用于调节用于喷射氢气的喷射系统的方法与流程

1.本发明涉及一种用于调节用于喷射氢气的喷射系统的方法、一种用于喷射氢气的喷射系统的压力调节器以及一种用于氢气运行的内燃机的喷射系统。


背景技术：

2.目前存在大量用于将氢气直接喷射到燃烧室中的技术方案。在此，由于所需的密封横截面和与此相关的大的阀行程，对用于直接喷射氢气的喷射器的要求高，尤其是在低压下。由此导致喷射器的相对较长的打开和关闭时间，这尤其在发动机的高转速下带来挑战。
3.氢能汽车领域中的日益激烈的竞争也导致成本压力，使得对尤其更廉价的汽车零部件的需求更强。


技术实现要素：

4.根据本发明的用于调节用于喷射氢气的喷射系统的方法具有相对于已知技术具有以下优点：由于目标压力调节策略和伴随着的系统压力变化，避免了喷射器的临界运行区域，尤其在量特性曲线中。尤其，在喷射器的弹道运动和全行程运动之间的量特性曲线的过渡区域中，喷射器具有提高的样本-和行程至行程离散。这些离散可以借助根据本发明的方法来避免或减小，使得对于不同的发动机运行点改进喷射器的样本-和行程至行程离散。此外，借助根据本发明的方法，可以通过提高压力使运行点如此移动，使得该运行点从过渡区域移动到弹道区域中，从而可以避免相对于过渡区出现的计量的不稳定性。
5.根据本发明，这通过用于调节氢气喷射的喷射系统的方法来实现，所述方法具有以下步骤：
[0006]-获得指示待喷射的燃料量的量信号，
[0007]-基于所获得的量信号生成喷射信号，该喷射信号具有燃料的预定压力、喷射器针的偏移和喷射器的喷射持续时间，
[0008]-通过根据喷射器针的偏移和喷射持续时间适配待喷射燃料的压力来适配喷射信号，使得喷射持续时间相对于待喷射的燃料量的变化基本上是线性的。
[0009]
换言之，发动机控制器可以输出量信号，该量信号说明了待喷射的燃料，例如氢气的量。基于所获得的量信号，可以生成或计算出喷射信号，该喷射信号包括燃料或燃料系统中的预定压力、喷射器针的偏移或喷射器行程以及喷射持续时间或者说喷射器打开多长时间的时长。在此可以确定，喷射器的运行点是否位于量特性曲线上，该量特性曲线描绘了喷射持续时间相对于喷射量的变化。可以在量特性曲线中探测到过渡区域，因为喷射持续时间相对于喷射量的变化在过渡区域中不是线性的。当运行点位于该过渡区域中时，可以提高待喷射燃料的压力，使得运行点运动到量特性曲线的弹道区域中，其中，喷射器在弹道区域中实施弹道运动或降低压力，使得运行点位于全行程区域中，其中，喷射器在全行程区域中具有最大偏移。此外，在此可以适配所生成的喷射信号，即尤其喷射信号的值，尤其改变
预定压力值、喷射器的偏移值和/或喷射持续时间值。适配尤其以这样的方式进行，即用于待喷射燃料量的喷射持续时间的变化基本上是线性的。在上下文中，基本上线性的意味着包括在
±
15％、尤其
±
10％并且进一步尤其
±
5％的范围内的变化。在此，喷射持续时间相对于待喷射的燃料量的线性变化在量特性曲线的弹道区域中如在全行程区域中那样形成。这也在图1中示出并且在相关的附图描述中详细阐述。
[0010]
下面示出本发明的优选扩展方案。
[0011]
优选地，适配喷射信号的步骤还包括以下步骤：
[0012]-降低待喷射燃料的压力，使喷射器针的偏移达到最大值。
[0013]
该实施方式的优点可以在于，在喷射器针偏移的最大值、尤其是全行程时，喷射持续时间相对于待喷射燃料量的变化基本上是线性的并且因此可以燃烧室中提供恒定量的待喷射的氢气。
[0014]
在此可以在喷射系统中降低、减小或最小化待喷射燃料的压力。例如，这可以借助压力调节器实现。此外，也可以整体减小或降低喷射系统的系统压力。
[0015]
优选地，适配喷射信号的步骤还包括：
[0016]-提高待喷射燃料的压力，使得喷射器针的偏移位于小的区域中、尤其是弹道区域中。
[0017]
该实施方式的优点在于，通过提高压力，需要喷射器针的较小偏移，并且因此该偏移位于小的区域中或者说位于弹道区域中。换言之，通过提高压力，喷射器的运行点从量特性曲线的过渡区域移动到弹道区域中。
[0018]
进一步优选地，适配喷射信号的步骤还包括：
[0019]-在适配压力时延长或缩短喷射持续时间，使得提高待喷射燃料与另一流体的混合。
[0020]
该实施方式的一个优点可以是，通过在适配压力时、尤其在提高或降低压力时有针对性地适配喷射持续时间，可以如此适配喷射持续时间，使得可以在燃烧室中提高待喷射的燃料与另一流体，例如空气之间的尽可能最优的混合。在此，可以如此适配喷射信号，使得在第一步中改变待喷射燃料的压力，并且在第二步中可以延长或缩短喷射持续时间，以便使喷射器的运行点在数量特性曲线中移位到全行程区域中或弹道区域中。在此，还可以通过适配喷射持续时间来有针对性地调整、尤其提高待喷射的燃料和所述另一流体之间的混合。
[0021]
该方法优选具有以下步骤：
[0022]-检测喷射器的量特性曲线，该量特性曲线描绘了相对于喷射器的待喷射燃料量的喷射持续时间，
[0023]-确定喷射器的量特性曲线中的弹道区域、过渡区域和全行程区域，在此，喷射持续时间相对于待喷射燃料量的变化在量特性曲线的弹道区域中和全行程区域中基本上是线性的，而喷射持续时间相对于待喷射燃料量的变化在过渡区域中基本上是非线性的，其中，适配喷射信号的步骤还包括以下步骤：
[0024]-当所获得的量信号位于过渡区域中时，降低待喷射燃料的压力，使得经适配的喷射信号位于全行程区域中，或当所获得的量信号位于过渡区域中时，提高待喷射燃料的压力，使得经适配的喷射信号位于弹道区域中。
[0025]
该实施方式的一个优点可以是，通过检测量特性曲线并且确定量特性曲线的弹道区域、过渡区域和全行程区域，可以进一步优化待喷射燃料的压力适配，以便因此提供尽可能高效的氢气喷射。量特性曲线描绘了喷射持续时间相对于待喷射燃料量的变化，并且在量特性曲线中分为弹道区域、过渡区域和全行程区域。在此，可以专门针对一个喷射器检测量特性曲线，或可以针对多个喷射器采用量特性曲线。因此，检测量特性曲线也包含从存储介质或类似装置中查询量特性曲线。在此，量特性曲线的走势在弹道区域和全行程区域中尤其是线性的，使得喷射持续时间相对于待喷射燃料量的的变化具有恒定的提高。在上下文中，基本上线性的意味着
±
15％、尤其是
±
10％、更特别是
±
5％的偏差。此外，可以如此适配喷射信号，使得当喷射器的运行点位于过渡区域中时，在获得量信号的情况下降低待喷射燃料的压力，从而使运行点从过渡区域移动到全行程区域中。此外，当喷射器的运行点位于过渡区域中时，可以提高待喷射燃料的压力，从而使喷射器的运行点从过渡区域移动到弹道区域中。例如，决定标准可以是，压力是提高还是降低，过渡区域中的运行点是更接近弹道区域还是更接近全行程区域，如例如在图1中所示并且在相关的附图说明中阐述的那样。
[0026]
进一步优选地，待喷射燃料的压力的适配在0.5mpa至3mpa的范围内。
[0027]
该实施方式的优点在于，尤其在低压喷射区域中，可以借助压力适配以提高的效率喷射目标的燃料量。
[0028]
本发明的另一方面涉及一种用于喷射氢气的喷射系统的压力调节器，具有：
[0029]-接口，其设置为用于接收根据上文和下文所描述的方法所产生的、经适配的喷射信号，
[0030]-至少一个促动器，其设置为用于根据喷射系统中的经适配的喷射信号来降低或提高待喷射燃料的压力。
[0031]
该实施方式的优点可以是，借助待喷射燃料的有针对性的压力调整，可以减小喷射器的行程至行程离散，并且因此可以使待喷射的燃料量更接近目标值。
[0032]
在此，压力调节器尤其可以具有接口，该接口例如是至发动机控制器等的接口。在此，压力调节器可以通过接口接收经适配的喷射信号，该喷射信号包括待喷射流体的至少一个压力。此外，压力调节器可以具有促动器，该促动器可以控制气体罐和喷射器之间的压力。在此，促动器尤其可以适配该管路系统中的压力，使得待喷射燃料的压力相应于经适配的喷射信号的值。在此，压力调节器尤其可以减小或降低和/或增大或提高在燃料管路中、尤其在压力调节器和喷射器之间的待喷射燃料的压力。
[0033]
本发明的另一方面涉及一种用于氢气运行的内燃机的喷射系统，具有：
[0034]-用于存储氢气的气体罐，
[0035]-如上文和下文所描述的压力调节器，
[0036]-用于将氢气喷射到燃烧室中的喷射器，
[0037]
其中，可以将来自气体罐的氢气通过压力调节器引导到喷射器中，其中，喷射器设置为用于接收经适配的喷射信号并根据该经适配的喷射信号调整喷射器针的偏移以及喷射持续时间。
[0038]
一个优点可以是，通过借助压力调节器有针对性的压力适配以及喷射器在喷射持续时间和喷射器针的偏移方面的有针对性地控制，可以使实际喷射的燃料量接近所希望的
燃料量，因此可以补偿喷射系统或喷射器的公差和离散。
[0039]
在此，喷射系统包括可以存储和存放氢气的气体罐。在此，气体罐可以存放氢气，尤其在非常高的压力下，使得对于气体罐需要很小的体积。此外，压力调节器可以设置为用于在第一步骤中降低来自气体罐的氢气的压力并且在第二步骤中有针对性地适配喷射信号。此外，压力调节器和喷射器可以引导流体地连接，使得到达喷射器的气体已经可以根据经适配的喷射信号具有待喷射燃料的经适配的压力。此外，喷射器可以具有接口，例如用于接收例如来自发动机控制器的经适配的喷射信号，并且根据经适配的喷射信号调整喷射器针的偏移以及喷射器的喷射持续时间。
[0040]
另一方面涉及具有如上文和下文所描述的喷射信号的车辆。
附图说明
[0041]
下面参照附图详细地说明本发明的一个优选实施例。在附图中示出：
[0042]
图1：量特性曲线的示意图，
[0043]
图2：喷射系统的示意图，
[0044]
图3：在不同压力下的多个量特性曲线的示意图，
[0045]
图4：用于图示所述方法的步骤的流程图，和
[0046]
图5：用于图示根据另一实施方式的方法的步骤的流程图。
具体实施方式
[0047]
下面参照图1至5详细地描述根据本发明的第一优选实施例的用于调节氢气喷射的喷射系统2的方法1、压力调节器14和喷射系统2。
[0048]
图1示出喷射器4的量特性曲线6。量特性曲线6在x轴上具有喷射持续时间t，在y轴上具有待喷射的燃料量v。在此，量特性曲线6分为弹道区域8、过渡区域10和全行程区域12。
[0049]
基于所获得的量信号，产生具有燃料的预定压力、喷射器针的偏移和喷射器4的喷射持续时间t的喷射信号。因此，所产生的喷射信号说明了在量特性曲线6上的喷射器4的运行点。如果喷射器4的运行点位于量特性曲线6的过渡区域10中，则可以产生经适配的喷射信号，其包括压力降低，使得运行点从过渡区域10移动到全行程区域12中。如果运行点应位于量特性曲线6的过渡区域10中，则可以提高待喷射燃料的压力，使得喷射器4的运行点移动到量特性曲线6的弹道区域8中。因此可以使喷射器4的行程至行程离散最小化。
[0050]
图2示出喷射系统2的示意图。在此，喷射系统2包括可以存储氢气的气体罐22。此外，喷射系统包括与气体罐22引导流体地连接的压力调节器14。压力调节器14在此具有接口18，该接口可以例如从发动机控制器接收经适配的喷射信号。此外，压力调节器14具有促动器20，该促动器设置为用于根据例如通过接口18接收的经适配的喷射信号来适配、尤其降低和/或提高待喷射燃料的压力。此外，压力调节器14与喷射器4引导流体地连接。喷射器4设置为用于将待喷射的燃料、尤其是氢气喷射到燃烧室24中。在此，喷射器4可以通借助喷射器行程的改变和喷射器打开的持续时间来有针对性地调整待喷射的燃料量。
[0051]
图3示出多个量特性曲线。在此，图3具有一个图例，其示出不同压力下的量特性曲线。第一量特性曲线26示出在待喷射燃料的压力为8bar或0.8mpa时喷射持续时间t相对于喷射量v的变化。第二量特性曲线28示出在待喷射燃料的压力为12bar或1.2mpa时喷射持续
时间t相对于喷射量v的变化。第三量特性曲线30示出在15bar或1.5mpa的压力下喷射持续时间t相对于喷射量v的变化。第四量特性曲线32示出在待喷射燃料的压力为17bar或1.7mpa时的上述变化。第五量特性曲线34示出在20bar或2mpa的压力下喷射持续时间t相对于量v的变化。第六量特性曲线36示出在22bar或2.2mpa的压力下喷射持续时间t相对于量v的变化。量特性曲线26至36分别具有一个弹道区域，其中，喷射持续时间相对于喷射量的变化基本上是线性的；具有一个过渡区域，其基本上是非线性的；以及具有一个全行程区域，在该全行程区域中，喷射持续时间相对于喷射量的变化基本上是线性的。
[0052]
图4示出用于调节氢气喷射的喷射系统2的方法1，所述方法包括获得指示待喷射燃料的量v的量信号的步骤s1。此外，方法1还包括基于所获得的量信号生成喷射信号的步骤s2，该喷射信号具有燃料的预定压力、喷射器4的偏移和喷射器4的喷射持续时间t。此外，方法1还包括通过根据喷射器针的偏移和喷射持续时间t适配待喷射燃料的压力来适配喷射信号的步骤s3，使得喷射持续时间t相对于待喷射燃料的量v的变化基本上是线性的。
[0053]
图5示出进一步的方法38，其包括步骤s1到s3，如已经示出的那样。此外，进一步的方法38包括降低待喷射燃料压力的步骤s4。此外，进一步的方法38包括提高待喷射燃料的压力的步骤s5。此外，进一步的方法38具有在适配压力时延长或缩短喷射持续时间t的步骤s6。此外，进一步的方法38包括检测喷射器4的量特性曲线6的步骤s7。进一步的方法38还包括在喷射器4的量特性曲线6中确定弹道区域8、过渡区域10和全行程区域12的步骤。此外，进一步的方法38包括如下步骤s9，当所获得的量信号位于过渡区域10中时，降低待喷射燃料的压力，使得经适配的喷射信号位于全行程区域12中，或当所获得的量信号位于过渡区域10中时，提高待喷射燃料的压力，使得经适配的喷射信号位于弹道区域8中。