[发明专利]带有气体混合器的配量装置和用于控制混合物形成的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的带有气体混合器的配量装置以及一种根据权利要求8的用于控制混合物形成的方法。

背景技术

为了确保气体发动机(Gasmotor)的最佳运行，必须给气体发动机输送燃气-空气混合物，其混合比例根据发动机转速、发动机负荷和另外的运行条件来调节。在现代的天然气发动机(如其也应用于机动车)中，在气体混合器中形成的混合物例如可经由共轨喷射系统被输送给气体发动机的各个气缸。

从文件DE 196 54 699 B4中说明用于内燃机的混合物形成，其中，使用气态的燃料、例如天然气作为燃料。在气体混合器中将可燃气体混合给空气质量流。气体供给在此借助于盘形阀(Tellerventil)来控制，其可与矩形信号的脉宽成比例地来操纵。气体混合器中的混合物形成这里借助于气体量调节来执行。

发明内容

本发明目的在于说明一种用于气体发动机的带有气体混合器的配量装置，其具有尽可能简单的结构且使压力调节的混合物形成成为可能。此外，本发明另一目的在于说明一种用于与气体混合器相联系地控制混合物形成的方法。

该目的(就其涉及配量装置而言)利用权利要求1的特征来实现。另一涉及方法的目的利用权利要求8的特征来实现。本发明的优选的改进方案在从属权利要求中公开。

根据权利要求1，配量装置装备有气体混合器，在其混合腔中将气体经由高动态的压力调节器配量给空气质量流。压力调节器将气体供应到围绕混合腔的环形室中，从那里气体经由配量孔(Dosierungsbohrung)到达混合腔，其孔径设计成使得在配量孔中产生超临界的气体流动。如从气体动力学已知，在超临界的气体流动中流速仅取决于气体的压力和温度。因此，至混合腔的气体配量可经由配量孔非常简单地借助于压力调节器来调节。

作为压力调节器为此可使用传统的压力调节的、高动态的、可变的压力调节器，其例如可利用脉宽调制的信号来控制。

从环形室通向混合腔的配量孔优选地以相同的角距分布地围绕混合腔来布置。以该方式确保在混合腔中均匀的气体混合物形成。

用于控制压力调节器的压力传感器和温度传感器优选地布置在所提及的环形室中并且将对于压力和温度的测量信号传输到控制单元处，其也根据发动机转速和发动机负荷控制压力调节器。经由压力调节器如此来调节环形室中的压力，使得相应所需的气体量作为超临界的气体流动到达混合腔中。

传统的压力调节器(其可经由脉宽调制的控制信号来控制)可无问题地结合根据本发明的气体混合器被用于压力调节。但是也可使用可数字地或者以其它方式控制的压力调节器。

混合腔可非常简单地构造为管截段(Rohrabschnitt)，其具有在其整个长度上恒定的流动横截面。气体混合器因此包含非常简单的整体结构，由此相应成本有利的制造是可能的。由于恒定的横截面，气体混合器无压力损失地工作。

为了以大约200kW的功率运行商用车发动机，从环形室通向混合腔的配量孔可具有大约1.2mm至2.0mm的孔径，其中，那么典型地在环形室与混合腔之间均匀分布地布置有8至12个配量孔。孔径无论如何被选择成使得在配量孔中保证超临界的气体流动。

在根据权利要求8的根据本发明的方法中，从相应当前的空气质量流量来计算可燃气体对于所需的气体量流量的配量，从此又在考虑当前的气体温度的情况下来确定必需的气体压力。然后借助于模拟的或数字的控制信号可相应地来控制压力调节器。在此可使用脉宽调制的信号作为模拟的控制信号，其脉宽是用于压力调节的模拟量。

为了提供用于操控压力调节器的合适的脉宽调制的控制信号，根据本发明的一优选的改进方案设置成，相对于所测量的或者所计算的空气质量流量由规定的空气系数(Luftverhaeltnis)来确定气体质量流量并且由此在考虑气体温度的情况下来确定理论压力值和由此脉宽调制的第一预控制信号。

通过理论压力值与实际压力之间的理论-实际比较可产生脉宽调制的第二预控制信号，其被与第一预控制信号以一定比例相联系，以便那么由此导出用于操控压力调节器的实际的控制信号。在此，调节特性(Regelverhalten)可与PID调节器相联系地被与不同的发动机或者发动机特征参数相匹配。