CN101749728A - 车辆燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于加热机动车辆中气流(14)的车辆燃烧器(6)，其具有燃油泵(10)，用于将燃油传输至致动喷射泵(11)以将燃油喷射入燃烧室(7)，其具有空气传输装置(16)，用于将空气传输至所述燃烧室(7)，其具有控制器(17)，用于操作车辆燃烧器(6)，控制器(17)与所述燃油泵(10)、所述空气传输和/或空气调节装置(16)以及所述喷射喷嘴(11)连接，其中，在所述车辆燃烧器(6)操作期间通过燃烧室(7)内燃油和空气的转换产生的燃烧器废气，用来加热气流(14)。为提高效能，所述控制器(17)根据预定热输出量确定燃油量、空气量和燃油压，其中用于设置预定热输出量的所述控制器(17)，启动所述空气传输和/或空气调节装置(16)以设置确定的空气量，启动所述燃油泵(10)以设置确定的燃油压并启动喷射喷嘴(11)以设置确定的燃油量。

Description

车辆燃烧器
技术领域
本发明涉及一种用于加热机动车辆中气流的车辆燃烧器。
背景技术
这种车辆燃烧器可用于例如加热设置在机动车辆的内燃机的排气系统中的废气清洁装置。这里，车辆燃烧器可用于缩短使各个废气清洁装置达到最低操作温度或再生温度时所需的时间，根据所述最低操作温度或再生温度，可充分有效地执行废气清洁功能或再生。由此，车辆燃烧器可减少污染物的排放。同样地，原则上可以在车辆为基础的加热装置中使用这样的车辆燃烧器，使其可以独立于车辆内燃机操作，例如作为独立的车辆加热器或辅助加热器。
这样的车辆燃烧器可包括用于将燃油传递至致动喷射喷嘴的燃油泵。在致动喷射喷嘴(即喷射器)的作用下，燃油可被喷入燃烧室。车辆燃烧器还包括空气传输和/或空气调节装置，例如用于将空气传输至燃烧室的鼓风机、气泵或者压力源。用于操作车辆燃烧器的控制器与燃油泵、空气传输和/或空气调节装置、喷射喷嘴以适当的方式连接在一起。为了设置预定的热输出量，控制器启动喷射喷嘴以喷入所需的燃油量，并启动空气传输和/或空气调节装置以输送相应的空气量。这里，通常燃油泵在车辆燃烧操作阶段提供恒定的燃油压，其中喷入燃烧室的燃油量可利用喷射喷嘴调节。喷射喷嘴例如可具有不同的的开口度，其通过不同的流体阻力而互相有所不同。额外地或者可选择地，喷射喷嘴可按计时方式操作，其中更优选地，开口时间和时钟频率是可调节的，以便能够根据脉冲宽度调制的类型调节各自的燃油量。
各个燃油量所需的空气量例如可通过预定的空气比(称为lambda值或燃油-空气比)来确定。通常选择空气比以达到最低可能的污染排放。
发明内容
本发明通过描述开始提到的车辆燃烧器的一个改进实施例来解决所述问题，更优选地其特征在于实现较好的燃油转化。
该问题通过独立权利要求的主题得到解决。
从属权利要求的主题为有利的实施例。
本发明基于这样一个总体思路，即根据所要求的热输出量调节燃油压。这里，本发明利用了以下认知，即可通过改变燃油压或者喷射压力而特别地改变喷射参数，例如液滴尺寸、液滴速度、喷射角度和喷射渗透深度。本发明还利用了以下认知，即取决于热输出量的燃烧室中的气体量可导致空气速度的较大改变，其对混合物的形成具有重要影响。更优选地，空气速度影响燃烧室内的混合物形成区域的几何结构、喷射流和气流的渗透、燃油和空气的内部混合、喷射液滴的蒸发以及喷射液滴和空气之间的一般相互作用。根据本发明的燃油压力或喷射压力对当前所需的燃烧器输出量希望值的自适应，应考虑这些关系，从而对于每个载荷量以及每个空气量，燃油喷射可以以特别适合的燃油压来实现。由于这些喷射参数例如液滴尺寸、喷射角度和液滴速度的相互作用，因此可为每个载荷量或者每个空气量提供一个有利或者优化的解决办法。总之提供了一种改进的燃烧室内的燃油转化。这导致车辆燃烧器的效率的显著改进。喷射压的自适应在低载荷时尤其有利。可以看出，为大载荷小空气量或低空气速度设计的燃油压导致相当多的流体燃油冲击燃烧室的壁，在这里燃油不能充分转化。特别地，燃油可炭化。通过燃油压对燃烧器热输出量的自适应，其它燃油压例如可被设定用于较少的热输出量，通过其可有效地避免大量的燃油聚集在燃油室的壁上。
就本发明而言，燃油压对热输出量的自适应是这样实现的，控制器一开始根据热输出量确定所需要的燃油量，根据确定的燃油量以及预定空气比率确定所需要的空气量，根据确定的空气量和燃油量确定合适的燃油压。这里，单独的操作参数可部分地或完全地通过计算确定。操作参数同样地可部分地或完全地由特性或特性族确定。这里更优选地，可能提供根据热输出量的复杂的特性族，燃油量、空气量和燃油压中的至少两个参数可被读出。更优选地，也可想到一个特性族，通过其三个操作参数都可直接读出。于是可以同时确定单独的操作参数，而无需逐步确定。
根据确定的热输出量设置预定燃油压，空气传输和/或空气调节装置设置确定的空气量，喷射喷嘴设置确定的燃油量，现在控制器可启动燃油泵。空气比率可预定为固定值，或者同样地也根据热输出量或燃油量或其它参数来确定或预定。
根据一个特别有利的实施例，当确定燃烧压时，控制器可考虑当前燃烧室的温度。更进一步的发展基于以下认知，即燃烧室的温度(其例如可通过适当的温度传感器确定)对喷入燃烧室或气流中的燃油滴的蒸发具有重要影响。当确定燃油压时通过考虑燃烧室温度，液滴尺寸被特别地影响进而自适应于燃烧室温度。以这样的方式，可设置出与每个燃烧室温度相配的液滴尺寸，从而优化燃油的蒸发。
本发明进一步的重要特征和优点可从从属权利要求、附图以及根据附图的相应的附图说明中获得。
可以理解的是，只要不偏离本发明的范围，以上提到的和以下仍需解释的特征不仅可以各自结合起来使用，也可以与其它特征结合或者单独使用。
本发明优选的示范性实施例在附图中示出并在以下描述中更详细地解释，其中相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的元件。
附图说明
在每个实例中，图示为
图1一种安装了车辆燃烧器的机动车辆的高度简化的流程图样的示意图，
图2一种车辆燃烧器的高度简化的流程图样的示意图，
图3一种车辆燃烧器燃烧室的高度简化的流程图样的示意图。
具体实施方式
根据图1，以简化形式示出的机动车辆1包括内燃机2，其通过新鲜空气系统3接收新鲜空气并通过排气系统4释放燃烧废气。在排气系统4中，可设置废气清洁装置5，例如催化式排气净化器和粒子过滤器。车辆1还安装有车辆燃烧器6，在其作用下车辆1中的气流可被加热。为此，车辆燃烧器6在燃烧室7中转换液体燃油和空气。事实上，无论如何都要使用用于操作内燃机2的装入车辆1中的燃油。在废气侧，燃烧室7按照实线画出的箭头8连接至排气系统4。以这种方式，燃烧室7的热的燃烧器废气可被传输至排气系统4。这里，在排气系统4中进行热燃烧器废气的传输，对于在至少一个废气清洁装置5上游的废气吸收装置4中处理的废气流则在车辆燃烧器6的作用下被加热。例如，在内燃机2的某些操作状态期间，例如在冷启动期间，可实现将至少一个废气清洁装置5加热到操作温度，以便各个废气清洁装置5可有效地执行清洁功能。例如，多个催化式排气净化器具有启动温度，在该温度可逐步显示其催化清洁功能。可选择地或者额外地，车辆燃烧器6可被设置为加热装置6’，其可独立于内燃机2操作。该加热装置6’例如可被设定为独立的车辆加热器和/或辅助加热器。根据虚线画出的箭头9，在燃烧室7产生的燃烧器废气然后可用于加热车辆内部空间或加热内燃机2。
根据附图2，车辆燃烧器6(相应地，在以下实施例中也适用加热装置6’)包括燃油泵10，在其作用下燃油被传输至致动喷射喷嘴11，其也可为指定的喷射器11。为此，燃油管路12将燃油泵10的抽吸侧与燃油槽13连接并将燃油泵10的传输侧与喷射喷嘴11连接。喷射喷嘴11用于将燃油喷入燃烧室7，其在图2的实施例中连接至排气系统4的废气侧或出口侧上。附图2的箭头14表示在排气系统4中流动的废气流。此外，附图2示出了一个喷射流15，其可在喷射喷嘴11的作用下产生。车辆燃烧器6还包括空气传输和/或空气调节装置16，其例如可同样地为泵或鼓风机，也可为压缩空气储存单元或另一个空气源。例如，燃烧室7可通过合适的阀装置连接至各个车辆的压缩空气系统的空气调节装置，例如气垫装置或气压制动器系统，或废气涡轮增压器。由此，例如空气可从外界传输至燃烧室7。此外，车辆燃烧器6包括控制器17，在其帮助下可操作车辆燃烧器6。控制器17经由控制线路18连接至燃油泵11，经由控制线路19连接至空气传输和/或空气调节装置16，以及经由控制线路20连接至喷射喷嘴11。控制器17包括至少一个处理器(这里未示出)，且用于根据由信号线21提供的预定热输出量确定燃油量，该燃油量为实现该热输出量所必需的。热输出量例如可通过内燃机2的控制单元或通过使用者的要求预定。控制器现在可根据确定的燃油量以及空气比率确定空气量，其可同样地以固定方式预定或已经被预定，该空气量与确定燃油量相配合，在燃烧室7中产生具有期望空气比率的燃油-空气混合物。此外，控制器17设为根据确定的空气量确定燃油压。燃油压对各种喷射参数(例如液滴尺寸、液滴速度、喷射角度等等)具有重要影响。在这种情况下，具体地确定燃油压以便得到用于各个空气量的优化喷射参数，由于燃烧室7的不变几何结构，其导致一定的空气速度。例如控制器17最初可根据空气量确定得到的空气速度，进而根据空气速度确定最佳喷射压。为此，控制器17例如可利用特性族22。原则上，所述的特性族22可具有任意的复杂性。更优选地，其可根据热输出量提供燃油量和/或空气量和/或空气速度和/或空气比率和/或燃油压。
现在设定控制器17使其设置预定热输出量，由其启动空气传输和/或空气调节装置16以设置确定的空气量，启动燃油泵10以设置确定的燃油压和喷射喷嘴11以设置确定的燃油量。这里，喷射喷嘴11根据燃油压或多或少地开启或者关于开启持续时间和开启频率计时。
通过燃油压的变化，对于全部热输出量可实现优化的燃油转换。
这里示出的车辆燃烧器6还包括至少一个压力传感器23，其通过信号线路24与控制器17相连接。在压力传感器23的作用下可测量燃油管路12中的燃油压，尤其是在燃油泵10和喷射喷嘴11之间的。为此，压力传感器23可直接安装在燃油管路12上或者在燃油泵10的出口侧或者在喷射喷嘴11的入口侧。为了设置确定的燃油压(其构成一个设定的燃油压)，控制器17现在可将在压力传感器23的作用下测得的燃油压(其构成一个实际的燃油压)与设定燃油压进行比较，以根据差值调节燃油泵10。换句话说，控制器17根据燃油压设定/实际值的比较来调节燃油泵10。对于压力调节可应用成比例调节。同样地可使用PID调节算法或者另外的调节算法。调节的目标是实现在燃油管路12中的最小可能压力波动。
额外地或可选择地，车辆燃烧器6可安装至少一个温度传感器25，其经由信号线路26与控制器17相连接。在该实施例中的温度传感器25用以测量燃烧室温度。温度传感器25例如测量燃烧室7的壁温。同样地温度传感器25可测量燃烧器废气的温度。现在控制器17在确定所需燃油压时可考虑当前燃烧室温度。这种考虑已经包含在特性族22中。通过考虑燃烧室温度，例如可改变液滴尺寸以优化喷射燃油的蒸发。额外地或可选择地，可考虑环境温度和/或燃油温度以抵消粘性差值，例如通过一个合适的燃油压。这里，液滴尺寸与燃油压相互关联，其中在对燃烧室温度进行考虑时利用了液滴尺寸和燃油压之间的相互关联。
控制器17可改变燃油泵10的传递输出量以设置所需的各个燃油压。燃油泵10例如可为旋转泵，例如以离心泵或齿轮泵或回转盘式阀等的形式。具有这样的旋转泵，控制器17可改变旋转速度以设置各个传递输出量从而设置燃油压。可选择地，燃油泵10也可为摆动泵，例如活塞泵或膜片泵等。具有这样的摆动泵，控制器可改变冲程频率和/或冲程长度和/或冲程速度以设置各个传递输出量从而设置所需的燃油压。可选择地，各个燃油泵10可包括在控制器17作用下可调节的阻塞气门以及旁路。燃油泵10稳定地运转且通过阻塞气门的变化调节输出压力。不需要的燃油通过旁路在内部流回抽吸侧或者流回到槽中。
根据这里所示的实施例，压力储存单元27可连接至燃油管路12，由此，可能抵消或衰减燃油传输系统中的压力波动。这里是一个特别有利的实施例，其中从燃油泵10通向喷射喷嘴11的燃油管路12的至少一个部分设置为压力储存单元28。例如，所述管路部分28具有比较大的容积。
根据一个有利的实施例，控制器17可设为当设置燃油压时考虑燃油系统的压力弹性。在本实施例中所述燃油系统从燃油泵10延伸至喷射喷嘴11从而至少包括燃油管路12的相应部分以及更优选地压力存储单元27和28。
在附图2的实施例中，车辆燃烧器6还安装有关闭装置29，其例如可是阀，更优选地是电磁阀。关闭装置29经由控制线路30连接至控制器17，其安装在燃油管路12中，特别地位于燃油泵10的上游，并尽可能地靠近燃油槽13安装。当切断车辆燃烧器6时控制器17启动关闭装置29以切断燃油管路12。因而，燃油管路12随着车辆燃烧器6的切断而关闭。根据一个可选的实施例，燃油泵10具有依赖于其设计的关闭功能，从而可省略附加的关闭装置29。各个燃油泵10的关闭功能例如可通过燃油泵10的传递元件的某一相对位置来实现。随着启动关闭功能，燃油泵10切断燃油管路12。现在当切断车辆燃烧器6时，控制器17可启动燃油泵10以启动关闭功能。因而，燃油管路12随着车辆燃烧器6切断而关闭。
在压力范围内，燃油压可根据车辆燃烧器6的热输出量改变，更优选地取决于燃油泵10，例如可在1巴至10巴的范围之间(包含两端值)。该实施例优选的是2巴至8巴的压力范围之间(包含两端值)。更为有利的是在3巴至6巴的压力范围之间(包含两端值)。
根据图3，燃烧室7可包括初级燃烧区域31和二级燃烧区域32。喷射喷嘴11连接到燃烧室7使得其专门将燃油喷射进入初级燃烧区域31。燃烧室7包括可渗透流体的多孔结构33，其将初级燃烧区域31与二级燃烧区域32分隔开。结构33确保没有液体燃油进入二级燃烧区域32。然而，完全可以预期的是蒸气形式的燃油可通过所述结构33到达二级燃烧区域32。为此，燃烧室7中的燃油转化可被细分为预氧化(其发生在初级燃烧区域31)和后氧化(其发生在二级燃烧区域32)。本实施例中的结构33优选是一个圆锥形，当然也可是一个圆柱形。为了点燃燃烧反应，可设置一个点火装置34，例如辉光针或火花塞或压电点火器。箭头35表示液体燃油流入喷射喷嘴11。图3所示燃烧室7中通过空气传输装置16传输的空气被分为初级空气36和二级空气37，其通过相应的箭头表示。本实施例中的初级空气36被供应至初级燃烧区域31，同时二级空气37被供应至二级燃烧区域32。初级空气36可流入初级燃烧区域31，更优选地，同轴地流向喷射流。
燃烧室7包括其中设置了两个燃烧区域31，32和结构33的内管38。此外，燃烧室7包括外管39，其与内管同轴地安装，在加工过程中包围后者并构成环状空间40。通过这个环状空间40，二级空气流入二级燃烧区域32。在这个过程中，二级空气37流过内管38的壁，内管38为此包括合适的壁孔。根据图3，燃烧室7，更优选地为二级燃烧区域32再次连接至排气系统4的排气侧或者出口侧，排气系统4中存在随着内燃机2的运转产生的废气流14。虽然图3中燃烧室7和排气系统4垂直布置，但是为了减少流动阻力也可设置其它角度。

Claims (15)

1.一种用于加热机动车辆中气流的车辆燃烧器，其具有：
-燃油泵(10)，用于将燃油传输至致动喷射泵(11)，以将燃油喷射入燃烧室(7)，
-空气传输和/或空气调节装置(16)，用于将空气传输至所述燃烧室(7)，
-控制器(17)，用于操作车辆燃烧器(6)，其与燃油泵(10)、空气传输和/或空气调节装置(16)和喷射喷嘴(11)连接，
-其中，燃烧器废气用来加热气流(14)，该燃烧器废气是在车辆燃烧器(6)操作期间通过燃烧室(1)内燃油和空气的转换而产生的，
-其中所述控制器(17)根据预定热输出量确定燃油量、空气量和燃油压，
-其中用于设置预定的热输出量的所述控制器(17)，其启动所述空气传输和/或空气调节装置(16)以设置确定的空气量，启动所述燃油泵(10)以设置确定的燃油压并启动喷射喷嘴以设置确定的燃油量。
2.根据权利要求1所述的车辆燃烧器，其特征在于
-所述控制器(17)根据可预定的热输出量确定燃油量，
-所述控制器(17)根据确定的燃油量和可预定的或预定的空气比率确定空气量，
-所述控制器(17)根据确定的空气量和/或确定的燃油量确定燃油压。
3.根据权利要求1或2所述的车辆燃烧器，其特征在于
-所述燃油泵(10)经由燃油管路(12)连接至喷射喷嘴(11)，
-提供与所述控制器(17)相连接的压力传感器(23)，其用于测量在所述燃油管路(12)中的燃油压，
-所述控制器(17)根据所述确定的设定燃油压和实际测量的燃油压之间的设定-实际比调节所述燃油泵(10)。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的车辆燃烧器，其特征在于
-提供与所述控制器(17)相连接的温度传感器(25)，其用于测量燃烧室温度，其中所述控制器(17)在确定燃油压时考虑当前燃烧室的温度，和/或
-提供与所述控制器(17)相连接的温度传感器，其用于测量环境温度，其中所述控制器(17)在确定燃油压时考虑当前环境温度，和/或
-提供与所述控制器(17)相连接的温度传感器，其用于测量燃油温度，其中所述控制器(17)在确定燃油压时考虑当前燃油温度。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的车辆燃烧器，其特征在于所述控制器(17)为设置燃油压改变所述燃油泵(10)的传递输出量。
6.根据权利要求5所述的车辆燃烧器，其特征在于
-所述控制器(17)在燃油泵(10)设定为旋转式泵时改变转速以设置传递输出量，或者
-所述控制器(17)在燃油泵(10)设定为摆动泵时改变冲程频率和/或冲程长度和/或冲程速度以设置传递输出量。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的车辆燃烧器，其特征在于
-提供压力存储单元(27)，其连接至燃油管路(12)，其将所述燃油泵(10)与所述喷射喷嘴(11)连接，或
-将所述燃油泵(10)与所述喷射喷嘴(11)连接的燃油管路(12)被设定为压力存储单元(28)。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的车辆燃烧器，其特征在于
所述控制器(17)当设置燃油压时考虑从所述燃油泵(10)延伸至所述喷射喷嘴(11)的燃油系统的压力弹性。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的车辆燃烧器，其特征在于
-提供与所述控制器(17)相连接的关闭装置(29)，其安装在从燃油槽(13)开始经由所述燃油泵(10)至所述喷射喷嘴(11)的燃油管路(12)中，
-当切断所述车辆燃烧器(6)时，所述控制器(17)启动所述关闭装置(29)以关闭所述燃油管路(12)，从而所述燃油管路(12)随着车辆燃烧器(6)的切断而关闭。
10.根据权利要求1至8中任意一项所述的车辆燃烧器，其特征在于
-在所述燃油泵(10)中整合关闭功能，一旦该功能启动，所述燃油泵(10)关闭从燃油槽(13)开始经由所述燃油泵(10)至所述喷射喷嘴(11)的燃油管路(12)，
-当切断所述车辆燃烧器(6)时，所述控制器(17)启动所述关闭功能，以便所述燃油管路(12)随着车辆燃烧器(6)的切断而关闭。
11.根据权利要求1至10中任意一项所述的车辆燃烧器，其特征在于
所述燃油泵(10)和所述控制器(17)设定为燃油压可在1巴至10巴(包含两端值)或者2巴至8巴(包含两端值)或者3巴至6巴(包含两端值)的范围内调节。
12.根据权利要求1至11中任意一项所述的车辆燃烧器，其特征在于
-所述燃烧室(7)包括初级燃烧区域(31)和二级燃烧区域(32)，
-所述喷射喷嘴专门地喷射燃油进入所述初级燃烧区域(31)，
-所述初级燃烧区域(31)通过可渗透流体的多孔结构(33)与所述二级燃烧区域(33)分隔开，
-通过所述空气传输和/或空气调节装置(16)传输的空气被分为流入所述初级燃烧区域(31)的初级空气(36)，和流入所述二级燃烧区域(32)的二级空气(37)。
13.根据权利要求12所述的车辆燃烧器，其特征在于
-所述燃烧区域(31，32)和所述结构(33)设置在所述燃烧室(7)的内管(38)的内部，该内管(38)被所述燃烧室(7)的外管(37)包围以构成环状空间(40)，
-所述二级空气(37)流过所述环状空间(40)且穿过所述内管的壁孔进入所述二级燃烧区域(32)。
14.根据权利要求1至13中任意一项所述的车辆燃烧器，其特征在于用于加热至少一个废气清洁装置(5)的燃烧室(7)在排气侧连接至内燃机(2)的排气系统(4)。
15.根据权利要求1至13中任意一项所述的车辆燃烧器，其特征在于所述燃烧室(7)设置在可独立于车辆(1)的内燃机(2)而操作的加热装置(6’)上，例如独立车辆加热器和/或车辆的辅助加热器。
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