專利名稱：用于控制內(nèi)燃機的裝置和方法
用于控制內(nèi)燃機的裝置和方法
現(xiàn)有技術(shù)
本發(fā)明涉及一種按照獨立權(quán)利要求的種類的用于控制內(nèi)燃機的裝
置和方法。由德國專利申請DE102004060905已經(jīng)已知一種用于控制內(nèi) 燃機的裝置，其中內(nèi)燃機可以選擇地以液態(tài)的和氣態(tài)的燃料運行。為氣 態(tài)的燃料設(shè)置了高壓箱,減壓器和低壓噴射閥。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的優(yōu)點
具有獨立權(quán)利要求的特征的按照本發(fā)明的裝置或按照本發(fā)明的方 法相應(yīng)地具有的優(yōu)點在于避免在采用液態(tài)的燃料運行期間低壓噴射閥 前面的過度的壓力上升。通過該措施改善了運行安全性,尤其是從液態(tài)的 燃料運行向氣態(tài)的燃料運行的可靠的轉(zhuǎn)換。由此可以在每個時刻保證轉(zhuǎn) 換。
其它的優(yōu)點和改進通過從屬權(quán)利要求的措施得出。通過評估處理布 置在減壓器和低壓噴射閥之間的壓力傳感器的信號而特別簡單地實施 對低壓噴射閥前面的超過比較值的壓力上升的識別。替代地，低壓噴射 閥前面的壓力也可以通過基于內(nèi)燃機的溫度上升的計算來進行。此時可 以取消低壓噴射閥前面的相應(yīng)的壓力傳感器。通過短時間地安排氣態(tài)的 燃料的運行可以特別簡單地實現(xiàn)壓力減小。 一種特別好地可控制的壓力 減小可以通過安排采用兩種燃料的同時的運行來實現(xiàn),從而僅僅噴射小
的氣體數(shù)量和相應(yīng)的壓力減小不被內(nèi)燃機的使用者所察覺。尤其是在具 有可以調(diào)節(jié)的低壓的系統(tǒng)中，可以在有降低的要求下將壓力再次調(diào)節(jié)， 尤其是對于用低的電池電壓起動的情況。由此可以分別與內(nèi)燃機運行所 處于的具體的運行狀態(tài)相匹配地實施優(yōu)化的控制。 附圖
本發(fā)明的實施例在附圖這描述和在下面的說明中進行詳細描述。附 圖中，


圖1顯示了具有用于控制內(nèi)燃機的裝置的內(nèi)燃機和 圖2顯示了內(nèi)燃機和用于控制內(nèi)燃機的裝置。 說明
3在圖1中示出了一臺常規(guī)奧托內(nèi)燃機的燃燒室1。該內(nèi)燃機可以不 僅用氣態(tài)的燃料而且用液態(tài)的燃料工作。圍繞供給氣態(tài)的燃料設(shè)置了高
壓箱2,其中儲存具有直到大約20Mpa的壓力的氣態(tài)的燃料,例如天然氣。 氣態(tài)的燃料通過高壓管道3被引導(dǎo)到減壓器4。在減壓器4中氣態(tài)的燃 料的大約20Mpa的高壓被減小到數(shù)量級為0.5至0.8MPa的低壓?？蛇x 擇地，低壓的大小可以通過發(fā)動機控制機構(gòu)10的信號預(yù)先設(shè)定。但是 減壓器4也可以僅僅實現(xiàn)一個固定地預(yù)先設(shè)定的低壓。在這種情況下也 不需要在發(fā)動機控制機構(gòu)10和減壓器4之間的任何連接線路11。現(xiàn)在 被置于該較低的第二壓力上氣態(tài)的燃料被儲存在設(shè)置在減壓器4之后的 儲存體積5中。
儲存體積5也可以簡單地處在減壓器4和低壓噴射閥6之間的一個 低壓管道中。在儲存體積5上連接一個或多個噴射閥6。在此處僅僅示 例性地示出了一個單獨的噴射閥6。但是在大多數(shù)內(nèi)燃機中設(shè)有多個噴 射閥,尤其是四個噴射閥，用于對相應(yīng)數(shù)量的燃燒室供給氣態(tài)的燃料。
燃燒室1在此處僅僅非常示意地示出。在燃燒室1中伸入火花塞7， 它用于點燃引入燃燒室1中的空氣燃料混合物。通過噴射閥6將氣態(tài)的 燃料噴入吸氣管8中實現(xiàn)該燃料空氣混合物的供給。 一股空氣流流動通 過吸氣管8,進入燃燒室1中。通過在此處出于清楚起見沒有示出的相應(yīng) 的進氣閥和排氣閥控制燃料空氣混合物向燃燒室1中的引入。然后燃料 空氣混合物通過火花塞7上的點火火花在燃燒室1中燃燒并且通過一個 在此處沒有示出的活塞轉(zhuǎn)換成運動。在燃燒之后燃燒產(chǎn)物通過廢氣管9 排出燃燒室1。在此處涉及的是通常的奧托內(nèi)燃機,如它尤其是用于汽油 和柴油，但也同樣是用于一種氣體運行的情況對于專業(yè)人員來說是普遍 公知的。
此外設(shè)有另一個噴射閥20,它直接地通入燃燒室1。該噴射閥20用 于噴射一種液態(tài)的燃料,尤其是汽油或柴油。液態(tài)的燃料自然同樣可以噴 射到吸氣管8。用于液態(tài)的燃料的相應(yīng)的箱，供給管和泵在此處出于清楚 的原因并且由于它們對于理解本發(fā)明不是關(guān)鍵的而沒有示出。此外在圖 1中示出了一種用于控制內(nèi)燃機的裝置,即控制裝置IO，它通過許多連接 線路11與內(nèi)燃機的不同的部件連接。通過在連接線路11上的相應(yīng)的控 制命令對例如噴射閥6和噴射閥20進行控制,以便將限定的數(shù)量的氣態(tài) 的燃料噴射到吸氣管8中或?qū)⑾鄳?yīng)的數(shù)量的液態(tài)的燃料噴射到燃燒室1中。液態(tài)的燃料自然同樣可以噴入吸氣管8中?；鸹ㄈ?在此處直接地 由控制裝置IO控制,其僅僅象征性地進行理解。大多數(shù)實際的系統(tǒng)具有 用于產(chǎn)生高電壓的布置在控制裝置10外部的點火線圈,它由控制裝置控 制和然后產(chǎn)生用于火花塞7的相應(yīng)的高電壓信號。此外也示出了一個控 制線路ll,控制裝置IO通過該線路控制減壓器4。這在通過減壓器4可 以實現(xiàn)不同的輸出壓力時是有意義的。通過控制線路11然后由控制裝 置10調(diào)節(jié)出減壓器4的相應(yīng)的輸出壓力。但是圍繞運行內(nèi)燃機也可以 使用這樣的減壓器4，其^f支調(diào)節(jié)到某個固定的輸出壓力上和其此時則不 需要在控制裝置10和減壓器4之間的任何連接線路11。
此外還設(shè)置一個壓力傳感器13,它測量儲存體積5中的壓力。該壓 力傳感器13同樣通過一個連接線路U與控制裝置10連接?？刂蒲b置 10由此具有關(guān)于儲存體積5中的壓力的信息。
在內(nèi)燃機以氣態(tài)的燃料連續(xù)運行期間儲存體積5中的壓力通過減壓 器4調(diào)節(jié)到一個0.5至0.8Mpa的壓力。低壓噴射閥6也設(shè)計在儲存體積 5中的壓力的該范圍上。低壓噴射閥6這樣地設(shè)計，使得在沒有被控制 的狀態(tài)下是緊密的和由此在內(nèi)燃機停機下沒有氣體可以通過低壓噴射 閥6漏出到吸氣管8中。減壓器4不是這樣地構(gòu)造的，即可以進行從儲 存體積5向高壓管道3的回流,亦即一個一旦在儲存體積5建立的壓力只 可以通過打開低壓噴射閥6卸壓。在內(nèi)燃機以氣態(tài)的燃料連續(xù)運行期間， 通過減壓器4將正好數(shù)量的氣體從高壓管道3輸送到儲存體積5中，用以 維持在0.5至0.8MPa之間的要求的壓力。
存體積5中的壓力情況是有問題的。在這種運行狀態(tài)下，低壓噴射閥6 是關(guān)閉的，從而封閉在儲存體積5中的壓力沒有通過低壓噴射閥6的噴 射減小。低壓噴射閥6設(shè)計成用于噴射在0.5至0.8MPa數(shù)量級的低壓。 當儲存體積5中的壓力上升到一個明顯較高的值時,那么在超過一個一 定的閾值之后噴射閥6通過由控制裝置IO提供的控制脈沖不再被打開。 因此當在內(nèi)燃機連續(xù)運行情況下儲存體積5中出現(xiàn)過過高的壓力時,低 壓噴射閥6不再可能被打開和不再可能用氣態(tài)的燃料進行運行。
儲存體積5中的這種過高的壓力可以例如在以下情況下出現(xiàn),即內(nèi) 燃機在低溫下起動時和然后 一直運行到 一種只用液態(tài)的燃料的熱態(tài)運 行狀態(tài)。通過這種運行發(fā)動機溫度上升和由此緊接著發(fā)動機周圍布置的部件的溫度也上升,例如儲存體積5的溫度也上升。當在冷的運行狀態(tài)下 在儲存體積中具有例如0.8Mpa的壓力時,那么在環(huán)境溫度為120°C時儲 存體積5中的壓力上升到1.3MPa。但是由于低壓噴射閥6被設(shè)計成僅僅 為直到l.OMpa的最大可能的壓力，因此在1.3MPa的壓力下通過在汽車 中提供的通常的12V的車用電壓不再能夠使低壓噴射閥6打開。儲存體 積5中的不允許的高壓力上升的另 一個原因可能是減壓器4的一定的泄 漏,其在正常運行時是沒有問題的，因為通過低壓噴射閥6的噴射被卸 壓。但是當在一個較長的時間間隔上只使用液態(tài)的燃料時，則減壓器4的 很小的泄漏也可能導(dǎo)致儲存體積5的壓力的明顯上升。
按照本發(fā)明，現(xiàn)在建議,在以液態(tài)的燃料運行內(nèi)燃機時，監(jiān)控儲存體 積5中的壓力和通過噴射氣態(tài)的燃料保證，儲存體積5中的壓力不會上升 到超過一個比較值或極限值。最簡單的方式是通過定期評估處理壓力傳 感器13的信號來實施。如果在內(nèi)燃機以液態(tài)的燃料連續(xù)運行時確定出 儲存體積5中的壓力上升過大,那么通過打開壓力噴射閥6減小該壓力。
儲存體積5的不允許的高壓力的壓力減小可以例如這樣地實施,即 在一個短的時間間隔中強制地用氣態(tài)的燃料運行。這意味著中斷用液態(tài) 的燃料的運行和在一個短的時間間隔中實施采用氣態(tài)的燃料的運行。
減少儲存體積5中的壓力的另一個可能性在于,允許同時實施采用 液態(tài)的燃料運行和采用氣態(tài)的燃料的運行。Di這可以例如這樣地實施, 即將液態(tài)的燃料作為主要燃料使用和僅僅噴射很小數(shù)量的氣態(tài)的燃料。 典型地可以是例如將液態(tài)的燃料的數(shù)量減少10%或20%和其余要由內(nèi) 燃機1發(fā)出的功率通過氣態(tài)的燃料實現(xiàn)。由于依據(jù)儲存體積的情況為了 使儲存體積5中的壓力明顯減小只需噴射極少數(shù)量的氣態(tài)的燃料,因此 通過這種運行方式也使儲存體積5中的壓力非常迅速地減小。這種混合 運行的優(yōu)點是,完全的轉(zhuǎn)換部分地與內(nèi)燃機1的功率波動相關(guān)聯(lián)。在燃料 從液態(tài)向氣態(tài)和再回到液態(tài)的完全變換的情況下，對于內(nèi)燃機的使用者 來說,例如在一個汽車中，在高的發(fā)動機負荷下,存在內(nèi)燃機的短時的功 率中斷并且完全可以感覺到。通過采用兩種燃料的雙重運行,其中氣態(tài)的 燃料僅僅占很小的比例，可以在很大的程度上避免內(nèi)燃機的這種功率波 動。
替代地，也可以通過一種簡單的溫度觀察確定儲存體積5中的壓力。 這種情況特別是在采用液態(tài)的燃料的內(nèi)燃機進行冷起動時是有意義的。為此在以液態(tài)的燃料的運行開始時測定儲存體積5的溫度和計算通過儲 存體積5的溫度上升產(chǎn)生的儲存體積5中的壓力上升。為此不是一定需 要一個直接地配置于儲存體積5的溫度傳感器,而是也可以利用一個模 型由內(nèi)燃機1的溫度確定對儲存體積5的加熱。依據(jù)內(nèi)燃機1的溫度, 汽車的速度和通過焦耳-湯姆森效應(yīng)(Joule-Thomson-Effekt)對氣體的 冷卻，可以計算出儲存體積5的一個估計的溫度，該溫度然后作為計算儲 存體積5中的壓力的基礎(chǔ)。這種方法不需要用于測量儲存體積5中的壓 力的壓力傳感器13。
此外壓力減小可以在一個與運行點相關(guān)聯(lián)的設(shè)計壓力上進行，由此 在氣體運行中在發(fā)動機的一種可能的相繼的停機和重新起動情況下不 會產(chǎn)生任何起動問題。尤其是在汽車中在 一定的運行狀態(tài)下,如例如在發(fā) 動機起動時,提供的電壓可以是減小的，因為電池的電壓供給在高的電負 荷下相對于正常運行可以顯著減小。由控制裝置IO產(chǎn)生用于操作低壓 噴射閥6的相應(yīng)的控制信號。為了實現(xiàn)噴射閥6的良好的開關(guān)特性，此 時通常使用汽車中的最高供給的電壓，即電池電壓。如果由于電池電壓 減小使得可以由低壓噴射閥6施加的開啟力減小,那么儲存體積5中的壓 力的已經(jīng)很小的極限值就要求減小儲存體積5中的壓力。對儲存體積5 中的壓力需要進行壓力減小所開始的比較值因此應(yīng)該根據(jù)與運行電相 關(guān)聯(lián)的設(shè)計壓力進行選擇。在汽車中，在該方面尤其是要注意汽車電池 的較小的電壓供給的情況，如其典型地在發(fā)動機起動上出現(xiàn)。
在圖2中示出了本發(fā)明的另一個實施例。在該實施例中也示出了一 個內(nèi)燃機和 一 個控制裝置 10 。 同樣采用附圖標記 1,2，3，4,5,6,7,8，9,10，U,13和20表示與圖1中的相同的部件,它們也實施相 同的功能。但是與圖1不同的是，控制裝置10不具有各一個通向低壓 噴射閥6和噴射閥20的連接線路，而是只有一個公共的線路31。在公共 的線路31上產(chǎn)生的控制信號通過繼電器21可選擇地或者供給低壓噴射 閥6或者供給用于液態(tài)的燃料的噴射閥20。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是,在控制 裝置10沖只需要設(shè)置一個用于控制噴射閥的終放級和由此節(jié)省終放級 的相對較大的位置需求。可以通過一個簡單的控制線路對繼電器21進 行控制，該控制線路不是必須由功率終放級控制(在附圖中沒有示出)。在 這種結(jié)構(gòu)中，其中為不同的噴射閥只設(shè)置了 一個公共的終放級，自然不可 以同時用兩種燃料的噴射運行。在這種結(jié)構(gòu)中儲存體積5中的壓力的減
7小只能夠通過一種"硬性的，，轉(zhuǎn)換實施，亦即從以液態(tài)的燃料的運行向 以氣態(tài)的燃料的運行的完全的轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
1. 用于控制內(nèi)燃機(1)的裝置(10)，該內(nèi)燃機可選擇地以液態(tài)的燃料和以氣態(tài)的燃料運行，其中為氣態(tài)的燃料設(shè)有高壓箱(2)，減壓器(4)和低壓噴射閥(6)，其特征在于，設(shè)有監(jiān)控機構(gòu)，該監(jiān)控機構(gòu)在內(nèi)燃機(1)以液態(tài)的燃料運行時識別在低壓噴射閥(6)前面的超過一個閾值的壓力上升和為了減小壓力而促使氣態(tài)的燃料的噴射。
2. 按照權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于,監(jiān)控機構(gòu)評估處理一個 布置在減壓器(4)和低壓噴射閥(6)之間的壓力傳感器(13)的信號。
3. 按照權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于,監(jiān)控機構(gòu)在以液態(tài)的燃 料的運行期間由儲存體積(10)的溫度上升計算出在低壓噴射閥(6)前面的 壓力。
4. 按照權(quán)利要求3所述的裝置,其特征在于,在以液態(tài)的燃料的運行 期間儲存體積(l O)的溫度上升由 一個模型計算。
5. 按照前述權(quán)利要求中之一所述的裝置,其特征在于,為了減小壓 力，監(jiān)控機構(gòu)安排從以液態(tài)的燃料的運行向以氣態(tài)的燃料的運行的轉(zhuǎn) 換。
6. 按照權(quán)利要求1至3中之一所述的裝置，其特征在于，為了減小壓
7. 按照前述權(quán)利要求中之:所述的裝置,其特征在于:監(jiān)控機構(gòu)依據(jù)儲存體積(10)的與運行點相關(guān)聯(lián)的設(shè)計壓力選擇該閾值。
8. 用于控制內(nèi)燃機(1)的方法，該內(nèi)燃機可選擇地以液態(tài)的燃料和以 氣態(tài)的燃料運行,其中為氣態(tài)的燃料設(shè)置了高壓箱(2),減壓器(4)和低壓噴 射閥(6),其特征在于，在內(nèi)燃機(1)以液態(tài)的燃料運行時識別在低壓噴射閥 (6)前面的超過一個閾值的壓力上升和為了減小壓力而促使氣態(tài)的燃料 的噴射。
全文摘要
提出一種用于控制內(nèi)燃機(1)的裝置和方法，該內(nèi)燃機可選擇地以液態(tài)的燃料和以氣態(tài)的燃料運行。為氣態(tài)的燃料設(shè)有減壓器(4)和低壓噴射閥(6)。此外設(shè)有監(jiān)控機構(gòu)，該監(jiān)控機構(gòu)在內(nèi)燃機以液態(tài)的燃料運行時識別在低壓噴射閥(6)前面的超過一個閾值的壓力上升和通過噴射氣態(tài)的燃料促使壓力減小。
文檔編號F02D19/06GK101443542SQ200780017514
公開日2009年5月27日 申請日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月16日
發(fā)明者J·瑟索, J·福爾斯特, T·阿爾蓋爾, W·蘭格 申請人:羅伯特.博世有限公司