauf nicht näher eingegangen wird.

Der Gasmotor ist vorzugweise so ausgebildet, dass er mit Erdgas, Biogas, einem

Sondergas oder einem anderen, insbesondere methanhaltigen Gas betreibbar ist. Die separate Brenngas-Versorgung für die mindestens eine Vorkammer steht vorzugsweise mit einem Vorratsbehälter für das Brenngas, insbesondere einem Tank, in

Fluidverbindung, wobei besonders bevorzugt in dieser Fluidverbindung keine Vorrichtung zum Vermischen des Brenngases mit Luft vorgesehen ist. Dementsprechend ist der Gasmotor vorzugsweise so ausgebildet, dass über die separate Brenngas-Versorgung reines Brenngas in die mindestens eine Vorkammer eingebracht wird.

Es wird ein gemischaufgeladener Gasmotor bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass in einem Fluidpfad für die separate Brenngas-Versorgung der mindestens einen Vorkammer ein Ventil angeordnet ist, mithilfe dessen eine in die Vorkammer eingebrachte Brenngasmenge einstellbar ist. Mithilfe des Ventils ist es demnach möglich, die

Brenngasmenge für die Vorkammer zu dosieren, um gegebenenfalls einen Liefergrad des Zylinders anheben zu können. Das Ventil ist bevorzugt als elektromagnetisches Ventil - wie in der DE 10 2004 016 260 A1 beschrieben - und/oder als zwangsgesteuertes Ventil ausgebildet. Mithilfe der separaten Brenngas-Versorgung ist es möglich, in der Vorkammer ein

Gemisch vorzusehen, das im Vergleich zu dem in den Hauptbrennraum eingelassenen Gemisch gegenüber Stöchiometrie deutlich fetter ist. Insbesondere um

Schadstoffemissionen des Motors gering zu halten, wird nämlich im Hauptbrennraum eine möglichst magere Gemischqualität gegenüber Stöchiometrie realisiert, vorzugsweise wird ein Lambda-Wert von ungefähr 1 ,7 eingestellt. Durch die separate Brenngas-Versorgung ist es nun möglich, in der Vorkammer einen Lambda-Wert in einem Bereich von der unteren Explosionsgrenze bis zur oberen Explosionsgrenze, bevorzugt von mindestens 0,6 bis höchstens 1 ,2 einzustellen. Hierdurch wird zum einen der Energiegehalt in der Vorkammer insbesondere im Vergleich zu einer ungespülten Vorkammer, die in einem Kompressionstakt des Kolbens mit dem Gemisch aus dem Hauptbrennraum versorgt wird, deutlich erhöht, wodurch der Verstärkungseffekt der Zündenergie deutlich

angehoben wird; zum anderen wird durch den bereits beschriebenen Effekt des

Überblasens der Vorkammer das im Hauptbrennraum vorliegende Gemisch angefettet, beziehungsweise der Liefergrad des Zylinders wird verbessert.

Es wird auch ein gemischaufgeladener Gasmotor bevorzugt, der mindestens zwei Zylinder und/oder mindestens zwei Zylinderbänke umfasst und sich durch eine

Steuerungseinrichtung auszeichnet, durch die mindestens ein Parameter für einen zylinderspezifischen oder zylinderbankspezifischen Liefergrad erfassbar ist. Die Ventile der Vorkammern sind durch die Steuerungseinrichtung abhängig von dem mindestens einen Parameter so ansteuerbar, dass zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen durch Anpassung der in die einzelnen Vorkammern

eingebrachten Brenngasmengen angleichbar sind.

Bei einem Ausführungsbeispiel des Gasmotors, welches keine entsprechend

ausgebildete Steuerungseinrichtung umfasst, werden die in den Fluidpfaden für die separate Brenngas-Versorgung der Vorkammern angeordneten Ventile vorzugsweise in einem Motorversuch beziehungsweise auf einem Motorprüfstand einmalig eingestellt. Beispielsweise wird in dem Motorversuch ein Abstand der einzelnen Zylinder zu einer Klopfgrenze bestimmt, wobei die Ventile so eingestellt werden, dass die Zylinder möglichst nah an der Klopfgrenze betreibbar sind. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel ist es jedoch nicht möglich, während des normalen Betriebs des Motors

Liefergradabweichungen zu kompensieren. Ist dagegen eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die mindestens einen Parameter für einen zylinderspezifischen oder zylinderbankspezifischen Liefergrad erfasst und die einzelnen Ventile in Abhängigkeit des Parameters ansteuert, können während des Betriebs auftretende Liefergradabweichungen flexibel durch dynamisches Ansteuern der Ventile ausgeglichen werden. Durch die Steuerungseinrichtung ist als Parameter vorzugsweise eine Abgastemperatur hinter jedem Zylinder oder hinter jeder Zylinderbank, eine zylinder- oder zylinderbankspezifische Stickoxid-Emission und/oder ein

zylinderindividueller oder zylinderbankindividueller Zylinderdruck erfassbar.

Es wird auch ein gemischaufgeladener Gasmotor bevorzugt, der sich dadurch

auszeichnet, dass ein Öffnungsgrad, ein Öffnungszeitpunkt und/oder eine Öffnungsdauer des Ventils einstellbar ist. Es ist möglich, dass das Ventil nur zwei Zustände aufweist, nämlich vollständig geöffnet und vollständig geschlossen. In diesem Fall wird die in die Vorkammer eingebrachte Brenngasmenge vorzugsweise durch einen Öffnungszeitpunkt in Grad Kurbelwellenwinkel und eine Öffnungsdauer - vorzugsweise ebenfalls angegeben in Grad Kurbelwellenwinkel - bestimmt. Die Öffnungsdauer kann auch dadurch bestimmt werden, dass ein Öffnungszeitpunkt und ein Schließzeitpunkt - ebenfalls vorzugsweise in Grad Kurbelwellenwinkel - festgelegt werden. Ist es dagegen möglich, das Ventil stufenweise oder kontinuierlich zu öffnen beziehungsweise zu schließen, kann auch ein Öffnungsgrad, das heißt ein effektiver Durchtrittsquerschnitt, des Ventils variiert werden, um insbesondere bei festgehaltenem Öffnungszeitpunkt oder festgehaltener

Öffnungsdauer eine in die Vorkammer eingebrachte Brenngasmenge zu variieren. Es ist selbstverständlich möglich, die verschiedenen Einstellarten eines Ventils miteinander zu kombinieren, insbesondere also sowohl den Öffnungsgrad als auch den

Öffnungszeitpunkt und/oder die Öffnungsdauer einzustellen, um die in die Vorkammer eingebrachte Brenngasmenge zu variieren. Hierzu wird das Ventil vorzugsweise von der Steuerungseinrichtung und besonders bevorzugt in Abhängigkeit von dem mindestens einen Parameter angesteuert.

Schließlich wird ein gemischaufgeladener Gasmotor bevorzugt, der mindestens zwei Zylinder und/oder mindestens zwei Zylinderbänke umfasst und sich dadurch auszeichnet, dass er weiterhin einen Abgaskrümmer aufweist, der über an den Zylindern vorgesehene Auslassventile mit diesen in Fluidverbindung steht, wobei er weiterhin einen Turbolader umfasst, der mit dem Abgaskrümmer in Fluidverbindung steht, sodass Abgas von den Zylindern über den Abgaskrümmer zu dem Turbolader strömen kann. Dabei ist - in Strömungsrichtung des Abgases gesehen - vor dem Turbolader und hinter den Zylindern mindestens ein einem Zylinder oder einer Zylinderbank zugeordneter Katalysator so angeordnet, dass ein Abgasgegendruck des Katalysators zu einer Gleichstellung des Liefergrades der Zylinder oder Zylinderbänke beiträgt.

Typischerweise ist der Katalysator eines Gasmotors - in Strömungsrichtung des Abgases gesehen - hinter dem Abgasturbolader angeordnet. Dies bringt jedoch häufig Probleme mit sich, weil die Abgastemperatur hinter dem Turbolader zu gering ist, um eine effektive Katalyse zu gewährleisten, beziehungsweise weil der Katalysator durch in dem Abgas vorhandene Katalysatorgifte bei den dort herrschenden niedrigen Temperaturen rasch vergiftet wird. Es ist daher vorteilhaft, mindestens einen Katalysator vor dem

Abgasturbolader anzuordnen, sodass er von deutlich heißerem Abgas durchströmt wird. Dies erhöht die Effizienz der Katalyse und verhindert wirksam eine Vergiftung des

Katalysators. Der Katalysator kann außerdem deutlich kleiner ausfallen, als wenn er - in Strömungsrichtung des Abgases gesehen - hinter dem Turbolader angeordnet ist.

Vorzugsweise werden nun mehrere vergleichsweise kleine Katalysatoren im Bereich des Abgaskrümmers beispielsweise in Kompensatoren, die einer Schwingungsdämpfung und dem Ausgleich einer thermischen Ausdehnung des Abgaskrümmers dienen, angeordnet, wobei die Anordnung der Katalysatoren so gewählt wird, dass der auf individuelle Zylinder oder individuelle Zylinderbänke wirkende Abgasgegendruck der Katalysatoren dazu führt, dass Unterschiede im Liefergrad zwischen einzelnen Zylindern oder Zylinderbänken ausgeglichen werden.

Beispielsweise ist es möglich, die Größe von hinter den einzelnen Zylindern

angeordneten Katalysatoren zu variieren. Weiterhin ist es möglich, nur hinter bestimmten Zylindern Katalysatoren vorzusehen, während dann vorzugsweise noch zentral vor einem Eintritt in den Turbolader ein Katalysator vorgesehen ist, sodass sich keine Abgasströme ergeben, die keinen Katalysator passieren. Entsprechend kann in Bezug auf die einzelnen Zylinderbänke vorgegangen werden.

Insgesamt ist es auf diese Weise möglich, bereits durch geschickte Wahl der Anordnung der Katalysatoren und Einstellung eines daraus resultierenden Abgasgegendrucks den Liefergrad der einzelnen Zylinder beziehungsweise Zylinderbänke möglichst weitgehend gleichzustellen, wobei durch gezielte Zumessung der in die einzelnen Vorkammern dosierten Brenngasmengen lediglich noch geringe Unterschiede ausgeglichen werden müssen.

Die Aufgabe wird auch gelöst, in dem ein Verfahren zur Kompensation von

Liefergradabweichungen in einem gemischaufgeladenen Gasmotor mit mindestens zwei Zylindern und/oder mindestens zwei Zylinderbänken geschaffen wird, welches die Schritte des Anspruchs 6 aufweist. Über eine separate Brenngas-Versorgung wird eine den einzelnen Vorkammern zugeführte Brenngasmenge so angepasst, dass

zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen ausgeglichen werden. Es ergeben sich dabei die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem gemischaufgeladenen Gasmotor erläutert wurden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Vorkammer als Teil einer Vorkammerzündkerze vorgesehen, wie bereits in Zusammenhang mit dem Gasmotor beschrieben. Dabei wird die Vorkammer vorzugsweise von einer dünnwandigen

Metallhülse gebildet, die an der Vorkammerzündkerze angeordnet und von dem mindestens einen Schusskanal durchsetzt ist.

Der Gasmotor wird vorzugsweise mit Erdgas, Biogas, einem Sondergas oder einem anderen vorzugsweise methanhaltigen Gas betrieben. Vorzugsweise wird über die separate Brenngas-Versorgung reines Brenngas, also insbesondere kein Luft-/Brenngas- Gemisch, in die Vorkammer eingebracht.

Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass in den Fluidpfaden für die separate Brenngasversorgung der Vorkammern jeweils ein Ventil angeordnet ist, mithilfe dessen in die Vorkammern eingebrachte Brenngasmenge eingestellt wird. Dies geschieht, in dem vorzugsweise ein Öffnungsgrad, ein Öffnungszeitpunkt und/oder eine Öffnungsdauer der Ventile insbesondere zylinderindividuell oder zylinderbankindividuell eingestellt werden.

Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass mindestens ein Parameter für einen zylinderspezifischen oder zylinderbankspezifischen Liefergrad erfasst wird, wobei die Ventile der Vorkammern so angesteuert werden, dass abhängig von dem Wert des mindestens einen Parameters zylinderindividuelle oder

zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen ausgeglichen werden. Bevorzugt wird der mindestens eine Parameter durch eine Steuerungseinrichtung erfasst, und bevorzugt werden die Ventile der Vorkammern durch die gleiche Steuerungseinrichtung abhängig von dem Wert des mindestens einen Parameters angesteuert. Vorzugsweise wird bei der Ansteuerung der Ventile auch ein Brenngasdruck in der separaten Brenngas- Versorgungsleitung berücksichtigt, der sich auf die bei festgehaltenem Öffnungszeitpunkt und festgehaltener Öffnungsdauer eines Ventils tatsächlich in die Vorkammer eindosierte Brenngasmenge auswirkt.

In diesem Zusammenhang wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass als Parameter eine Abgastemperatur, eine Stickoxid-Emission und/oder ein

Zylinderdruck erfasst werden. Dieser mindestens eine Parameter wird vorzugsweise für jeden Zylinder einzeln oder für jede Zylinderbank erfasst. Dabei sind die

Abgastemperatur, die Stickoxid-Emission und auch der Zylinderdruck während des Verbrennungstaktes charakteristisch für den Liefergrad des Zylinders. Abweichungen im Liefergrad können daher durch Veränderungen der entsprechenden Parameter festgestellt werden. Dabei steigt die Abgastemperatur eines Zylinders, wenn der

Liefergrad abnimmt, weil in diesem Fall die Verbrennung nicht optimal verläuft und der Zylinder deswegen nicht die volle freiwerdende thermische Energie in mechanische Energie umsetzen kann. Entsprechend weist das Abgas dann eine höhere Temperatur auf.

Es zeigt sich, dass quasi durch ein gesteuertes„Überblasen" der Vorkammern, indem also gegebenenfalls eine erhöhte Brenngasmenge beziehungsweise überhaupt Brenngas in die Vorkammern eindosiert wird, zylinderspezifische Abweichungen in der

Zylinderfüllung beziehungsweise im Liefergrad der Zylinder ausgeglichen werden können. Insbesondere ist es möglich, bei Zylindern mit einem schlechten Liefergrad über eine gezielte Anfettung des Gemischs, also Einstellung eines niedrigeren Lambda-Wertes, den Innenwirkungsgrad dieser Zylinder anzuheben. Dies wirkt sich positiv auf den mechanischen Gesamtwirkungsgrad des Motors aus.

Schließlich wird noch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen so

ausgeglichen werden, dass alle Zylinder näher an einer Klopfgrenze betrieben werden. Bei einem gemischaufgeladenen Gasmotor, bei dem keine Maßnahmen zur

Kompensation der Liefergradabweichungen getroffen werden, geben die Zylinder mit einem guten Liefergrad die Motorklopfgrenze vor, während Zylinder mit ungenügendem Liefergrad eine Zündaussetzergrenze definieren. Dies bedeutet, dass gegebenenfalls ein Betriebspunkt des Motors nicht weiter in Richtung der Klopfgrenze angehoben werden kann, beispielsweise um den Zylindern mit ungenügendem Liefergrad mehr Leistung zu entnehmen, weil sonst die Zylinder mit gutem Liefergrad bereits zu klopfen beginnen. Umgekehrt kann der Betriebspunkt nicht in Hinblick auf die Zylinder mit gutem Liefergrad weiter in Richtung der Zündaussetzergrenze abgesenkt werden, weil sonst die Zylinder, welche einen ungenügenden Liefergrad aufweisen, schon Zündaussetzer aufweisen. Damit sind dem Betriebsbereich des Motors vergleichsweise enge Grenzen gesetzt. Durch Kompensation der zylinderspezifischen oder zylinderbankspezifischen

Abweichungen im Liefergrad können diese Grenzen in der Verbrennungsentwicklung aufgeweitet werden. Da alle Zylinder dann bezüglich ihres Betriebspunktes ähnlich weit von einer Klopfgrenze beziehungsweise von einer Zündaussetzergrenze entfernt arbeiten, kann der Gesamtbetriebspunkt des Motors entsprechend über einen weiteren Bereich angehoben oder abgesenkt werden. Insbesondere ist es möglich, dem Motor insgesamt mehr Leistung zu entnehmen, indem alle Zylinder näher an der Klopfgrenze betrieben werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels eines

gemischaufgeladenen Gasmotors, und

Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung des Gasmotors gemäß Figur 1.

Fig. 1 zeigt eine schematische Detaildarstellung eines Ausführungsbeispiels eines gemischaufgeladenen Gasmotors 1. Dieser umfasst mindestens einen Zylinder 3, wobei in dem Zylinder 3 ein von einem Zylinderkopf 5, einer Zylinderwandung 7 und einem in dem Zylinder 3 verlagerbar angeordneten Kolben 9 begrenzter Brennraum 11 angeordnet ist.

Der Brennraum 11 ist unterteilt in einen Hauptbrennraum 13 und eine Vorkammer 15, wobei die Vorkammer 15 über eine Öffnung 17 mit dem Hauptbrennraum 13 in

Fluidverbindung steht. In Figur 1 sind drei als Schusskanäle 19 ausgebildete Öffnungen 17 dargestellt, die Vorkammer 15 ist demnach über eine Mehrzahl von Schusskanälen 19 mit dem Hauptbrennraum 13 verbunden.

In einem Ansaugtakt des Kolbens 9 wird dem Hauptbrennraum 13 ein Luf Brenngas- Gemisch - wie hier über einen Pfeil P symbolisiert - über ein Einlassventil 21 zugeführt. Hierzu ist vorzugsweise eine Gemisch-Leitung 23 vorgesehen, durch welche das

Gemisch zu dem Einlassventil 21 und über dieses weiter in den Hauptbrennraum 13 gefördert wird.

In einem Kompressionstakt wird das Gemisch in dem Hauptbrennraum 13 verdichtet und über die Schusskanäle 19 in die Vorkammer 15 gepresst. Anschließend erfolgt die Zündung und Verbrennung des Gemischs. In einem Ausstoßtakt des Kolbens 9 wird Abgas aus dem Hauptbrennrahm 13 über ein Auslassventil 25 in eine Abgas-Leitung 27 gedrängt und so aus dem Hauptbrennraum 13 weggeführt. Dies ist in Figur 1 durch einen Pfeil P ₂ dargestellt.

Der Gasmotor 1 zeichnet sich dadurch aus, dass eine separate Brenngasversorgung 29 für die Vorkammer 15 vorgesehen ist. Mithilfe der separaten Brenngasversorgung 29 ist es möglich, zusätzlich zu dem Luft-/Brenngasgemisch, das in den Hauptbrennraum 13 eingelassen wird, in die Vorkammer 15 Brenngas einzulassen und so den Liefergrad des Zylinders 3 zu erhöhen. Insbesondere ist es möglich, die Vorkammer 5 zu überblasen, wobei zusätzliches Brenngas über die Schusskanäle 19 in den Hauptbrennraum 13 eingetragen wird, wodurch das dem Hauptbrennraum 13 über das Einlassventil 21 zugeführte Luf Brenngas-Gemisch angefettet wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Liefergrad des Zylinders 3 weiter zu erhöhen, wobei insbesondere ein Zylinder 3, der einen schlechten Liefergrad aufweist, bezüglich seines Liefergrades angehoben und vorzugsweise an Zylinder angeglichen werden kann, welche von vorneherein einen besseren Liefergrad aufweisen. Aber auch dann, wenn der Gasmotor 1 nur einen einzigen Zylinder 3 aufweist, ist es mithilfe der separaten Brenngasversorgung 29 für die Vorkammer 15 möglich, den Liefergrad des Zylinders 3 anzuheben.

Die separate Brenngasversorgung 29 weist einen Fluidpfad 35 auf, über welchen der Vorkammer 15 Brenngas zuführbar ist. Hierfür steht der Fluidpfad 35 über eine

Fluidverbindung 31 vorzugsweise mit einem Vorratsbehälter 33, insbesondere einem Tank, in Verbindung. In dem Fluidpfad 35 ist keine Vorrichtung zum Vermischen des Brenngases mit Luft vorgesehen, sodass der Vorkammer 15 über die separate

Brenngasversorgung 29 reines Brenngas zugeführt wird.

In dem Fluidpfad 35 für die separate Brenngasversorgung 29 ist ein Ventil 37 angeordnet, mithilfe dessen eine in die Vorkammer 15 eingebrachte Brenngasmenge einstellbar ist. Das Ventil 37 ist vorzugsweise als zwangsgesteuertes oder elektromagnetisches Ventil ausgebildet. Der Fluidpfad 35 besteht vorzugsweise aus der Fluidverbindung 31 sowie dem Ventil 37. Damit zeigt sich, dass bevorzugt der Vorkammer 15 über den Fluidpfad 35, mithin über die Fluidverbindung 31 und das Ventil 37 Brenngas aus dem

Vorratsbehälter 33 zuführbar ist.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Gasmotors 1 weist dieser eine Vorkammerzündkerze 39 auf. Die Vorkammer 15 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Teil der Vorkammerzündkerze 39 ausgebildet. Insbesondere ist sie als Metallhülse 41 ausgebildet, die an der Zündkerze 39 vorgesehen ist, wobei die Metallhülse 41 von den Schusskanälen 19 durchsetzt ist. In der Vorkammer 15 ist eine Elektrodenanordnung 43 zur Zündung des brennbaren Gemischs angeordnet. Alternativ ist es auch möglich, dass die Vorkammerzündkerze 39 als Laser-Zündkerze oder als Korona-Zündkerze

ausgebildet ist.

Wie noch anhand von Figur 2 erläutert wird, weist der Gasmotor 1 bevorzugt eine

Mehrzahl von Zylindern 3, insbesondere zwei Zylinderbänke mit jeweils einer Mehrzahl von Zylindern 3 auf.

Es zeigt sich Folgendes: Über die separate Brenngasversorgung 29 wird eine der

Vorkammer 15 zugeführte Brenngasmenge bevorzugt so angepasst, dass

zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen ausgeglichen werden. Insbesondere ist es mithilfe des Ventils 37 möglich, die Brenngasmenge für die Vorkammer 15 zu dosieren, um den Liefergrad des Zylinders 3 anzuheben. Dabei kann in der Vorkammer 15 ein Gemisch erzeugt werden, das im Vergleich zu dem in den

Hauptbrennraum 13 eingelassenen Gemisch gegenüber Stöchiometrie deutlich fetter ist. Insbesondere um Schadstoffemissionen des Motors gering zu halten wird nämlich im Hauptbrennraum 13 eine möglichst magere Gemischqualität gegenüber Stöchiometrie realisiert, vorzugsweise wird ein Lambda-Wert von ungefähr 1 ,7 eingestellt. Durch die separate Brenngasversorgung 29 ist es nun möglich, in der Vorkammer einen Lambda- Wert in einem Bereich von der unteren Explosionsgrenze bis zur oberen Explosionsgrenze, bevorzugt von mindestens 0,6 bis höchstens 1 ,2 einzustellen.

Hierdurch wird zum einen der Energiegehalt in der Vorkammer 15 insbesondere im Vergleich zu einer ungespülten Vorkammer, die in einem Kompressionstakt des Kolbens 9 mit dem Gemisch aus dem Hauptbrennraum 13 versorgt wird, deutlich erhöht, wodurch der Verstärkungseffekt der Zündenergie deutlich angehoben wird; zum anderen wird durch den bereits beschriebenen Effekt des Überblasens der Vorkammer 15 das im Hauptbrennraum 13 vorliegende Gemisch angefettet, beziehungsweise der Liefergrad des Zylinders 3 wird verbessert.

Es ist vorzugsweise eine Steuerungseinrichtung 45 vorgesehen, durch die mindestens ein Parameter für einen zylinderspezifischen oder zylinderbankspezifischen Liefergrad erfassbar ist. Dabei sind die Ventile 37 der Vorkammern 15 der verschiedenen Zylinder 3 durch die Steuerungseinrichtung 45 so ansteuerbar, dass zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen durch Anpassung der in die einzelnen Vorkammern 15 eingebrachten Brenngasmengen angleichbar sind.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Parameter durch die

Steuerungseinrichtung 45 ein Zylinderdruck erfassbar. Hierzu ist an dem Zylinder 3 ein Zylinderdrucksensor 47 angeordnet, mit dem die Steuerungseinrichtung 45 zur Erfassung des Zylinderdrucks in dem Zylinder 3 verbunden ist.

Alternativ zu dem Zylinderdruck, der mithilfe des Zylinderdrucksensors 47 erfasst wird, kann als Parameter für die Ansteuerung des Ventils 37 auch eine Abgastemperatur, und/oder eine Stickoxid-Emission herangezogen werden. Dazu sind im Bereich des Zylinders 3 beziehungsweise der Abgas-Leitung 27 bevorzugt geeignete Sensoren vorgesehen, die mit der Steuerungseinrichtung 45 wirkverbunden sind.

Durch die Steuerungseinrichtung 45 wird/werden bevorzugt ein Öffnungsgrad, ein Öffnungszeitpunkt und/oder eine Öffnungsdauer des Ventils 37 beziehungsweise der Mehrzahl von Ventilen 37 der verschiedenen Zylinder 3 eingestellt. Auf diese Weise kann die in die Vorkammern 15 eingebrachte Brenngasmenge variiert werden. Die

Ansteuerung erfolgt dabei bevorzugt in Abhängigkeit von dem mindestens einen

Parameter, hier also konkret in Abhängigkeit von dem mithilfe des Zylinderdrucksensors 47 erfassten Zylinderdruck. Zur Ansteuerung des Ventils 37 ist die Steuerungseinrichtung 45 mit diesem bevorzugt über eine erste Wirkverbindung 49 wirkverbunden.

Bevorzugt wird auch die Vorkammerzündkerze 39 durch die Steuerungseinrichtung 45 angesteuert, wozu die Steuerungseinrichtung 45 mit der Vorkammerzündkerze 39 verbunden ist. Außerdem ist die Steuerungseinrichtung 45 bevorzugt mit dem

Einlassventil 21 über eine zweite Wirkverbindung 51 und/oder mit dem Auslassventil 25 über eine dritte Wirkverbindung 53 verbunden, sodass auch diese Ventile bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Gasmotors 1 durch die Steuerungseinrichtung 45 ansteuerbar sind. Alternativ ist es aber auch möglich, dass das Einlassventil 21 und/oder das Auslassventil 25 nicht durch die Steuerungseinrichtung 45, sondern - beispielsweise über mindestens eine Nockenwelle - zwangsgesteuert wird/werden.

Fig. 2 zeigt eine weitere schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels des Gasmotors 1 gemäß Figur 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Rein schematisch ist in Figur 2 angedeutet, dass der Gasmotor 1 eine Mehrzahl von Zylindern 3 aufweist, wobei hier der besseren Übersichtlichkeit wegen nur einer der Zylinder mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet ist. Außerdem ist der Gasmotor 1 bevorzugt als V-Motor ausgebildet, der zwei Reihen parallel zueinander angeordnete Zylinder 3 umfasst, die relativ zueinander in Form eines V angeordnet sind. Das Ausführungsbeispiel des Gasmotors 1 umfasst somit zwei Zylinderbänke, von denen in Figur 2 schematisch nur eine Zylinderbank 55 dargestellt ist, um die Darstellung zu vereinfachen.

In Figur 2 ist ein Turbolader 57 dargestellt, der über einen Gasmischer 59 ein Luft- /Brenngas-Gemisch 67 ansaugt und dieses verdichtet.

Dabei wird dem Gasmischer 59 einerseits Verbrennungsluft 61 und andererseits

Brenngas 63, vorzugsweise aus dem Vorratsbehälter 33, zugeführt, wobei in dem Gasmischer 59 das Brenngas 63 mit der Verbrennungsluft 61 vermischt wird, wobei das Gemisch einem Verdichter 65 des Turboladers 57 zugeführt und von diesem verdichtet wird. Von dort gelangt das Gemisch 67 in die Gemisch-Leitung 23, die hier eine

Verteilerstruktur aufweist, über die das Gemisch den verschiedenen Zylinder 3 der Zylinderbank 55 zugeführt wird. Abgas gelangt über den einzelnen Zylindern 3 zugeordnete Abgas-Leitungen, von denen hier der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eine mit dem Bezugszeichen 27 gekennzeichnet ist, in einen Abgaskrümmer 69, der über die Auslassventile 25 mit den Zylindern 3 in Fluidverbindung steht, wobei der Abgaskrümmer 69 weiterhin mit dem Turbolader 57 in Fluidverbindung steht, sodass Abgas von den Zylindern 3 über den Abgaskrümmer 69 zu dem Turbolader 57 strömen kann.

Dabei strömt das Abgas durch eine Turbine 71 des Turboladers 57 und treibt diese zu einer Drehbewegung an. Die Turbine 71 ist über eine Welle 73 mit dem Verdichter 65 wirkverbunden, sodass dieser von der Turbine 71 vermittelt über die Welle 73 zu einer Drehbewegung angetrieben wird.

In Strömungsrichtung des Abgases gesehen ist bei dem dargestellten

Ausführungsbeispiel vor dem Turbolader 57 und hinter den Zylindern 3 ein erster Katalysator 75 angeordnet, der hier zentral vor dem Eintritt in den Turbolader 57 vorgesehen ist. Daher muss das gesamte von den Zylindern 3 heranströmende Abgas den Katalysator 75 passieren, um zu dem Turbolader 57 zu gelangen.

Zusätzlich ist vorzugsweise hinter bestimmten Zylindern 3 jeweils ein zweiter Katalysator 77 vorgesehen, wobei hier der besseren Übersichtlichkeit wegen nur einer der zweiten Katalysatoren mit dem Bezugszeichen 77 gekennzeichnet ist. Es ist möglich,

insbesondere die Größe der zweiten Katalysatoren 77 zylinderindividuell zu variieren. Zugleich zeigt sich, dass in Figur 2 bei einem der Zylinder 3 kein Katalysator 77 vorgesehen ist. Der zentrale Katalysator 75 ist insbesondere dafür vorgesehen, dass sich kein Abgasstrom ergibt, der nicht einen Katalysator passiert hat.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind also mehrere vergleichsweise kleine Katalysatoren 75, 77 im Bereich des Abgaskrümmers 69 angeordnet, wobei die

Anordnung der Katalysatoren 75, 77 so gewählt ist, dass der auf individuelle Zylinder 3 oder individuelle Zylinderbänke 55 wirkende Abgasgegendruck der Katalysatoren 75, 77 dazu führt, dass Unterschiede im Liefergrad zwischen einzelnen Zylindern 3 oder Zylinderbänken 55 ausgeglichen werden. Besonders bevorzugt sind insbesondere die zweiten Katalysatoren 77 in Kompensatoren, die einer Schwingungsdämpfung und einem Ausgleich einer thermischen Ausdehnung des Abgaskrümmers 69 dienen, angeordnet. Dies kann allerdings alternativ oder zusätzlich auch für den ersten Katalysator 75 der Fall sein.

Der Gasmotor 1 wird vorzugsweise mit Erdgas, Biogas, einem Sondergas oder einem anderen vorzugsweise methanhaltigen Gas betrieben. Vorzugsweise wird über die separate Brenngasversorgung 29 reines Brenngas, also insbesondere kein Luft- /Brenngas-Gemisch, in die Vorkammer 15 eingebracht.

Der Gasmotor 1 ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem

bevorzugten Ausführungsbeispiel dient der Gasmotor 1 dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei der Gasmotor 1 in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz des Gasmotors 1 zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel des Gasmotors 1 wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei der Gasmotor 1 in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Der Gasmotor 1 ist besonders für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur

stationären Energieerzeugung geeignet. Auch eine stationäre Anwendung des

Gasmotors 1 zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung des Gasmotors 1 im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung des Gasmotors 1 im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktionsmaschine, ist möglich. Der Gasmotor 1 ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum

Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet.

Insgesamt wird bevorzugt ein gesteuertes Überblasen der Vorkammern 15 verwirklicht, indem also gegebenenfalls eine erhöhte Brenngasmenge beziehungsweise überhaupt Brenngas in die Vorkammern 15 eindosiert wird. Hierdurch werden zylinderspezifische Abweichungen in der Zylinderfüllung beziehungsweise im Liefergrad der Zylinder 3 ausgeglichen. Insbesondere werden Zylinder 3 mit einem schlechten Liefergrad über eine gezielte Anfettung des Gemischs, also Einstellung eines niedrigen Lambda-Wertes, bezüglich ihres Innenwirkungsgrads angehoben. Dies wirkt sich positiv auf den

mechanischen Gesamtwirkungsgrad des Motors aus. Bevorzugt werden zylinderindividuelle oder zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen so ausgeglichen, dass alle Zylinder näher an einer Klopfgrenze betrieben werden.

Damit zeigt sich insgesamt, dass es mithilfe des gemischaufgeladenen Gasmotors 1 beziehungsweise des Verfahrens möglich ist, zylinderindividuelle oder

zylinderbankindividuelle Liefergradabweichungen effizient zu kompensieren und so ein günstigeres Betriebsverhalten des Motors zu realisieren.