CN111336026A - 用于运行燃料系统的方法以及燃料系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行用于给内燃机供应燃料、尤其天然气的燃料系统的方法，在所述燃料系统中，存储在箱(1)中的燃料借助泵(2)被输送给轨(3)并且借助连接到所述轨(3)上的、能电操控的至少一个喷射器(4)被配量，并且在所述方法中，在燃料配量之前执行以下步骤：a)求取燃料中的声速(c)，b)测量燃料的压力(p)和温度(T)，c)借助将求出的声速(c)与在给定压力(p)和给定温度(T)的情况下已知的燃料成分的声速(c)进行比较来确定燃料成分，d)求取燃料成分的与燃料配量相关的物质数据，e)使用求出的物质数据作为用于燃料配量的修正量。本发明还涉及一种用于给内燃机供应燃料的燃料系统。

Description

用于运行燃料系统的方法以及燃料系统
技术领域
本发明涉及一种用于运行给内燃机供应燃料、尤其天然气的燃料系统的方法。此外，本发明还涉及一种用于给内燃机供应燃料、尤其天然气的燃料系统。根据本发明的燃料系统尤其适用于执行本发明的方法。
背景技术
天然气是一种含烃的气体混合物，其化学成分根据来源可能显著地波动。天然气的主要组分是甲烷。此外，可能包含更长链的烃，例如乙烷和/或丙烷。此外，天然气可能包含易蒸发的物质，例如氮。
法规要求：以天然气运行的内燃机必须在其使用范围内与各自的燃料成分无关地遵守现有的排放限值。为了在燃料品质变化的情况下确保这一点，必须首先例如借助专门的传感器求取所述品质。然后，可以由驾驶员手动调整或由发动机控制器告知求出的品质，所述发动机控制器相应地匹配内燃机的运行。替代地或补充地，可以通过废气后处理设备来保证遵守排放限值，所述废气后处理设备为此必须足够大地设计尺寸。
在开头所提及类型的燃料系统中，通常借助一个或多个燃料喷射器进行燃料的配量。在配量燃料时，燃料品质除其它参数，尤其压力和温度外还构成影响通过喷射器的通流量的变量。因此，对于精确配量需要对燃料成分品质上的了解。配量的精确性又对内燃机的安全性、运行平稳性、消耗以及有害物质排放具有决定性影响。
发明内容
因此，本发明所基于的任务在于，提高燃料系统在给内燃机供应燃料、尤其天然气时的配量精确性。
为了解决该任务，提出根据本发明的用于运行燃料系统的方法。在优选实施方式中得出本发明的有利扩展方案。此外，提出根据本发明的燃料系统。
在所提出的用于运行用于给内燃机供应燃料、尤其天然气的燃料系统的方法中，燃料被储存在箱体中，借助泵被输送给轨并且借助连接到轨上的、可电操控的至少一个喷射器被配量。此外，在燃料配量之前还执行以下步骤：
a)求取燃料中的声速c，
b)测量燃料的压力p和温度T，
c)借助将求出的声速c与在给定压力p并且给定温度T的情况下已知的燃料成分的声速c进行比较来确定燃料成分，
d)求取燃料成分的与燃料配量相关的物质数据(Stoffdaten)，
e)使用求出的物质数据作为用于燃料配量的修正量。
因此，根据本发明的方法包括以下方法步骤，在所述方法步骤中，求取燃料成分以及燃料成分的具体物质数据，以便基于该物质数据来优化燃料配量，所述物质数据是与配量相关的物质数据。在此，基于燃料中的声速来求取燃料成分和物质数据。由求出的声速结合测量出的压力和测量出的温度又能够求取、具体而言优选以计算方式求取所有对于配量重要的材料数据。
根据本发明的方法具有以下优点：可以基于配量相关的数据以下述方式控制配量或者通过喷射器的通流量，使得内燃机的消耗和有害物质排放最小化。这又导致：可以将设置为用于内燃机的废气后处理的设备的尺寸设计得更小。此外，可以通过通流量确定被输入到内燃机中的能量。尤其可以限制输入的能量，以便满足安全性要求和/或保护内燃机。
优选地，为了在所提出的方法的步骤a)中求取声速，借助传感器、优选借助超声波传感器执行在限定的渡越长度L上的渡越时间t的测量。然后，基于测量出的或者已知的数据可以按照以下公式计算声速c：
c＝L/Δt
此外优选地，步骤a)和b)同时和/或在相同位置处、优选在箱中和/或在位于轨前面的高压存储器，即所谓的缓冲-储存器中被执行。所述箱和/或高压存储器特别好地适用于渡越时间测量以求取声速，因为所述箱和/或高压存储器的尺寸是已知的。因此，可以简单地限定测量路程的渡越长度L。此外，箱和/或高压存储器通常已经具有用于测量压力p和/或温度T的传感器，使得这些传感器能够被用于执行根据本发明的方法的步骤b)。因此，可以省去使用附加的传感器来测量压力p和/或温度T。
有利地，步骤a)和b)在以下压力范围和/或温度范围内被执行，所述压力范围和/或温度范围对于特定的燃料成分显示出最大的特性差异。该差异越大，则能够越精确地在步骤c)中借助比较确定燃料成分。即提高在步骤c)中得出的结论的可靠性。
替代地或附加地提出，步骤a)和b)分别在多个位置处和/或在不同状态下被执行。不同的测量可以被考虑用于可信性验证，使得可靠性进一步提高。例如可以在箱中和在高压存储器中进行测量。因为在箱和高压存储器中通常存在不同的压力和温度，所以同时在这两个测量位置处的状态也不同。
优选地，借助存储在控制器中的物质数据特性曲线族执行步骤c)和d)。在此通过相应于以下公式的比较来确定精确的物质数据：
c测量＝c(p,T,成分)
其中，将测量出的声速与存储的物质数据特性曲线族进行比较。根据这些物质数据特性曲线族可以在下面求取所有对于通过喷射器的通流重要的物质数据作为声速c以及对应压力p和对应温度T的函数。求出的物质数据优选被存储在控制器中。所述控制器尤其可以是也被用于操控至少一个喷射器的控制器。
在所提出的方法的步骤d)中优选求取燃料密度和/或热值。除声速外，燃料密度还构成确定通过喷射器的通流量的变量。因此，对燃料密度的了解对于喷射器的操控是有意义的。燃料成分的热值确定随着燃料配量被输入到内燃机中的能含量或者说能量。视燃料成分而定，由于安全性原因和/或为了保护内燃机必须限制能含量，使得在了解热值的情况下也可以在燃料配量中使用该变量作为修正值或者说修正量。
优选地，在步骤d)中求出的物质数据在步骤e)中被用于匹配至少一个喷射器的操控参数、尤其电操控时长。通过喷射器的通流可以在电操控时长上变化，使得能够根据各燃料成分选择优化的电操控时长。这优选借助控制器自动地进行，使得不必再人工或者手动地进行调整。
在本发明的扩展方案中提出，在步骤d)中求出的燃料成分的物质数据被提供用于其它功能。在此优选地，所述物质数据通过优选存储有物质数据的控制器来提供。
此外提出的用于给内燃机供应燃料，尤其天然气的燃料系统包括用于储存燃料的箱、能够将燃料从箱输送给轨的泵和连接到轨上的、可电操控的至少一个喷射器，用于配量燃料。此外，所述燃料系统包括用于求取声速c的至少一个传感器、尤其超声波传感器，以及用于测量燃料的压力p和温度T的至少一个传感器，其中，这些传感器布置在箱的区域中和/或布置在位于轨前面的高压存储器的区域中并且以数据传输的方式与控制器连接。
所提出的燃料系统具有所有用于执行前面所说明的根据本发明的方法所需的部件，使得所述燃料系统适用于执行该方法。即借助所提出的燃料系统能实现相同的优点。在这方面参考与根据本发明的方法的说明结合的相应的实施方式。此外，所提出的燃料系统的特点在于，该燃料系统为了品质上估计燃料成分而不需要复杂的传感装置、尤其不需要昂贵的品质传感器。所需要的压力测量和温度测量可以借助已经存在的传感器进行。仅设置一个附加的传感器、优选超声波传感器用于求取声速。该附加的传感器优选布置在箱或高压存储器的区域中。也可以在箱的区域中和在高压存储器的区域中分别布置有一个传感器，以便例如能够实现对测量的可信性验证。“在区域中”在上下文中意味着在箱或者高压存储器上，或在箱或者高压存储器中，使得能够在各容器中分别测量压力和/或温度和/或声速。
附图说明
下面根据附图详细地阐述本发明。附图示出了：
图1根据本发明的用于给内燃机供应天然气的燃料系统的示意图，
图2用于示出根据在5至20bar的压力范围内的压力的不同天然气成分中的声速的曲线图，和
图3用于示出根据在200至500bar的压力范围内的压力的不同天然气成分中的声速的曲线图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出的、用于给内燃机供应天然气的燃料系统包括箱1，在该箱中储存有呈液态形式的天然气。在箱1中布置有泵2，借助该泵将天然气间接地经由高压存储器6输送给轨3。在高压存储器6之前连接有用于加热天然气的热交换器9。不但在箱1中而且在高压存储器6中借助传感器8监控压力和温度，其中，所述传感器分别是压力和温度传感器。替代地，压力和温度也可以通过单个传感器测量。传感器8经由控制线路10与控制器7连接，使得借助传感器8感测到的测量数据能够被传输给控制器7。
控制器7用于电操控连接到轨3上的多个喷射器4。这些喷射器4为此也经由控制线路与控制器7以传输数据的方式连接(未示出)。控制器7根据燃料的成分、压力和温度确定喷射器4的用于所需的燃料量的电操控时长。
在箱1和高压存储器6中分别布置有另一传感器5，其中，所述另一传感器当前分别是用于求取燃料中的声速的超声波传感器。借助传感器5在箱1或者高压存储器6中执行在限定的渡越长度上的渡越时间测量。传感器5也经由控制线路与控制器7连接(未示出)，使得这些数据也可供控制器7使用。
根据求出的声速(将该声速与存储在控制器7中的物质数据特性曲线族进行比较)，接着求取作为声速和对应压力或者对应温度的函数的、所有影响通过喷射器4的通流量的物质数据。尤其燃料或者说燃料成分的密度和热值属于这些物质数据。然后，在这些物质数据的基础上可以如下匹配喷射器4的电操控，使得燃料配量在内燃机的消耗和有害物质排放方面被优化。此外，可以限制通过燃料配量输入的能含量，以便例如提高安全性。
在图2和3中示出天然气中的声速c作为压力p的函数的示例性特性曲线。曲线簇的参数是燃料成分。通过将求出的声速与相应的特性曲线进行比较可以推导出天然气的具体成分。在图2中示出在113K时在5至20bar的压力范围内的液化天然气(LNG)的声速c。在用于液化天然气的箱1中的压力p通常位于该压力范围内。在图3中给出在273K时在200至500bar的压力范围内的气态天然气(NG)的声速c。在高压存储器6中的压力p通常位于该压力范围内。

Claims (10)

1.一种用于运行用于给内燃机供应燃料、尤其天然气的燃料系统的方法，在所述燃料系统中，存储在箱(1)中的燃料借助泵(2)被输送给轨(3)并且借助连接到所述轨(3)上的、能电操控的至少一个喷射器(4)被配量，并且在所述方法中，在燃料配量之前执行以下步骤：
a)求取燃料中的声速(c)，
b)测量燃料的压力(p)和温度(T)，
c)借助将求出的声速(c)与在给定压力(p)并且给定温度(T)的情况下已知的燃料成分的声速(c)进行比较来确定燃料成分，
d)求取燃料成分的与燃料配量相关的物质数据，
e)使用求出的物质数据作为用于燃料配量的修正量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了在步骤a)中求取声速而借助传感器(5)、优选借助超声波传感器执行在限定的渡越长度(L)上的渡越时间测量(t)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤a)和b)同时和/或在相同位置处、优选在所述箱(1)中和/或在位于所述轨(3)前面的高压存储器(6)中被执行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤a)和b)在下述压力范围和/或温度范围内被执行，所述压力范围和/或温度范围对于特定的燃料成分显示出最大的特性差异。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤a)和b)分别在多个位置处和/或在不同状态下被执行。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤c)和d)借助存储在控制器(7)中的物质数据特性曲线族被执行，所述控制器优选被用于操控所述至少一个喷射器(4)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤d)中求取燃料密度和/或热值。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤d)中求出的物质数据在步骤e)中被用于匹配所述至少一个喷射器(4)的操控参数、尤其操控时长。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤d)中求出的所述燃料成分的物质数据被提供用于其它功能，其中，所述物质数据优选通过所述控制器(7)来提供。
10.一种用于给内燃机供应燃料、尤其天然气的燃料系统，所述燃料系统包括用于储存燃料的箱(1)、能够将燃料从所述箱(1)输送给轨(3)的泵(2)和连接到所述轨(3)上的、能电操控的至少一个喷射器(4)，所述喷射器用于配量燃料，
此外，所述燃料系统还包括用于求取声速(c)的至少一个传感器(5)、尤其超声波传感器以及用于测量燃料的压力(p)和温度(T)的至少一个传感器(8)，其中，所述传感器(5、8)布置在所述箱(1)的区域中和/或布置在位于所述轨(3)前面的高压存储器(6)的区域中并且以传输数据的方式与控制器(7)连接。
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