用于将液化气体压缩到目标压力的系统的制作方法

本发明涉及一种用于压缩液化气体的系统，该系统例如能够在用于以液化天然气运行的发动机的燃料供应系统中使用。

背景技术：

在共轨柴油发动机中，柴油燃料在高压下从多个喷射器分别喷射到发动机的燃烧室中。喷射器通过共同的燃料收集轨(rail)被供应以燃料。高压由高压泵提供。所需的轨压力取决于发动机的运行点。为了遵守排放极限值，重要的是，总是以正确的轨压力将燃料供应给喷射器。因此，轨压力从由高压泵提供的高压水平开始通过压力调节阀减压到较低的目标压力水平，其方式是，使燃料的一部分回流到油箱。这种燃料供应系统例如由us6912983b2已知。

使用天然气代替柴油燃料保证了运行成本的降低，因为在能量含量方面天然气明显更有利。此外，相等能量的转化导致与以柴油燃料运行相比明显更少的co2排放。可以使用与以柴油燃料运行时完全相似的燃料供应系统。jp2005090392a公开了一个示例。

与用于柴油燃料的油箱不同，用于液化天然气的储存容器是相对于周围环境密闭的压力容器。使气体回流到该压力容器不仅将压力而且将热量带入到容器中，其中，热量激发天然气蒸发并且因此进一步升高压力。然而，应避免过大的压力升高，因为在超过极限压力时必须打开储存容器上的压力限制阀并且使未燃烧的天然气逸出到环境中。一方面，包含在天然气中的甲烷是温室气体，另一方面，天然气可以与空气结合形成可燃的混合物。

技术实现要素：

在本发明范围内，开发一种用于压缩液化气体的系统。该系统包括用于使气体从高压水平ph减压到目标压力水平pr的压力调节单元。压力调节单元被构造为用于通过将气体的部分量排放到回流管线中来减压。

在此，压力调节单元尤其理解为一种单元，在该单元中，目标压力水平pr可以在一定极限内自由选择并且在系统运行时可以动态地匹配，以便例如跟踪由该系统供应的发动机的运行点。

根据本发明，回流管线通入到通向高压泵的气体供应管线中。

已知，以这种方式可以有利地避免将热量和质量附加地带入到对高压泵进行馈给的储存容器中。尤其在用于发动机的燃料供应系统中，这具有多个优点：

·向存储容器中的热量带入和质量带入不再影响如在以柴油燃料运行时那样使目标压力水平pr动态地跟踪发动机的运行点。由此能够以这种程度减少发动机的噪声和排放，使得它们相应于有效的规定。

·取消将气体排出到环境中从而改善了环境特性。

·取消附加地加热储存容器从而允许车辆在停机后更长的停车时间，而气体不逸出。

·因为存储在液化天然气中的更多冷量可供接收泵余热使用，因而在选择和设计泵方案时具有更多的自由度。

·在存储容器上可以完全节省迄今必需的用于将天然气由压力调节单元导回的接口。由此取消了通过热量管线进行的附加的热量带入，并且通过降低结构复杂性可以更有利地制成存储容器。

·在静止状态下，更少的剩余气体通过喷射器的泄露缝隙逸出到环境中。

·发动机以频繁的变化负载运行不再必然同时需要，或者为了避免储存容器中的压力增加而必须干预用于轨压力的调节电路或者必须将天然气排出到环境中。

在本发明的特别有利的构型中，在高压泵之前接有用于将气体由储存压力pv推送到中压水平pm上的前级输送泵。回流管线通入到由前级输送泵到高压泵的液化气体供应管线中。以这种方式，回流气体仅须减压至压力水平pm而不是减压至储存压力pv，使得之前为压缩该气体而在高压泵中所使用的能量的较少部分损失。此外，运行的前级输送泵可以保证，回流的气体不会流回到对前级输送泵进行馈给的储存容器中。

可选地，与气体向回流管线中的回流并行地，也可以节制高压泵的功率。该回流则可以是即时反应，该即时反应跨越一段时间，直至高压水平ph的持续降低显示出作用。

在本发明的进一步尤其有利的构型中，在通向高压泵的供应管线中布置有止回阀，该止回阀禁止气体回流到前级输送泵中和/或回流到可与供应管线连接的气体储存容器中。这样也可以使用这样的前级输送泵：该前级输送泵的运行会由于回流气体出现在其出口处而可能受到干扰。也可以完全省去前级输送泵并且与高压泵的当前吸取功率无关地始终确保，回流的气体仅流入到高压泵中而不流入到储存容器中。

在本发明的进一步尤其有利的构型中，在回流管线中接有朝向通往高压泵的供应管线的方向打开的止回阀。这可以禁止由具有压力水平pv的储存容器或者由前级输送泵出口侧的中压水平pm向压力调节单元中的不期望的气体流动，即使在这样的运行状态中：在该运行状态下在从压力调节单元出发的回流管线中的压力小于pv或者pm。这种运行状态例如可以是系统从完全无压力的状态开始的启动。如果随后用来自储存容器的液化气体充注回流管线，则由于减压体积减小并且高压泵必须输送的量提高而使下一步通过压力调节单元降压强烈地变得困难。

在本发明的进一步特别有利的构型中，在回流管线中接有低压缓冲存储器和/或节流部。通过这种方式，可以使通过压力调节单元进行的降压在时间上与在系统中对回流气体的进一步处理脱耦。例如，目标压力水平pr的明显下降将导致，高压泵被调整到较低的高压水平ph。在这种状况下，气体无延迟地回流到高压泵中可能是一种过量供应。

在本发明的进一步特别有利的构型中，所述脱耦可以最大化。在该构型中，在回流管线中在，低压缓冲存储器和进入到供应管线中的通入部之间接有可封闭阀。可封闭阀是可以以任意方式可操作的，例如可电磁地或气动地操作。

在本发明的进一步特别有利的构型中，在高压泵和压力调节单元之间接有高压缓冲存储器和/或用于使气体转变到气体状态的蒸发器。

通过蒸发器例如可以引起，作为发动机燃料使用的气体可以以气体状态供应给发动机的燃烧室，而同时在储存容器中以液体状态存放可以提供特定优点：由于气体在液体状态下与在气体状态下相比具有明显更高的密度，因此可以在储存压力pv明显更低的情况下存储同样的能量。液化天然气例如能够在-146℃至-115℃的温度以3至15bar之间的压力被存储。为了在同样的容器体积中以气体状态容纳相同的能量，需要200bar数量级的压力，这明显地升高了对储存容器的机械要求。

另一方面，蒸发器根据规定将额外的热量引入到气体中。在这方面特别有利的是，所述附加的热量不由于气体的回流而被引入到储存容器中。

如果设置了蒸发器，则通过回流管线回流到通向高压泵的供应管线中的气体不再是液体的，而是气体的。该回流气体随后具有更低的密度，这降低了高压泵的最大输送量。然而这在压力降低情况下不是问题，因为这仅涉及在压力降低持续时间上的短期的输送量减少并且在这种情况下对处于高压力水平ph的气体量的需求本来就很低或者甚至为零。

高压缓冲存储器尤其与前置的蒸发器相结合是有利的。液化气体的蒸发率可以调节得相对缓慢。如果突然需要较高的目标压力水平pr，则高压存储器在这方面有助于覆盖需求峰值。另一方面，高压缓冲存储器将附加的时间常数导入到系统中。在这方面又特别有利的是，通过将气体回流到通向高压泵的供应管线中可以快速地对目标压力水平pr的降低做出反应。

根据之前所述，本发明还涉及一种用于以来自燃料收集轨(rail)的燃料馈给一个或多个喷射器或气体阀的燃料供应系统。在此，喷射器或气体阀被构造为用于，控制进入到发动机的至少一个燃烧室中的燃料的质量流量。设置有储存容器用于储存作为液化气体的燃料。

根据本发明，在燃料收集轨中设置有根据本发明的上述系统，用于产生预给定的压力pr。上述优点尤其在车辆发动机的燃料供应中产生。运行点非常频繁地变换，例如根据油门踏板的位置而定地变换，然而也在每个换挡过程中变换，因为发动机和变速器之间的离合器总是必须被打开。此外，车辆发动机承受关于废气排放和噪声方面的特别严格的环境要求。

液化气体尤其可以是天然气。本发明的优点尤其在此时产生，因为天然气与丙烷相比仅可以在低温时液化。同样适用于氢气作为液化气体，其中，在此时为了存放需要明显更低的温度。

使气体回流到通向高压泵的输入管线中的结果是，在输入管线中压力升高。压力升高的量取决于气体多快地被高压泵继续处理。在本发明的特别优选的构型中，设置控制器，其被构造为用于如下适配压力调节单元在时间上的降压速率，使得在通向高压泵的供应管线中的压力pz不超过预给定的阈值。如果由于通向高压泵的输入管线中的强烈的压力上升会导致输入管线或前置前级输送泵的损坏，则可以以这种方式使在轨中的尽可能快的压力降低的目标被搁置，从而有利于更重要的目标，即保持系统完好。通向高压泵的供应管线通常已经设置有压力传感器，并且压力调节单元总是已经与发动机控制器连接，该发动机控制器使目标压力pr跟踪发动机的运行点。发动机控制器则能够必要时甚至通过单纯地改变其软件来如下适配，使得压力调节单元在时间上的降压力率跟踪边界条件，即，在通向高压泵的供应管线中的压力pz不超过阈值。

因此，本发明还涉及一种计算机程序产品，具有机器可读的指令，当该在计算机上和/或控制器上执行该指令时，该指令可以使所述计算机和/或控制器升值具有上述在压力降低速率方面的功能。

附图说明

下面与借助附图对本发明优选实施例的说明一起详细描述改善本发明的其他措施。

附图示出：

图1燃料供应系统9的实施例，具有在回流管线7中的止回阀71；

图2燃料供应系统9的实施例，具有在回流管线7中的低压缓冲存储器72和可封闭阀73；

图3燃料供应系统9的实施例，具有止回阀43取代前级输送泵3。

具体实施方式

根据图1，系统1作为整体从储存压力pv出发(液化气体2以该储存压力存放在储存容器21中)提供具有目标压力水平pr的液化气体2。

出于该目的，气体2首先由前级输送泵3输送到通向高压泵4的输入管线41中并且在此时压缩到中压水平pm。高压泵4进一步将气体2压缩到高压水平ph。在该高压水平ph，液化气体2通过蒸发器51转变到气体状态并且存放在高压缓冲存储器52中。

高压水平ph被这样确定大小：其高于最大所需的目标压力水平pr。气体2从ph向pr减压，其方式是，将气体2的部分量22排放到回流管线7中。

在图1中示出的例子中，在回流管线7中布置止回阀71，该止回阀仅允许气体2由回流管线7流动到通向高压泵4的输入管线41中，然而禁止其从输入管线41反向流动到回流管线7中。

气体2的排放到回流管线7中的部分量22由高压泵4重新压缩并且在穿过蒸发器51之后重新贮存在高压缓冲存储器52中。

系统1将最终呈气体状态处于目标压力水平pr的气体2输送到燃料收集轨6中。发动机8的喷射器由燃料收集轨6被供应以气体2，在图1中仅示例性地计入这些喷射器中的一个喷射器81。喷射器81将气体2吹入燃烧室82。气体2的需求以及为吹入所需的压力pr都取决于发动机8的运行点。

发动机8由控制器84控制。控制器84尤其通过控制管线84a操控喷射器81并且因此确定喷射器81分别何时打开和关闭。此外，控制器84基于在其上存在的关于发动机8的运行点的信息求取分别需要的目标压力水平pr，并且相应地操控压力调节单元5。在此，控制器84借助压力传感器42监控在通向高压泵4的输入管线41中的压力pz。通过压力调节单元5所进行的减压以及气体2的排放到回流管线7的部分量22的时间程序如下匹配：使得压力pz不超过预给定的阈值。

发动机8的运行点与目标压力水平pr之间的相互关系是，在发动机高负载时需要高的压力pr，以便在可用时间内将足够的气体2吹入燃烧室82中，而在部分负载时需要较低的压力pr，以便使排放和燃烧噪声保持较小。

中压水平pm高于储存压力pv，然而明显低于高压水平ph，该高压水平可以处于500bar或者还更高。

系统1、储存容器21和燃料收集轨6与控制器84共同形成用于发动机8的燃料供应系统9。

在储存容器21中，在气体2的液相的液面之上还存在气相。

图2示出了另一个实施例。不同于图1，代替止回阀71，将由低压缓冲存储器72和可封闭阀73组成的组合接到回流管线7中。气体2的由压力调节单元5排放到回流管线7的部分量22暂存在低压缓冲存储器72中并且在以后的时间点通过打开可封闭阀73来取用。可封闭阀73由控制器84经由控制管线84d操控。控制器在任何时间都知道发动机8的当前运行点，并且因此也知道在低压缓冲存储器中存在的气体2应该被馈入到通向高压泵4的供应管线41中起支持作用的最佳时间点。

图3示出了另一个实施例。与图1不同，缺少了前级输送泵3。替代地，高压泵4被构造为用于将气体2由储存压力pv单级压缩到高压水平ph。为了没有气体可以从供应管线41流回到储存容器21中，止回阀43接到供应管线41中。

此外，供应管线41在绕开止回阀43的情况下通过安全管线44与存储容器2连接。过压阀45接到安全管线44中，该过压阀在超过预给定的压力ps时朝向储存容器21的方向打开。根据本发明，在正常情况下应该刚好避免向储存容器21中回流。然而在故障情况下，向储存容器21中的相应的带入压力和热量与通向高压泵4的供应管线41中的不允许的高压力增加相比弊端较小。

最后，回流管线7还包含节流部75，通过该节流部使气体2的由压力调节单元5排放到回流管线7中的部分量22向通往高压泵4的供应管线41中的馈入在时间上延迟。可选地，节流部75也可以布置在止回阀71下游，以便该节流部不影响止回阀71的功能。

燃料供应系统9的功能方式与燃料2在吹入燃烧室82内之后是电子点火、通过添加柴油点火或以其它方式点火无关。