專利名稱：用于氣體燃料和液體燃料工作的內(nèi)燃機(jī)的氣體噴射系統(tǒng)運(yùn)行的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分所述的用于氣體燃料和
液體燃料工作的內(nèi)燃機(jī)的氣體噴射系統(tǒng)運(yùn)行的方法及設(shè)備。德國(guó)專利DE10 2005 012 940公開了一種燃料噴射設(shè)備，其中當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)或者燃料溫度 過(guò)低時(shí)， 一個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥門在出現(xiàn)高的氣體燃料壓力的情況下控制燃料噴 射閥的操作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的獨(dú)立權(quán)利要求，本發(fā)明所述方法和設(shè)備具有通過(guò)解決氣 體燃料噴射閥所受到的粘滯問(wèn)題使氣體燃料噴射閥能夠高效運(yùn)行的有利之 處。本發(fā)明亦可以不借助任何附加機(jī)械部件，使氣體燃料噴射閥穩(wěn)定的運(yùn) 行。因此，可以避免由于氣體燃料噴射閥打開延誤而出現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)不點(diǎn)火 問(wèn)題。另外，因?yàn)闅怏w燃料噴射閥以設(shè)定方式打開，所以空燃比維持在符 合要求的范圍內(nèi)并且能夠達(dá)到低的廢氣排放。非正常燃燒也可以避免。
本發(fā)明的從屬權(quán)利要求的特征部分對(duì)本發(fā)明提出了進(jìn)一步的改進(jìn)。當(dāng) 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，尤其是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)，本發(fā)明通過(guò)降低經(jīng)過(guò)氣體燃料 噴射閥而產(chǎn)生的壓力，使氣體燃料噴射閥打開。本發(fā)明的運(yùn)行過(guò)程并不復(fù) 雜。降低經(jīng)過(guò)氣體噴射閥而產(chǎn)生壓力的逐步過(guò)程能夠使空燃比保持穩(wěn)定， 不受干擾，從而達(dá)到無(wú)污染排氣的目的。對(duì)所述閥的操作過(guò)程是基于以下 因素的至少一種或者組合氣體燃料壓力、內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及空燃比，使得 控制廢氣排放的能力進(jìn)一步增強(qiáng)。本發(fā)明提供一種能使氣體燃料噴射閥在 極短時(shí)間內(nèi)開始操作的系統(tǒng)化方法。根據(jù)本發(fā)明，在閥的正常開啟中出現(xiàn) 困難的氣體燃料噴射閥，通過(guò)經(jīng)過(guò)一系列的操作，將能夠在氣體燃料噴射 模式中工作，結(jié)果可以避免特別是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)由于經(jīng)過(guò)氣體燃料噴 射閥的高壓力使氣體燃料噴射閥不能有效打開的問(wèn)題。
此外，在預(yù)定時(shí)間運(yùn)行的使閥打開的中間步驟能夠快速加熱閥，從而使閥的打開更為容易，并且也可以減小由于溫度下降而使閥受到的粘滯。 本發(fā)明還避免了任何外部加熱部件的需求，這使得生產(chǎn)成本得以降低。
壓力感應(yīng)單元和溫度感應(yīng)單元為改進(jìn)燃料噴射閥的開-閉操作的運(yùn)行 提供精確的數(shù)據(jù)。從總體上看，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提高了。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的氣體燃料噴射系統(tǒng)的示意圖。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的氣體燃料噴射系統(tǒng)中氣體燃料噴射閥的運(yùn)行 的說(shuō)明圖。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例之一的氣體燃料噴射系統(tǒng)的氣體燃料噴 射閥運(yùn)行的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
近年來(lái)，為了達(dá)到低的廢氣排放的目標(biāo)，使用氣體燃料(例如壓縮天 然氣)的發(fā)動(dòng)機(jī)在車輛上得到了廣泛應(yīng)用。以天然氣為燃料的內(nèi)燃機(jī)可以 降低排氣污染，并且使用天然氣的內(nèi)燃機(jī)不需要復(fù)雜的排氣污染控制設(shè)備， 這降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)成本。本發(fā)明與雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī) 是指既可以燃燒液體燃料，例如汽油、柴油，也可以燃燒氣體燃料，例如
壓縮天然氣。所述氣體燃料如天然氣，具有高達(dá)約20兆帕的壓強(qiáng)，被從高 壓箱中輸送。
公知的是以汽油或柴油為燃料的內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)行中會(huì)造成嚴(yán)重的空氣污 染問(wèn)題。為此，根據(jù)聯(lián)邦法律的要求，各種排放控制設(shè)備被廣泛使用，以 減少由內(nèi)燃機(jī)排放到大氣中的污染物的量。但這些排放控制設(shè)備僅僅能夠 移除一部分污染物，而且隨著使用時(shí)間的增加，設(shè)備的性能也會(huì)下降。另 外，排放控制設(shè)備會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮最佳性能。因此，天然氣越來(lái)越多的 作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。使用它可以減少污染氣體排放，并且由于使用天然氣的 發(fā)動(dòng)機(jī)不需要復(fù)雜的排氣污染控制設(shè)備，這使得發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)成本得以降 低。
目前，車輛越來(lái)越多的使用液體燃料或者氣體燃料的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。 圖1是根據(jù)本發(fā)明的燃油噴射系統(tǒng)的示意圖。使用雙燃料工作的內(nèi)燃機(jī)18的燃料噴射系統(tǒng)包括液體燃料箱19和氣體燃料箱11。液體燃料箱19 儲(chǔ)存液體燃料，例如汽油，液體燃料箱19具有燃料供給管道20。此圖中僅 顯示一個(gè)液體燃料噴射閥作為示范。液體燃料通過(guò)燃料供給管道20到達(dá)液 體燃料噴射閥21。大多數(shù)汽車的內(nèi)燃機(jī)上配有多個(gè)液體燃料噴射閥，特別 是4個(gè)噴射閥，以對(duì)適當(dāng)數(shù)量的燃燒室提供液體燃料。燃料噴射閥21噴射 液體燃料到內(nèi)燃機(jī)18。氣體燃料箱11是一個(gè)高壓燃料箱，并且具有燃料供 給管道12。沿著燃料供給管道12設(shè)置有高壓調(diào)節(jié)器13，以調(diào)節(jié)沿著燃料 管道12的氣體燃料的壓力。沿著燃料供給管道12設(shè)置有關(guān)閉闊14。當(dāng)關(guān) 閉閥14關(guān)閉的時(shí)候，氣體燃料不能從氣體燃料箱11進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)18。傳感 單元，例如壓力感應(yīng)單元15和溫度感應(yīng)單元16，被設(shè)置用來(lái)測(cè)量進(jìn)入多個(gè) 氣體燃料噴射閥17a-17d的氣體燃料的壓力和溫度。此圖中僅顯示四個(gè)噴 射器作為示范。然而，大多數(shù)汽車的內(nèi)燃機(jī)上配有多個(gè)燃料噴射閥，特別 是4個(gè)噴射閥，以對(duì)適當(dāng)數(shù)目的燃燒室提供氣體燃料。傳感單元15， 16沿 著燃料供給管道12設(shè)置在關(guān)閉閥14和氣體燃料噴射閥17a-17d之間。電 子控制單元22在此圖中沒有顯示，所述電子控制單元22連接在氣體燃料 噴射系統(tǒng)的其它部件上，用來(lái)控制氣體燃料噴射閥的運(yùn)行，控制燃料噴射 系統(tǒng)的部件的功能并且讀出傳感元件的數(shù)據(jù)。
氣體燃料噴射閥噴射氣體燃料或者壓縮天然氣到發(fā)動(dòng)機(jī)中。所述氣體 燃料噴射閥具有密封座。所述氣體燃料噴射閥的密封座可以由彈性體材料 制成，也可以由諸如鋼鐵的任何其它材料制成。當(dāng)氣體燃料噴射閥關(guān)閉時(shí)， 所述密封座被壓縮；當(dāng)氣體燃料噴射閥打開時(shí)，所述密封座回復(fù)到原來(lái)的 形狀。 一般情況下，當(dāng)周圍環(huán)境溫度變低時(shí)，氣體燃料噴射閥會(huì)出現(xiàn)不能 可靠地打開的情況。因?yàn)闅怏w燃料中一般都含有少量過(guò)濾器無(wú)法濾除的油 份。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)的過(guò)程中，這些低粘度的油份會(huì)在密封座上形成殘留 物，這使得打開氣體燃料噴射閥需要更大的力。此外，因?yàn)榻?jīng)過(guò)(across) 氣體燃料閥會(huì)引起非常高的壓力，氣體燃料噴射閥打開需要的更大的力。 由于上述原因，如果使用氣體燃料啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)不點(diǎn)火或者啟動(dòng)遲 延的問(wèn)題。因此，如果能夠降低氣體燃料的壓力，打開氣體燃料噴射閥所 需要的力也會(huì)隨之減小。本發(fā)明披露了一種方法，該方法解釋了如何減低 燃料壓力和閥如何在預(yù)定模式中工作以減小粘滯問(wèn)題，并且在當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用氣體燃料工作時(shí)的正常工作期間抵抗氣體燃料施加的力，能夠使氣體燃 料噴射閥可靠打開。
圖2所示為在冷啟動(dòng)期間發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣體燃料噴射系統(tǒng)中氣體燃 料噴射閥的運(yùn)行情況。圖2e表示的是根據(jù)本發(fā)明，用于關(guān)閉閥14的電子 控制單元的操作信號(hào)(信號(hào)為高時(shí)，關(guān)閉閥打開；信號(hào)為低時(shí)，關(guān)閉閥關(guān) 閉)，所述關(guān)閉閥的功能是控制氣體燃料向氣體燃料噴射閥17a-17d的供給。 圖2f表示氣體燃料噴射系統(tǒng)中的壓力特性。Fig2a-2d表示氣體燃料噴射閥 17a-17d的電子控制單元的操作信號(hào)(信號(hào)為高時(shí)，閥打開；信號(hào)為低時(shí)， 閥關(guān)閉)。
在冷啟動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)過(guò)氣體燃料噴射閥得壓力很高， 并且氣休燃料箱供應(yīng)的氣體燃料無(wú)法使氣體燃料噴射閥打開，因此，發(fā)動(dòng) 機(jī)出現(xiàn)啟動(dòng)遲延。為了解決在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)過(guò)程中氣體燃料噴射閥打開的 問(wèn)題，以下將描述一個(gè)獨(dú)特并且有效的方法以及裝置。
發(fā)動(dòng)機(jī)使用燃燒箱19輸送的液體燃料啟動(dòng)。如圖2e所示，關(guān)閉閥14 在to時(shí)打開，在ti時(shí)關(guān)閉，使氣體燃料的輸送終止。關(guān)閉閥打開時(shí)，氣體 燃料噴射閥沒有開啟，未向發(fā)動(dòng)機(jī)輸送氣體燃料，因此，車輛繼續(xù)使用液 體燃料。在關(guān)閉閥關(guān)閉之后發(fā)動(dòng)機(jī)才開始啟動(dòng)的情況下，本發(fā)明仍然運(yùn)行 良好。為了減少經(jīng)過(guò)閥的壓力，在多個(gè)氣體燃料噴射閥中，必須探測(cè)到至 少有一個(gè)氣體燃料噴射閥是打開的。在圖2中顯示t2時(shí)刻，氣體燃料噴 射閥17a試圖打開。如果氣體燃料噴射閥17a未能打開，那么氣體燃料噴 射閥17b將在t3時(shí)刻試圖打開。這個(gè)探測(cè)過(guò)程將一直持續(xù)，直到有一個(gè)氣 體燃料噴射閥被探測(cè)到打開。如圖2a,2b,2c所顯示，在t2, t3 . U時(shí)刻氣體燃 料噴射閥17a,17b,17c沒有打開。在圖2d中顯示，閥17d被探測(cè)到在15時(shí) 刻打開。如圖2f所示，閥17d在t5時(shí)刻被打開是因?yàn)閴毫档土艘恍?。關(guān) 閉閥在最開始時(shí)打開了一段極短的時(shí)間是因?yàn)樵谡?dòng)后不久，由于閥 17d的打開所引起的壓力的下降是非常明顯的。為了降低產(chǎn)生的壓力，被探 測(cè)到已經(jīng)打開的閥將持續(xù)的緩慢的打開、閉合。因此，經(jīng)過(guò)閥的壓力逐漸 被降低，同時(shí)，液體燃料減少的量正好等于由于閥打開所噴射出的氣體燃
料的量。閥的打開減少了經(jīng)過(guò)所有閥的壓力。圖2f中的Pdr。p顯示了經(jīng)過(guò)閥
的壓力逐漸降低的過(guò)程。因此，閥的壓力降低了，使得閥能夠可靠地打開。在降低了經(jīng)過(guò)氣體燃料噴射閥的壓力之后，所有的氣體燃料噴射閥都在預(yù) 設(shè)時(shí)刻17保持打開狀態(tài)。所有的氣體燃料噴射閥打開預(yù)設(shè)時(shí)間使得閥可以 內(nèi)加熱，從而進(jìn)一步改善氣體燃料噴射閥在冷啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)行。所述氣體燃 料噴射閥具有電磁線圈，這些電磁線圈具有一定的電阻，并且當(dāng)線圈中有 電流通過(guò)時(shí)，氣體燃料噴射閥被加熱。為了使氣體燃料噴射閥的工作更加 穩(wěn)定，所述閥在ts時(shí)刻被設(shè)定以預(yù)設(shè)頻率快速的運(yùn)動(dòng)。在快速運(yùn)動(dòng)之后， 關(guān)閉閥被打開，(如圖2中SV。p所示)。同時(shí)，氣體燃料噴射閥開始在正 常模式下的運(yùn)行，氣體燃料的供應(yīng)量增加而液體燃料的供應(yīng)量減少。
依據(jù)所述發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，圖3用圖示說(shuō)明了在冷啟動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)
發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣體燃料噴射系統(tǒng)的燃料噴射閥的運(yùn)行情況。圖3e表示的
是用于關(guān)閉閥14的電子控制單元的操作信號(hào)(信號(hào)為高時(shí)，關(guān)閉閥打開；
信號(hào)為低時(shí)，關(guān)閉閥關(guān)閉)，根據(jù)本發(fā)明所述關(guān)閉閥14調(diào)節(jié)氣體燃料向氣 體燃料噴射閥17a-17d的供給。圖3f顯示了在氣體燃料噴射系統(tǒng)中的壓力 特性。圖3a-3d表示氣體燃料噴射閥17a-17d的電子控制單元的操作信號(hào)(信 號(hào)為高時(shí)，閥打開；信號(hào)為低時(shí)，閥關(guān)閉)。
發(fā)動(dòng)機(jī)使用從箱19輸送的液體燃料啟動(dòng)。如圖3e所示，關(guān)閉閥14在 tK)時(shí)打開，在tu時(shí)關(guān)閉，使氣體燃料的供給停止。因?yàn)殛P(guān)閉閥打開而氣體 燃料噴射閥沒有打開，因此未向發(fā)動(dòng)機(jī)供給氣體燃料，車輛繼續(xù)使用液體 燃料。在關(guān)閉閥關(guān)閉之后發(fā)動(dòng)機(jī)才開始啟動(dòng)的情況下，根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的 發(fā)明仍然運(yùn)行良好。為了減少經(jīng)過(guò)閥的壓力，氣體燃料噴射閥以預(yù)設(shè)模式 運(yùn)行。從而如圖3a所示，氣體燃料噴射閥17a在ti2時(shí)刻工作，類似的，如 圖3b，3c，3d所示，氣體燃料噴射閥17b，17c,17d分別在t,3. t14, 115時(shí)刻工作。 如圖3a-3d所示，氣體燃料噴射閥17a-17d將在t^t24時(shí)刻連續(xù)地工作，使 得少量的氣體燃料被噴射直到探測(cè)到低壓力P,。w。氣體燃料的量很少，如 果從等量的液體燃料來(lái)算的話，其燃料量還不到液體燃料總量的15%。因 此，空燃比只會(huì)有微小的波動(dòng)。這樣，經(jīng)過(guò)閥的力被降低，因此閥能夠可
靠地打開。在降低了經(jīng)過(guò)氣體燃料噴射閥的壓力之后，在預(yù)設(shè)時(shí)刻t25，所
有的燃料噴射閥都保持在打開狀態(tài)，如在圖2中t7時(shí)刻中的描述。為了進(jìn)
一步提高氣體燃料噴射閥運(yùn)行的穩(wěn)定性，所述閥在t26時(shí)刻以預(yù)設(shè)頻率快速
運(yùn)動(dòng)，如在圖2中ts時(shí)刻中的描述。在氣體燃料噴射閥快速運(yùn)動(dòng)之后，關(guān)閉閥再次打開SV。pe。。
在使用氣體燃料啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)之前，本發(fā)明對(duì)氣體燃料噴射閥執(zhí)行了一 個(gè)設(shè)定的操作，提高了氣體燃料噴射閥的性能。本發(fā)明克服了氣體燃料噴 射閥的密封座在冷啟動(dòng)過(guò)程中的粘滯問(wèn)題，并且使氣體燃料噴射閥能夠毫 無(wú)延誤的高效運(yùn)行，從總體上提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，也十分有效的控制了 廢氣排放。
在冷啟動(dòng)過(guò)程中，本發(fā)明不需要任何外部部件加熱氣體燃料噴射閥， 因此能夠節(jié)省安裝外部加熱部件的時(shí)間和費(fèi)用。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的氣體燃料噴射系統(tǒng)運(yùn)行的方法，所述內(nèi)燃機(jī)使用氣體燃料和液體燃料工作，所述氣體噴射系統(tǒng)包括氣體燃料箱、關(guān)閉閥和多個(gè)氣體燃料噴射閥，所述方法包括以下步驟關(guān)閉關(guān)閉閥；使用液體燃料運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)；隨后，在關(guān)閉閥仍處于關(guān)閉狀態(tài)的同時(shí)，以設(shè)定模式打開全部氣體燃料噴射閥。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以設(shè)定模式打開氣體燃 料噴射閥的步驟包括減小經(jīng)過(guò)氣體燃料噴射閥的壓力的步驟，該步驟是 通過(guò)打開氣體燃料噴射閥，直到確定至少有一個(gè)氣體燃料噴射閥被打開， 以此來(lái)降低經(jīng)過(guò)氣體燃料噴射閥的壓力，通過(guò)打開被確定的氣體燃料噴射 閥來(lái)降低經(jīng)過(guò)氣體燃料噴射閥所引起的氣體壓力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以設(shè)定模式打開氣體燃 料噴射閥的步驟包括減小經(jīng)過(guò)氣體燃料噴射閥的壓力的步驟，該步驟是 通過(guò)操作全部閥一預(yù)定時(shí)間以使只有少量的氣體燃料被噴射，直到探測(cè)到 低壓力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于當(dāng)所述壓力逐漸降 低時(shí)，液體燃料的供應(yīng)也減少。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在關(guān)閉閥關(guān)上之后氣體 燃料噴射閥打開的確定是基于以下參數(shù)的至少一個(gè)或者組合被執(zhí)行的經(jīng) 過(guò)氣體燃料噴射閥的氣體燃料的壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)速度以及空燃比。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以設(shè)定方式打開的氣體 燃料噴射閥被開啟一預(yù)定時(shí)間，這樣所述閥會(huì)被氣體噴射閥的線圈的電阻 損耗加熱。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于噴射閥以預(yù) 定頻率迅速的打開和關(guān)閉。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在迅速的打幵和關(guān)閉操 作和/或氣體燃料噴射閥的加熱操作之后，打開關(guān)閉閥，以使內(nèi)燃機(jī)借助于氣體燃料來(lái)運(yùn)行。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述氣體燃 料為壓縮天然氣。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述氣體 燃料噴射系統(tǒng)設(shè)置有壓力感應(yīng)單元、溫度感應(yīng)單元以及速度感應(yīng)單元。
11. 一種內(nèi)燃機(jī)的氣體燃料噴射系統(tǒng)的控制設(shè)備，所述內(nèi)燃機(jī)使用氣 體燃料和液體燃料工作，其特征在于確定內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)狀態(tài)的裝置，以 關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)的氣體燃料噴射系統(tǒng)的關(guān)閉閥并使用液體燃料啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，然 后以設(shè)定模式運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體燃料噴射閥，同時(shí)使關(guān)閉閥仍然處于關(guān)閉 狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能夠用氣體燃料和液體燃料工作的內(nèi)燃機(jī)的氣體噴射系統(tǒng)的操作方法。所述氣體噴射系統(tǒng)包括氣體燃料箱、關(guān)閉閥和多個(gè)氣體燃料噴射閥。所述用于氣體噴射系統(tǒng)操作的方法包括以下步驟關(guān)閉關(guān)閉閥；使用液體燃料運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)；當(dāng)關(guān)閉閥仍處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，以預(yù)設(shè)模式打開所有氣體燃料噴射閥。
文檔編號(hào)F02M43/00GK101595296SQ200880003309
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日
發(fā)明者A·克拉特, C·門勒, J·弗爾斯特, J·瑟索, R·莫茲, T·阿爾蓋爾, W·朗格爾 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司