CN111287853A - 用于运行燃料喷射系统的方法、控制单元及燃料喷射系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行燃料喷射系统的方法，所述燃料喷射系统用于将气态和液体燃料喷射到内燃机的燃烧室中，其中，为了喷射燃料使用具有同轴布置、彼此嵌套的两个喷嘴针的双料喷射器(1)，双料喷射器通过气体轨(2)被供应以气态燃料并通过液体燃料轨(3)被供应以液态燃料，液态燃料同时用作用于控制两个喷嘴针、尤其气体喷嘴针的行程运动的控制介质。在内燃机发生例如从全负荷到部分负荷的负荷降低时，液体燃料轨(3)中的液体燃料压力首先升高并且在部分负荷运行期间再降低，使得液体燃料轨(3)中的液体燃料压力在部分负荷运行期间跟随气体轨(2)中的降低的气体压力。本发明还涉及一种控制单元和具有这种控制单元的燃料喷射系统。

Description

用于运行燃料喷射系统的方法、控制单元及燃料喷射系统
技术领域
本发明涉及一种用于运行燃料喷射系统的方法，所述燃料喷射系统用于将气态和液体燃料喷射到内燃机的燃烧室中。所述方法在使用具有两个同轴布置、彼此嵌套的喷嘴针的双料喷射器情况下被执行。
此外，本发明涉及一种控制单元和具有这种控制单元的燃料喷射系统，所述燃料喷射系统用于将气态和液体燃料喷射到内燃机的燃烧室中。该燃料喷射系统尤其适用于执行本发明方法或者能够按照本发明方法运行。
背景技术
在气态燃料如天然气(NG，即“Natural Gas”)燃烧时，越老越实现更高的吹入压力，以便在全负荷时满足如对柴油燃料的燃烧提出的那样的要求。然而，高的吹入压力导致吹入速率在内燃机部分负荷运行时过大并且在实施时通常伴随着不期望的噪声产生和/或增加的排放。这是要避免的。
作为解决方案，可以在用于气态燃料的气体轨上设置用于气体压力调节的压力调节阀，通过气体轨能够为至少一个燃料喷射器供应气态燃料。然而，经由这种压力调节器进行的气体压力调节由于气态燃料的高的可压缩性而非常缓慢。此外，系统损失的大量控制气体不断积聚。因为由于低的压力水平，它们既不能返回到气罐中，也不能被输送至燃烧。由于高的变暖潜势(全球变暖)，也不能将积聚的控制气体量排放到周围环境中。
发明内容
因此，本发明基于这种任务：在将气态燃料喷射到内燃机的燃烧室中时的喷射速率根据内燃机的负荷来形成，以避免上述缺点。
为了解决该任务，提出了本发明方法、提出了本发明控制单元以及本发明燃料喷射系统。此外能够得知本发明的有利扩展方案。
提出一种用于运行燃料喷射系统的方法，所述燃料喷射系统用于将气态和液体燃料喷射到内燃机的燃烧室中。在此，为了喷射燃料使用双料喷射器，所述双料喷射器具有两个同轴布置、彼此嵌套的喷嘴针，所述双料喷射器通过气体轨被供应以气态燃料并且通过液体燃料轨被供应以液态燃料。液态燃料在此同时用作用于控制两个喷嘴针、尤其气体喷嘴针的行程运动的控制介质。根据本发明，在内燃机发生例如从全负荷到部分负荷的负荷降低时，液体燃料轨中的液体燃料压力首先升高。这具有减慢气体喷嘴针的打开运动的效果。以这种方式能够实与负荷相关的现气体喷射速率形成。在部分负荷运行期间，液体燃料轨中的液体燃料压力则再下降，使得液体燃料轨中的液体燃料压力在部分负荷运行期间跟随气体轨中的气体压力下降。
通过液体燃料压力或者说控制压力的初始提升和与之伴随的气体喷嘴针打开减缓，通过阀座节流而使喷射速率减小，以致它大致相当于在低气体压力时的速率。也就是说，不再必须调节气体轨中的气体压力以实现与负荷相关的气态燃料喷射速率控制，使得能够省去用于气体压力调节的压力调节阀。随着气体压力调节器的取消，也不再出现待导出的、大的控制气体量。因此能够省去气体轨与回流管路的附接。同时确保以可变的气体压力供应双料喷射器。因为在气体喷嘴针打开的情况下气态燃料被从气体轨中取出，使得气体轨中的气体压力经过多个喷射循环地缓慢下降。通过以气态燃料重新充注气体轨，气体轨中的气体压力在需要时可以再升高。因此不需要带有回流管路接头的气体压力调节器。
液体燃料轨中的液体燃料压力的暂时提高导致压力差，该压力差能够表示双料喷射器的密封元件的高负载，所述密封元件用于分隔两种燃料。然而在本发明的方法中该负载是减小的，因为液体燃料压力仅在负荷降低时而且仅短时升高。这是因为，在部分负荷运行中气体喷射导致气体轨中的气体压力降低，使得在液体燃料轨中的液体燃料压力升高之后不久该液体燃料压力已经能够再下降。液体燃料压力跟随气体轨中的降低的气体压力，因此仍然得到阀座节流作用。
此外，也就是说在所有其他运行模式中，能够调节到最小压力差。
优选，如此调整和/或改变液体燃料轨中的液体燃料压力，使得它持续地高于气体轨中的气体压力。较高的液体燃料压力阻止气态燃料通过泄而到达液体燃料区域中。然而，压力差优选小，以使通常设置为用于分隔介质的密封元件的负载保持小。
此外，优选如此调整和/或改变液体燃料轨中的液体燃料压力，使得它在内燃机的例如从全负荷到部分负荷的负荷变换的暂态区域中达到其最大值。暂态区域是指过渡区域，例如从全负荷到部分负荷。也就是说，液体燃料压力的升高随着负荷变换而进行并且仅持续短的时间，使得最大值仍然落在暂态区域内。在部分负荷运行中，液体燃料压力已经再降低，使得用于分隔介质的密封元件的最大负载也仅持续短的时间。
进一步优选，如此调整和/或改变液体燃料轨中的液体燃料压力，使得它还在内燃机的部分负荷运行中就再达到其最小值。有利地，该最小值略高于气体压力水平，以便阻止气体泄漏到液体燃料区域中。
此外提出，为了提高气体轨中的气体压力，打开布置在气体供应管路中的阀，其中，建立气体轨通过气体供应管路与中间存储器的连接，通过所述中间存储器为气体轨供应气态燃料。因此，通过气体供应管路，气态燃料流入气体轨中，这导致气体轨中的气体压力升高，只要没有同时从气体轨中取出相同量的气态燃料。如果该阀保持关闭，则从气体轨中取出气态燃料导致气体压力降低。以这种方式可以“调节”气体轨中的气体压力，其中，阀的表现不是如同压力调节器，而是如同减压器。尤其是，该阀不具有与回流管路的附接，因为不同于气体压力调节器地不存在要导出的控制气体量。
有利地，借助控制单元电操控所述阀。因此取消了将液态燃料或者其他压力介质作为控制介质供应。
随着从气体轨中取出气态燃料，气体压力下降，因此，为了降低气体轨中的气体压力，仅需经过多个喷射循环地从气体轨中取出气态燃料并且借助双料喷射器将其喷射到内燃机的燃烧室中。以这种方式能够在无回流量的情况下控制气体轨中的气体压力。
优选，气体轨中的气体压力被监控并且在控制液体燃料轨中的液体燃料压力时被用作输入参量。气体压力的监控能够借助布置在气体轨上的压力传感器来执行，所述压力传感器将其测量数据传输给控制单元。然后，借助控制单元能够改变液体燃料轨中的液体燃料压力，例如通过相应地操控布置在液体燃料轨上的阀。
在本发明的方法中，尤其能够将天然气用作气态燃料并且将柴油燃料用作液态燃料。柴油燃料在这种情况下能够同时用于点燃气态燃料。为此，柴油燃料通过引燃喷射(Piloteinspritzung)而被带入内燃机的燃烧室中。也就是说，柴油喷嘴针先于气体喷嘴针打开。
为了解决开头提到的任务，还提出一种控制单元，所述控制单元设置为用于实施前述的本发明方法。为此，在控制单元中优选存储具有相应程序代码的计算机程序。
此外，提出一种燃料喷射系统，所述燃料喷射系统用于将气态和液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中，所述燃料喷射系统包括根据本发明的控制单元。因此，该燃料喷射系统能够按照前述的本发明方法来运行。
优选，燃料喷射系统还包括双料喷射器、气体轨和液体燃料轨，所述双料喷射器具有两个同轴布置、彼此嵌套的喷嘴针，所述气体轨用于以气态燃料供应双料喷射器，所述液体燃料轨用于以液态燃料供应双料喷射器。通过液体燃料轨中的液体燃料压力能够控制两个喷嘴针、尤其气体喷嘴针的行程运动。
此外优选，气体轨能够根据阀的开关位置通过气体供应管路与中间存储器连接。中间存储器用于以天然气供应气体轨。没有设置气体轨到回流管路上的附接，确切地说既没有直接附接、也没有通过布置在气体供应管路中的阀间接地附接。通过该阀仅能够将新鲜的天然气输送给气体轨。
附图说明
在下文中参照附图更详细地阐述本发明。这些附图示出：
图1根据本发明的燃料喷射系统的示意图，以及
图2用于执行根据本发明的方法的调节策略的图形表示。
具体实施方式
在图1中所示出的燃料喷射系统用于将天然气喷射到内燃机的燃烧室中。天然气被预先保存在气罐8中。借助输送总成9进行取出，所述输送总成向中间存储器7中进行输送。该中间存储器根据阀5的开关位置而能够通过气体供应管路4与气体轨2连接。在中间存储器7的上游，热交换器10和溢流阀11布置在气体供应管路4中。溢流阀11在溢流侧通过回流管路12与气罐8连接。
气态燃料到内燃机燃烧室中的喷射借助双料喷射器1进行，所述双料喷射器连接到气体轨2上。此外，借助双料喷射器1能够喷射液态燃料、当前为柴油燃料，所述柴油燃料贮存在柴油罐13中。柴油燃料借助泵14被从柴油罐13中取出并且被输送给液体燃料轨3，通过所述液体燃料轨能够为双料喷射器1供应柴油燃料。借助柴油燃料将内燃机的燃烧室中的天然气点燃。此外，柴油燃料用作控制介质，借助所述控制介质能够控制双料喷射器2的两个同轴布置、彼此嵌套的喷嘴针的行程运动。
液体燃料轨3中的柴油压力能够借助压力调节阀15来控制，所述压力调节阀通过回流管路16与柴油罐13连接。压力调节阀15的操控借助控制单元6来进行，所述控制单元为此通过控制管路17与压力调节阀16连接。通过另外的控制管路17，控制单元6与阀5并且与输送总成9连接。此外，给控制单元6传输压力传感器18的测量数据，所述压力传感器布置在气体轨2上、液体燃料轨3上和中间存储器7上。
借助在图1中所示出的燃料喷射系统，能够与负荷相关地控制气态燃料的喷射速率，确切地说通过液体燃料轨3中的柴油压力来控制。
如例如在图2中所示，在负荷降低(下方曲线)时，在负荷变换的暂态区域a中柴油压力短时升高，使得气体压力和柴油压力之间的压力差升高(中间曲线)。提高的柴油压力导致气体喷嘴针更慢地打开，使得不进行阀座消除节流或者仅延迟地进行阀座消除节流。相应地，在气体喷嘴针打开情况下通流量下降。随着从气体轨2提取天然气，气体轨2中的气体压力下降(上方曲线)，因此柴油压力又会降低，使得压力差变化(中间曲线)跟随气体压力变化(上方曲线)。还在部分负荷运行中时压力差就达到其最小值，其中，最小值始终大于零，因为柴油压力水平高于气体压力水平，以防止气体泄漏到柴油区域中。
与负荷相关的气态燃料喷射速率控制能够借助根据本发明的方法在无回流量的情况下进行。由于压力差仅短时地达到最大值，所以用于分隔介质的密封元件的负载被保持得尽可能小。不需要将气体轨2直接地或者通过阀5间接地附接到回流管路12上，因为没有气体量从气体轨2返回到气罐8中。仅当气体轨2要被充注以来自中间存储器7的天然气以便提升气体轨2中的气体压力时，才打开阀5。为了降低气体轨2中的气体压力，将天然气提取出并且输送给双料喷射器1以用于喷射。

Claims (10)

1.用于运行燃料喷射系统的方法，所述燃料喷射系统用于将气态和液体燃料喷射到内燃机的燃烧室中，其中，为了喷射燃料使用双料喷射器(1)，所述双料喷射器具有同轴布置、彼此嵌套的两个喷嘴针，所述双料喷射器通过气体轨(2)被供应以所述气态燃料并且通过液体燃料轨(3)被供应以所述液态燃料，并且，所述液态燃料同时用作用于控制所述两个喷嘴针、尤其控制气体喷嘴针的行程运动的控制介质，
其特征在于，在内燃机发生例如从全负荷到部分负荷的负荷降低时，所述液体燃料轨(3)中的液体燃料压力首先升高并且在部分负荷运行期间再降低，使得所述液体燃料轨(3)中的所述液体燃料压力在所述部分负荷运行期间跟随所述气体轨(2)中的降低的气体压力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如此调整和/或改变所述液体燃料轨(3)中的液体燃料压力，使得所述液体燃料压力持续地高于所述气体轨(2)中的气体压力。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如此调整和/或改变所述液体燃料轨(3)中的液体燃料压力，使得所述液体燃料压力在所述内燃机的例如从全负荷到部分负荷的负荷降低的暂态区域中达到其最大值。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如此调整和/或改变所述液体燃料轨(3)中的液体燃料压力，使得所述液体燃料压力还在所述内燃机处于部分负荷运行中时就再达到其最小值。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了提高所述气体轨(2)中的气体压力，打开布置在气体供应管路(4)中的阀(5)，其中，建立所述气体轨(2)通过所述气体供应管路(4)与中间存储器(7)的连接，通过所述中间存储器为所述气体轨(2)供应气态燃料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，借助控制单元(6)电操控所述阀(5)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了降低所述气体轨(2)中的气体压力，经过多个喷射循环地将气态燃料从所述气体轨(2)提取出并且借助所述双料喷射器(1)喷射到所述内燃机的燃烧室中，使得在无回流量的情况下控制所述气体轨(2)中的气体压力。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述气体轨(2)中的气体压力被监控并且在控制所述液体燃料轨(3)中的液体燃料压力时被作为输入参量使用。
9.控制单元(6)，所述控制单元设置为用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
10.用于将气态和液态燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射系统，所述燃料喷射系统包括根据权利要求9所述的控制单元(6)。
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