[發(fā)明專利]用于獲得以CNG氣體充填的汽車燃料箱的氣體混合物的組分的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200780002969.0
• 申請日: 2007-03-01
• 公開（公告）號: CN101370681A
• 公開（公告）日: 2009-02-18
• 發(fā)明（設計）人: E·鮑爾;D·埃爾默
• 申請（專利權）人: 歐陸汽車有限責任公司
• 主分類號: B60K15/03
• 分類號: B60K15/03;F02D19/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 李永波

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于獲得以CNG氣體充填的汽車燃料箱的氣體混 合物的組分的方法和裝置。

背景技術

已知配備快燃發(fā)動機的汽車可以通過所謂的CNG氣體(天然氣) 驅動(CNG?Compressed?Natural?Gas(壓縮天然氣))。作為天然氣也已 知CNG氣體混合物。通過相應的改裝這種CNG汽車或者可以僅僅以天 然氣(單質運行)運行或者以雙燃料變量選擇以汽油或天然氣運行。天 然氣在約200bar的高壓下強烈壓縮并且攜帶在汽車的一個或多個壓力 安全的燃料箱里面。天然氣的主要組成部分為85-98％的甲烷(CH₄)。 但是天然氣還包括高含量的碳氫化合物，如乙烷(C₂H₆)、丙烷(C₃H₈) 和丁烷(C₄H₁₀)。在此涉及濕天然氣。其原因是，乙烷、丙烷和丁烷的 組成部分具有相對微小的蒸發(fā)壓力并因此在壓力下快速液化。蒸發(fā)壓力 在20℃時對于乙烷約為38bar，對于丙烷約為8.5bar，對于丁烷約為 2.0bar。天然氣的主要成分甲烷在-157℃溫度時具有1.47bar的蒸發(fā)壓 力。

如果使燃料箱以CNG氣體混合物在高壓下充填，則甲烷基本上以 氣態(tài)形式供使用，而乙烷、丙烷和丁烷大多以液態(tài)出現(xiàn)。這些液體組成 部分聚集在燃料箱底部并且不被利用，只要燃料箱中的氣體壓力高于乙 烷、丙烷和丁烷的蒸發(fā)壓力。而當燃料箱中的氣體壓力達到乙烷的蒸發(fā) 壓力值，則首先蒸發(fā)液體的乙烷組分，其蒸發(fā)壓力在20℃時約為38bar。 如果燃料箱中的氣體壓力再下降時，則在8.5bar時蒸發(fā)丙烷組分并最終 在2bar時蒸發(fā)丁烷組分。這種物理特性導致，在將氣體混合物噴射到內(nèi) 燃機里面時與吸入的空氣相結合使氣體混合物的化學組分連續(xù)變化。在 滿燃料箱時噴射或燃燒純甲烷空氣混合物，其中燃料箱中的氣體壓力 (系統(tǒng)壓力)連續(xù)下降。如果在約38bar時達到乙烷的蒸發(fā)壓力，則乙 烷開始蒸發(fā)并且產(chǎn)生甲烷和乙烷的混合物。系統(tǒng)壓力這樣長時間地保持 恒定，直到燃料箱中的乙烷含量蒸發(fā)。接著系統(tǒng)壓力再下降。在系統(tǒng)壓 力為約8.5bar時達到丙烷的蒸發(fā)壓力閾值，然后蒸發(fā)液體的丙烷含量。 從現(xiàn)在開始燃燒由甲烷、乙烷和丙烷組成的燃料混合物。

如果燃料箱還繼續(xù)空的行駛，則在約2bar時也蒸發(fā)丁烷含量。但是 在實踐中后者幾乎不出現(xiàn)，因為通常內(nèi)燃機氣缸中的噴射壓力超過2bar 行駛并因此使丁烷含量保持液化并且在燃料箱中連續(xù)地富集。

因為CNG氣體的不同組成部分具有不同的內(nèi)能，對于內(nèi)燃機的運 行特性產(chǎn)生在氣缸充滿度、形成混合物、燃料吹入持續(xù)時間和燃燒方面 的顯著影響。尤其是由此也可能影響廢氣排放。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，在考慮燃料箱中的當前的CNG氣體的氣體組分 的情況下改進內(nèi)燃機燃燒室中的氣體噴射。本發(fā)明的用于獲得以CNG 氣體混合物充填的汽車燃料箱的氣體組分的方法，其中持續(xù)地測量汽車 燃料箱中的氣體壓力和氣體溫度，其特征在于，由在燃料箱中測得的溫 度和測得的氣體壓力求得CNG氣體混合物的至少一個組成部分的當前 的蒸發(fā)壓力，當在燃料箱中的CNG氣體混合物的組成部分中之一的蒸 發(fā)壓力下降時確定氣體混合物的一個相應的當前的組分。

在按照本發(fā)明的用于獲得氣體組分的方法或裝置中得到的優(yōu)點是， 與燃料箱中存在的氣體壓力(系統(tǒng)壓力)無關地總是提供氣體混合物供 使用，它在當前的發(fā)動機要求中對應于給定的理論值。由此不僅可以改 進內(nèi)燃機的功率曲線，而且尤其可以優(yōu)化廢氣排放。這尤其由此實現(xiàn)， 借助于算法獲得CNG氣體混合物的至少一個組成部分的當前的蒸發(fā)壓 力，尤其是用于乙烷、丙烷和/或丁烷。在低于上述組成部分的蒸發(fā)壓力 時確定氣體混合物的相應的當前的組分。

被視為特別有利的是，可以從事先存儲的表格或壓力曲線中非常簡 單地取出CNG氣體的組成部分的當前的蒸發(fā)壓力。因為在燃料箱中連 續(xù)地測得溫度和氣體壓力，在繼續(xù)連續(xù)地取出氣體時由存儲的水平延伸 的曲線部分得出當前的例如乙烷的蒸發(fā)壓力。

此外有利的是，直接在乙烷蒸發(fā)之前得到氣體的甲烷量可以通過非 常簡單的公式計算。

如果已知燃料箱中的氣體溫度、氣體常數(shù)和氣體密度，可以通過另 一公式計算蒸發(fā)壓力。