用于燃气发动机的点火装置和燃气发动机及其运行方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201010129287.X | 申请日 | 2010-03-08 | 公开(公告)号 | CN101907028A | 公开(公告)日 | 2010-12-08 |
| 申请人 | 曼柴油机欧洲股份公司; | 发明人 | G·多姆伯格; A·格拉布迈耶; M·塔谢克; I·威尔克; | ||||
| 摘要 | 一种用于燃气 发动机 的点火装置、一种配备了这种点火装置的燃气发动机以及一种运行此燃气发动机的方法，其中点火装置包含：喷射装置，用来把以燃烧气体混合物为 基础 的点火气体射束喷入燃气发动机的 气缸 的预燃室中；点火气体射束-控制装置，用来释放和阻断朝喷射装置的气体输送；压 力 控制系统，用来控制用于喷射装置的燃烧气体混合物的气体压力。按本 发明 ，所述压力控制系统设置用来根据燃气发动机的发动机负载和根据燃气发动机的气缸的点火时刻来调整气体压力。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于燃气发动机(1)的点火装置(10)，此点火装置(10)包含： |
||||||
| 说明书全文 | 用于燃气发动机的点火装置和燃气发动机及其运行方法技术领域[0001] 本发明涉及一种用于燃气发动机的点火装置，还涉及一种配备了这种点火装置的燃气发动机，还涉及一种运行此燃气发动机的方法。 背景技术[0003] 迄今燃气发动机的点火方法可在保持低排放的同时以较高的效率和较高的功率来运行燃气发动机。此点火方法也已知为PGI(PerformanceGas Injection)点火方法，其基础是，燃烧气体混合气或点火气体在高压下注入燃气发动机的气缸的预燃室中，其中点火气体例如在预燃室的炽热表面(例如炽热塞)上引燃。在点火气体燃烧时，点火气体会膨胀，并通过朝向气缸主燃烧室的连接孔使装在该处的燃烧气体混合气点火。 [0004] 目前的PGI点火方法应用了恒定的供气压力，用于点火气体的喷入，其中只在点火气体喷射的持续时间内调节点火气体量。产生的问题是，燃气发动机的运行范围因此非常窄，因为点火时刻不能令人满意地与不同的运行状态相适应(例如提前)。其原因是，在较大压差范围内的喷射是以压缩曲线进行的，喷射时刻的细微变动对预燃室中的时间上的混合物形成也会产生巨大的影响。 [0005] 因此，在点火时刻提前的情况下，未调节的喷射范围(即点火气体压力和喷射持续时间都是恒定的)可能非常快地在预燃室中导致暂时Lambda(过量空气系数)小于1(Lambda＜＜1)。由此，预燃室中的反应非常缓慢，其中只要由于预燃室中的初步反应很微弱，从而延迟了主燃烧室中的燃烧，那么不是所有的点火气体都在预燃室中氧化，因此剩余的部分会留在预燃室中。 [0006] 此外，在Lambda小于1(Lambda＜＜1)时，在预燃室中的反应或火焰前锋也可以通过极端的增压层(在例如炽热塞或炽热表面的范围内过油)来熄灭。未燃烧的燃烧气体成份在相应浓度时在下一次压缩冲程中可能会导致提前点火，并因此导致主燃烧室中的燃烧中断。在喷射条件不变的情况下，这样的点火中断通常是“自立的(selbsterhaltend)”，即预燃室不能再有序地点火。这样的状况可能会导致整个燃气发动机的关机或故障，并可能导致发动机的损坏。 [0007] 因此，由于目前的PGI点火方法在改变点火时刻的情况下容易导致点火中断，所以它是有局限的。但可变化的点火时刻、尤其是将点火时刻提前对改善燃气发动机的效率是很重要的，因为由此可以使燃烧重心继续往上死点(OT)的方向上移动。 [0008] 由DE 102 17 996 A1已知一种燃气发动机，其中可燃气体-空气-混合物的燃烧是在燃气发动机的气缸的预燃室中的预热棒的炽热表面上进行的。 [0009] 在DE 196 21 297 C1中描述了燃气发动机的点火油喷射装置的开环控制/闭环控制。 发明内容[0010] 本发明的目的是，提供一种用于燃气发动机的点火装置，点火时刻借助它可在更大的调节范围内变化，尤其以更大的程度相对于OT提前。此外，本发明的目的还在于，提供一种配备了这种点火装置的燃气发动机，以及提供一种运行此燃气发动机的方法。 [0012] 按本发明的第一角度，提供一种用于燃气发动机的点火装置，其中点火装置包含：喷射装置，用来把以燃烧气体混合物为基础的点火气体射束喷入燃气发动机的气缸的预燃室中；点火气体射束-控制装置，用来释放和阻断朝喷射装置的气体输送；压力控制系统，用来控制用于喷射装置的燃烧气体混合物的气体压力。按本发明，所述压力控制系统设置用于根据燃气发动机的发动机负载和根据燃气发动机的气缸的点火时刻来调整气体压力。 [0013] 借助按本发明构成的点火装置，可明显扩大燃气发动机的运行范围，因此点火时刻也是可以变化的(尤其也可以提前)，并因此可实现更高的效率。 [0014] 这尤其通过以下方式得以实现，即按本发明的压力控制系统根据燃气发动机的发动机负载和根据点火时刻来控制点火气体的气体压力。因此，一方面可按照发动机负载来给点火气体提供足够的气体压力，另一方面可平衡由于点火时刻变动而产生的气体压力误差(点火气体的气体压力太高或太低)。 [0015] 因此，例如在点火时刻被提前的情况下，能可靠地排除点火气体的燃气过量(例如暂时的Lambda太小)。换句话说，点火装置把Lambda保持在可靠或最佳的范围内(例如提前点火)，因此安全地避免燃烧中断。因此，能避免燃气发动机的关闭或停止，并能可靠地避免可能的发动机损坏。 [0016] 为了实现按本发明的压力控制系统，可规定，在按发动机负载进行设定的点火气体的气体压力和按点火时刻进行设定的气体压力之间形成差分(Differenzebildung)。这例如可在电子压力控制单元中进行，它将相应的压力信号在差分环节中进行处理，并以在差分环节中获得的压力信号为基础来开环控制或闭环控制气体压力。 [0017] 按本发明的点火装置的一种实施例，压力控制系统具有第一受控对象，通过它可根据燃气发动机的发动机负载来调整气体压力；还具有第二受控对象，通过它可根据燃气发动机的气缸的点火时刻来调整气体压力。 [0018] 借助按本发明的点火装置的这个实施例，可借助简单且耐用的元件来达到有计划的开环控制效果、尤其是闭环控制效果。例如按此实施例优选的是，为相应的受控对象应用两个单独的压力控制阀。 [0019] 此外，本发明的这个构造方案还具有这样的优点，即两个受控对象按需要或运行状态可相互冗余和/或相互补充地起作用。 [0020] 按本发明的点火装置的另一实施例，此点火装置还具有点火气体-贮存器，其中压力控制系统的第一受控对象具有第一压力控制装置，此第一压力控制装置具有输入端和输出端，此输入端与燃烧气体混合物-高压源形成流体连接，此输出端与点火气体-贮存器形成流体连接，其中压力控制系统的第二受控对象具有第二压力控制装置，此第二压力控制装置具有输入端和输出端，此输入端与点火气体-贮存器形成流体连接，此输出端与燃烧气体混合物-低压源形成流体连接。 [0021] 按本发明的点火装置的这个实施例，点火气体-贮存器以有利的方式当作在由第一和第二受控对象确定的气体压力之间产生差分的元件。此外，点火气体-贮存器还持久地把点火气体维持在当前由压力控制系统设定的点火气体压力之下。 [0022] 按本发明的点火装置的另一实施例，所述压力控制系统设置用于，在发动机负载提高的情况下，用来把气体压力提高到预定的发动机负载-气体压力；并在点火时刻相对于之前的点火时刻在时间上提前的情况下，用来把发动机负载-气体压力减至预定的、输入喷射装置的点火时刻-气体压力。 [0023] 借助本发明的点火装置的这个实施例，能以简单的方式防止在发动机负载提高的情况下，由于过大的点火气体压力及由此过高的点火气体量产生暂时过小的Lambda及与之相关的上述缺点。 [0024] 按本发明的点火装置的另一实施例，所述点火气体射束-控制装置设置用来根据燃气发动机的气缸的点火时刻来调整喷射装置的喷射持续时间。 [0025] 借助本发明的点火装置的这个实施例，在适当匹配发动机控制器的情况下，以有利的方式更精确且更灵活地开环控制或闭环控制在预燃室中的时间上的混合物形成。 [0026] 按本发明的点火装置的一种实施例，所述点火气体射束-控制装置设置用于，在点火时刻相对于之前的点火时刻在时间上提前的情况下，用来缩短喷射装置的喷射持续时间。 [0027] 因此，在点火时刻提前的情况下，对于压力控制可选或可补充的是，可实现更少的喷射量，这有利于避免预燃室中的点火气体的燃气过量。并通过冗余可确保更高的运行安全性和更高的调整精度。 [0028] 按本发明的第二角度，提供了一种燃气发动机，其具有按本发明的上述实施例中的一个或全部所述的点火装置，其中燃气发动机具有发动机控制装置，它提供代表发动机负载的发动机负载-信号和代表当前点火时刻的点火时刻-信号，并且其中压力控制系统与发动机控制装置相连，因此可把发动机负载-信号和点火时刻-信号输入压力控制系统中，以便调整点火气体压力。 [0029] 按本发明的燃气发动机也分别具有上述优点，因为它配备了按所述实施例之一或全部所述的点火装置。 [0030] 按本发明的点火装置的一种实施例，点火气体射束-控制装置与发动机控制装置相连，因此可把点火时刻-信号输入点火气体射束-控制装置中，以便调整喷射持续时间。 [0031] 燃气发动机以这种方式和通过相应的匹配发动机控制器来实施，并可额外地且更精确地开环控制或闭环控制在预燃室中的时间上的混合物形成，因此可实现持久的最佳的Lambda。有利的是，点火气体射束-控制装置可与压力控制系统可相互冗余和/或补充地起作用。有利的是，点火气体射束-控制装置可有利地与预燃室一起在可安装于(例如旋拧)燃气发动机的气缸盖中的组件中实现。 [0032] 按优选的实施例，点火装置和发动机控制器可有利地构成为一个单元，其中在发动机控制器中可存储所有必需的特性值/参数/函数。因此，能简单且成本划算地改进传统的燃气发动机。 [0033] 按本发明的第三个角度，在用来运行按本发明的上述一个或全部实施例所述的燃气发动机的方法中，确定燃气发动机的当前的发动机负载和当前的点火时刻，为喷射装置提供燃烧气体混合物，其中燃烧气体混合物的第一气体压力根据当前的发动机负载由压力控制系统来设定，燃烧气体混合物的第一气体压力根据当前的点火时刻由压力控制系统调校到第二气体压力，并且具有第二气体压力的燃烧气体混合物通过点火气体射束-控制装置受控制地输入喷射装置中，并且具有第二气体压力的燃烧气体混合物以点火气体射束的形式喷入燃气发动机的气缸的预燃室中。 [0034] 借助按本发明的方法，可明显扩展燃气发动机的运行范围，因此也可实现可变化(尤其提前)的点火时刻，因而可实现更高的效率。 [0035] 这尤其通过以下方式得以实现，即在按本发明的方法中，压力控制系统根据燃气发动机的发动机负载和根据点火时刻来控制点火气体的气体压力。因此，一方面可按照发动机负载来给点火气体提供足够的气体压力，另一方面可平衡由点火时刻变动而产生的气体压力误差(用于点火气体的气体压力太高或太低)。 [0036] 因此，例如在点火时刻被提前的情况下，能可靠地排除点火气体的燃气过量(例如暂时的Lambda太小)。换句话说，点火装置把Lambda保持在可靠或最佳的范围内(例如提前点火)，因此安全地避免燃烧中断。因此，能避免燃气发动机的关闭或停止，并能可靠地避免可能的发动机损坏。 [0037] 按本发明的方法的一种实施例，由压力控制系统在发动机负载增大时提高用于第一气体压力的额定值，并在发动机负载下降时降低此额定值；在当前的点火时刻在时间上相对于之前的点火时刻提前的情况下，由压力控制系统降低用于第二气体压力的额定值，并在当前的点火时刻在时间上相对于之前的点火时刻推后的情况下，则提高此额定值。 [0038] 借助本发明的方法的这个实施例，例如通过在两个额定值上形成差分，总是能以简单且运行稳定的方式确保对点火最佳的Lambda。 [0039] 按本发明的方法的另一实施例，点火气体射束-控制装置控制着具有第二气体压力的燃烧气体混合物朝喷射装置的输入，并因此根据当前的点火时刻来控制燃烧气体混合物或点火气体混合物的喷射持续时间。 [0040] 借助本发明的方法的这个实施例，能以有利的方式更精确、更灵活且最佳地开环控制或闭环控制在预燃室中的时间上的混合物形成，并因此达到最佳的Lambda。在此有利的是，点火气体射束-控制装置可与压力控制系统可相互冗余和/或补充地起作用。 [0041] 按本发明的方法的另一实施例，在点火时刻在时间上相对于之前的点火时刻提前的情况下，由点火气体射束-控制装置缩短具有第二气体压力的燃烧气体混合物朝喷射装置的输入，并在点火时刻在时间上相对于之前的点火时刻推后的情况下，则延长此输入。 [0043] 下面借助优选的实施例并参照附图描述了本发明。 [0044] 图1在示意性的局部视图中示出了按本发明的实施例的燃气发动机。 [0045] 附图标记列表 [0046] 1 燃气发动机 [0047] 10 点火装置 [0048] 20 第一压力控制阀 [0049] 20a 气体管道 [0050] 30 点火气体-贮存器 [0051] 30a 气体管道 [0052] 30b 气体管道 [0053] 40 点火气体射束-控制装置 [0054] 40a 气体管道 [0055] 50 喷射装置 [0056] 51 点火气体射束 [0057] 60 第二压力控制阀 [0058] 60a 气体管道 [0059] 70 燃烧气体供给装置 [0060] 71 低压区 [0061] 71a 气体管道 [0062] 72 高压压缩机 [0063] 72a 气体管道 [0064] 73 高压贮存器 [0065] 73a 气体管道 [0066] 80 预燃室 [0067] 81 溢流孔 [0068] 82 溢流孔 [0069] 83 加热装置 [0070] 90 燃烧气缸 [0071] 91 主燃烧室 [0072] 100 发动机控制装置 [0073] 101 信号线 [0074] 102 信号线 [0075] 103 数据总线 [0076] 104 数据总线 [0077] 105 数据总线 [0078] 106 数据总线连线 [0079] ML 发动机负载 [0080] PV 预燃室压力 [0081] R1 输入方向 [0082] R2 输出方向 [0083] P1 第一气体压力 [0084] P2 第二气体压力 [0085] TE 喷射起始 具体实施方式[0086] 图1在示意性的视图中示出了按本发明的实施例的未完整示出的燃气发动机1。此燃气发动机1具有一个燃烧气体供给装置70、多个燃烧气缸90(在此附图中仅仅示出了一个)以及一个发动机控制装置100。 [0087] 每个燃烧气缸90(下面简称为气缸)具有一个预燃室80，此预燃室80具有通向气缸90的主燃烧室91的溢流孔81和82。此外，在每个预燃室80中都设置了加热装置83，例如在DE 102 17 996 A1或在DE 102007 019 882 A1中描述的一样。此外，每个气缸90都设置了点火装置10。 [0088] 点火装置10具有第一压力控制阀20(第一压力控制装置)、点火气体-贮存器30、点火气体射束-控制装置40、喷射装置50和第二压力控制阀60(第二压力控制装置)，此第一压力控制阀20按此实施例构成为可电控制的阀门并构成第一受控对象，此第二压力控制阀60按此实施例构成为可电控制的阀门并构成第二受控对象。第一压力控制阀20、点火气体-贮存器30和第二压力控制阀60一起构成压力控制系统。 [0089] 燃烧气体供给装置70具有构成为燃烧气体混合物-低压源的低压区71(例如气罐)、高压压缩机72以及构成为燃烧气体混合物-高压源的高压贮存器73。此低压区71通过气体管道71a与高压压缩机72的输入端(未示出)构成流体连接，其中高压压缩机72的输出端(未示出)通过气体管道72a与高压贮存器73构成流体连接。因此，可通过高压压缩机72将具有高压的燃烧气体混合物输入高压贮存器73中。 [0090] 第一压力控制阀20的输入端(未示出)通过气体管道73a与高压贮存器73构成流体连接，其中第一压力控制阀20的输出端(未示出)通过气体管道20a与点火气体-贮存器30构成流体连接。 [0091] 第二压力控制阀60的输入端(未示出)通过气体管道30a与点火气体-贮存器30构成流体连接，其中第二压力控制阀60的输出端(未示出)通过气体管道60a与低压区 71构成流体连接。 [0092] 点火气体射束-控制装置40按此实施例构成为可电控制的阀门，并在输入侧通过气体管道30b与点火气体-贮存器30构成流体连接，并在输出侧通过气体管道40a与构成为喷嘴的喷射装置50构成流体连接。 [0093] 喷射装置50在输出侧装入预燃室80中，因此以燃烧气体混合物为基础的点火气体射束51可喷入燃气发动机1的气缸90的预燃室80中。此点火气体射束51然后在预燃室80中借助加热装置83点燃，并因此点燃喷入主燃烧室91中的燃烧气体混合物，并因此触发气缸90的活塞(未示出)的膨胀冲程或作功冲程，例如在DE 102 17 996 A1或在DE102007 019 882 A1中描述的一样。 [0094] 点火气体射束-控制装置40的作用是，释放和阻断朝喷射装置50的气体输送。 [0095] 通过信号线101和102将有关当前发动机负载ML(例如增压压力)或预燃室压力PV的信息输入发动机控制装置100中。 [0097] 因此，发动机控制装置100可通过数据总线103给第一压力控制阀20提供代表发动机负载ML的发动机负载-信号，并通过数据总线104给第二压力控制阀60提供代表当前点火时刻的点火时刻-信号。 [0098] 此外，点火气体射束-控制装置40通过数据总线105与发动机控制装置100相连，因此点火气体射束-控制装置40可受发动机控制装置100控制地释放和阻断朝喷射装置50的燃烧气体混合物的输送。 [0099] 按本发明，所述压力控制系统设置用来根据燃气发动机1的发动机负载ML和根据燃气发动机1的气缸90的点火时刻来调整气体压力。在此，此点火时刻在时间上位于图1图表中所示的喷射起始TE的后面。 [0100] 按所述实施例的改进方案，点火气体射束-控制装置40的数据总线105通过数据总线连线106(在图1中用虚线表示)与具有点火时刻-信号的数据总线104相连，或在发动机控制装置100内提供点火时刻-信号。 [0101] 由于在数据总线105中提供了点火时刻-信号，此点火时刻-信号可被点火气体射束-控制装置40转换成确定的喷射持续时间或开启时间，所述点火气体射束-控制装置40设置用于根据燃气发动机1的气缸90的点火时刻来调整喷射装置50的喷射持续时间。 [0102] 现在参照图1描述了按本发明的用来运行燃气发动机1的方法的实施例。 [0103] 由发动机控制装置100来确定燃气发动机1的当前的发动机负载ML，并作为发动机负载-信号通过数据总线103传递到第一压力控制阀20上。 [0104] 来自低压区71的燃烧气体混合物在高压压缩机72中进行压缩，并输入高压-贮存器73中，并在该处通过第一压力控制阀20按照输入方向R1(见图1的箭头R1)输入点火气体-贮存器30中。此第一压力控制阀20在此根据发动机负载-信号，为燃烧气体混合物设定第一气体压力P1。 [0105] 此外，由发动机控制装置100来确定燃气发动机1的气缸90的当前的点火时刻，并作为点火时刻-信号通过数据总线104传递到第二压力控制阀60上。此第二压力控制阀60在此根据点火时刻-信号，为燃烧气体混合物设定第二气体压力P2。 [0106] 也就是说，根据当前的点火时刻，燃烧气体混合物的第一气体压力P 1被第二压力控制阀60调校到第二气体压力P2。如果由点火时刻-信号预定的、用于第二气体压力P2的额定值小于由发动机负载-信号预定的、用于第一气体压力P1的额定值，则可在输出方向R2(见图1的箭头R2)上将过量的燃烧气体混合物通过气体管道60a引回到低压区71上，因此在点火气体-贮存器30中设定第二气体压力P2。 [0107] 具有第二气体压力P2的燃烧气体混合物或点火气体在点火气体-贮存器30中通过气体管道30b输入到点火气体射束-控制装置40中。 [0108] 为了如上所述地触发点火并因此触发气缸90的活塞的作功冲程，按照通过数据总线105从发动机控制装置100传递到点火气体射束-控制装置40上的喷射信号，此燃烧气体混合物由点火气体射束-控制装置40输入到喷射装置50中，并以第二气体压力P2以点火气体射束51的形式喷入燃气发动机1的气缸90的预燃室80中。 [0109] 总体而言，在燃气发动机1运行时，在发动机负载ML增大时，通过在第一压力控制阀20上相应地改变用于第一气体压力P1的额定值，来提高第一气体压力P1，并在发动机负载ML下降时将其减小。在当前的点火时刻在时间上相对于之前的点火时刻提前的情况下，通过在第二压力控制阀20上相应地改变用于第二气体压力P2的额定值，来降低第二气体压力P2；并在当前的点火时刻在时间上相对于之前的点火时刻推后时，将其增大。也就是说，按照点火时刻，第一点火压力P1减小一定量，其中这个量也可以是零。 [0110] 按本发明的点火装置的上述改进方案，点火气体射束-控制装置40还可控制具有第二气体压力P2的燃烧气体混合物朝喷射装置50的输入，并因此根据当前的点火时刻来控制的它的喷射持续时间。 [0111] 在这种情况下，在点火时刻在时间上相对于之前的点火时刻提前的情况下，根据通过数据总线105传输到点火气体射束-控制装置40中的点火时刻-信号，由点火气体射束-控制装置40来缩短具有第二气体压力P2的燃烧气体混合物朝喷射装置50的输入；并在点火时刻在时间上相对于之前的点火时刻推后时，延长该输入。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈