(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2013/22 EP B1 (13) (51) T3 Int.Cl. F02D 41/38 ( ) F02D 41/14 ( ) F02D 19/08 ( ) F02M 63/02 ( ) (54) Tytuł wynalazku: Automatyczne rozpoznawanie paliwa (30) Pierwszeństwo: DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2009/30 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 2013/10 (73) Uprawniony z patentu: DEUTZ Aktiengesellschaft, Köln, DE (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 MARK ZIMMERMANN, Bornheim, DE DOMINIC VÖMEL, Solingen, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Mirosława Ważyńska JWP RZECZNICY PATENTOWI DOROTA RZĄŻEWSKA SP. J. ul. Żelazna 28/30 Sienna Center Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 17397/13/P-RO/MW EP Opis Automatyczne rozpoznawanie paliwa [0001] Wynalazek dotyczy sposobu zasilania silnika spalinowego, który naprzemiennie i/lub dodatkowo jest zasilany paliwem rozrzedzonym, zwłaszcza olejem napędowym, paliwem gęstym, zwłaszcza olejem rzepakowym, przy czym oba paliwa są podawane przez wspólny układ pomp ciśnieniowych do akumulatora ciśnienia, z którego za pomocą wtryskiwaczy są wprowadzane do roboczych przestrzeni silnika spalinowego, przy czym silnik spalinowy i mechanizm wtryskiwaczy sterowane są za pomocą sterownika elektronicznego. [0002] Tego rodzaju silnik spalinowy jest znany z EP A1 oraz nieopublikowanego dokumentu DE A1. Ten silnik spalinowy jest związany z mechanizmem do alternatywnego zasilania silnika diesla za pomocą rozrzedzonego paliwa, zwłaszcza oleju napędowego, i gęstym paliwem, zwłaszcza olejem rzepakowym, przy czym oba paliwa są doprowadzane do silnika spalinowego za pośrednictwem układu Common-Rail. Przewidziany jest przy tym mechanizm przełączający, który umożliwia wybiórcze doprowadzanie jednego z obu rodzajów paliwa do układu Common-Rail, i za pomocą którego możliwe jest płukanie niskociśnieniowego odcinka układu paliwowego. [0003] Zadaniem wynalazku jest udostępnienie sposobu zasilania silnika spalinowego za pomocą różnych paliw, przy czym powinno następować automatyczne rozpoznawanie danego paliwa względnie mieszanki paliwowej i wynikające z tego sterowanie silnikiem spalinowym. [0004] Podstawą wynalazku jest dążenie do zasilania silników spalinowych, zwłaszcza silników w odpowiednich warunkach samozapłonowych, za pomocą paliw pozyskiwanych z produktów roślinnych, zwłaszcza w przypadku zastosowań w branży lotniczej, komunalnej lub lotniskowej. W porównaniu z paliwem pozyskiwanym z ropy naftowej, zwłaszcza olejem napędowym, paliwo to jest wyraźnie bardziej gęste i nie we wszystkich warunkach pracy i środowiskowych może być doprowadzane do silnika spalinowego za pośrednictwem takiego nowoczesnego układu wtryskowego, jak układ Common-Rail. Ponadto wartości opałowe paliw są różne, a więc sensowne jest dopasowanie do nich sterowania silnikiem spalinowym. [0005] Istnieje możliwość rozpoznania i przeanalizowania właściwości paliwa za pomocą jednego lub kilku czujników umieszczonych w układzie paliwowym. Takie czujniki są skomplikowane i w przypadku ich błędnego działania lub uszkodzenia, silnik w najgorszym przypadku może stracić gotowość eksploatacyjną. [0006] W związku z tym, według wynalazku różne właściwości paliw są rozpoznawane na drodze elektronicznej bez dodatkowych środków pomocniczych. Na podstawie takiej analizy następuje określenie mieszanki paliwowej lub pojedynczego paliwa znajdującego się w układzie paliwowym, zwłaszcza w akumulatorze ciśnieniowym i odpowiednie dopasowanie sterowania silnikiem spalinowym. [0007] Tak na przykład konieczne jest podgrzanie gęstego paliwa do temperatury 55 C do 75 C, korzystnie do 65 C, aby nadawało się ono do bezproblemowego doprowadzenia do

3 - 2 - cylindrów silnika spalinowego. Dzięki realizowanemu według wynalazku rozpoznawania paliwa odpowiednia informacja może zostać bezpośrednio do sterownika podgrzewania i w przypadku zasilania czystym olejem napędowym można całkowicie zrezygnować z podgrzewania. Ponadto, zwłaszcza przy biegu jałowym lub eksploatacji z niewielkim obciążeniem, można wykluczyć ciągłe przełączanie pomiędzy rodzajami paliwa. Należy przy tym podkreślić, że praca z gęstym paliwem powinna być realizowana dopiero przy częściowym obciążeniu, ponieważ można wówczas uniknąć powstawania osadów w układzie wtryskowym. Ponadto różne paliwa mają różne wartości opałowe, a więc, w zależności od tego, które paliwo jest używane do napędzania silnika spalinowego, przy jednakowej objętości wtryskiwanego paliwa osiąga się różne moce silnika spalinowego. Ponieważ wartość opałowa oleju napędowego jest wyższa, w przypadku zasilania olejem rzepakowym musi być wtryskiwana większa ilość paliwa, aby osiągnąć taką samą moc. W przypadku mechanicznych systemów przełączania pomiędzy różnymi paliwami istnieje niebezpieczeństwo, że, zasileniu silnika spalinowego olejem napędowym nastąpi świadome lub nieświadome, ustawienie za dużej dawki wtrysku, co spowoduje stałą eksploatację silnika spalinowego w zakresie przeciążenia. Można to wykluczyć dzięki zgodnemu z wynalazkiem określaniu paliwa i analizie do dopasowania wtryskiwanej objętości. [0008] Dzięki temu całkowicie wyklucza się zagrożenie ze strony pożądanej lub niepożądanej manipulacji przy sterowaniu paliwem względnie sterowaniu silnikiem spalinowym i negatywny wpływ wadliwych lub uszkodzonych czujników na pracę silnika. [0009] Analiza następuje podczas fazy stacjonarnej pracy silnika spalinowego. Rozpoznanie paliwa następuje na podstawie obliczeń i analiz realizowanych za pomocą składników regulacyjnych regulatora PID. Należy tu nadmienić, że ustawienie ilości palia, która ma zostać doprowadzona do akumulatora ciśnienia układu wtryskowego jest określana przez regulator PID, który jest sterowany przez elektroniczny sterownik spełniający także inne zadania sterowania silnikiem spalinowym. Zasadniczo odbywa się to w taki sposób, że część P regulatora najpierw zgrubnie określa ilość paliwa (dla obu paliw jednakową), jaka ma być doprowadzona do akumulatora ciśnienia, przy czym część I (część integralna) regulatora realizuje dokładne doregulowanie do zadanego żądanego ciśnienia akumulatora. Czujnik ciśnieniowy mierzy przy tym bieżące ciśnienie w akumulatorze ciśnieniowym i przekazuje je do sterownika. W przypadku doprowadzania do akumulatora ciśnienia oleju rzepakowego, ze względu na jego większą lepkość, pompy ciśnieniowe pracują z większym współczynnikiem sprawności w porównaniu do przypadku oleju napędowego. W związku z tym, podczas pracy z olejem rzepakowym, wprowadzona do mechanizmu regulacyjnego mapa charakterystyk sterowania, za pośrednictwem elektrycznie sterowanego mechanizmu odmierzania paliwa, odmierza dla pomp za dużą ilość oleju rzepakowego, a więc ciśnienie akumulatora ciśnienia przewyższa żądane ciśnienie akumulatora ciśnienia. To podwyższone ciśnienie żądane zostaje doregulowane przez część I regulatora do ciśnienia żądanego. Jeśli silnik spalinowy podczas fazy pracy stacjonarnej pracuje ze znaną prędkością obrotową, regulator PID, odpowiednio do poprzednich wykonań, w krótkim przedziale czasu doregulowuje rzeczywiste ciśnienie paliwa w akumulatorze do ciśnienia żądanego zapisanego w sterowniku. Ze względu na poprzednie wykonania, w zależności od paliwa lub mieszanki paliwowej, pojawiają się

4 - 3 - przy tym różne wartości I. Te różne wartości I są porównywane z wartościami mapy charakterystyk wprowadzonymi do sterownika i na tej podstawie następuje określenie jakie paliwo lub jaka mieszanka paliwowa znajduje się w akumulatorze ciśnieniowym. Taka informacja może następnie zostać wykorzystana przykładowo do wspomnianego wcześniej dopasowania mocy silnika spalinowego. [0010] Kolejne korzystne wykonania wynalazku zostały zawarte w opisach rysunków, gdzie bliżej objaśniono przykłady wykonania przedstawione na figurach. [0011] Pokazano: Fig. 1 prezentacja układu wtryskowego bez stopnia niskiego ciśnienia, Fig. 2 mapę charakterystyk z lepkością kinematyczną mieszanek paliwowych oleju rzepakowego i napędowego w zależności od temperatury i Fig. 3 zmianę ciśnienia akumulatora ciśnieniowym w czasie [0012] Fig. 1 pokazuje układ wtryskowy samozapłonowego silnika spalinowego, w którym paliwo jest podawane do akumulatora ciśnienia 2 przez dwie pompy ciśnieniowe 1 korzystnie umieszczone w komorze korbowej. Akumulator ciśnieniowy 2 to Rail tzw. układu wtryskowego Common-Rail. Ilość paliwa podawanego do akumulatora ciśnienia 2 jest określana przez mechanizm odmierzania paliwa 3 po stronie wejściowej pomp ciśnieniowych 1, który jest zaopatrywany w paliwo za pośrednictwem przewodów paliwowych 4. Mechanizm odmierzania paliwa 3 określa ilość paliwa doprowadzanego do przestrzeni roboczych pomp ciśnieniowych 1 i za pośrednictwem przewodu odpływowego 5 odprowadza ewentualnie nadmierną część paliwa. Pompy ciśnieniowe 1 są napędzane przez krzywki, które są umieszczone na wałku rozrządu obok krzywek do sterowania zaworami. Paliwo doprowadzane przewodem 4 do mechanizmu odmierzania paliwa jest paliwem rozrzedzonym, zwłaszcza olejem napędowym, lub paliwem gęstym, zwłaszcza olejem rzepakowym, albo mieszanką tych dwóch paliw. Za pomocą odpowiedniego mechanizmu przełączającego można zmieniać rodzaj paliwa, a więc możliwe jest zasilanie naprzemienne lub łączne oboma paliwami. Mechanizm przełączający obejmuje przy tym także odpowiedni mechanizm łącznikowy, za pomocą którego do zbiornika na paliwo rozrzedzone lub do zbiornika na paliwo gęste jest odprowadzane paliwo, które zostało do niego skierowane poprzez przewód odpływowy 5 lub doprowadzone do niego przez przewód przelewowy 7. [0013] Akumulator ciśnieniowy 2 jest za pomocą kilku przewodów ciśnieniowych 8 połączony z wtryskiwaczami 9, poprzez które paliwo jest wtryskiwane do poszczególnych cylindrów silnika spalinowego. Wtryskiwacze 9 mają złącze przelewowe, które jest połączone z przewodem przelewowym 7. Równocześnie przewód przelewowy 7 jest połączony z przyłączem nadciśnieniowym akumulatora ciśnienia 2. Układ wtryskowy jest sterowany przez sterownik 10, który korzystnie realizuje całkowite sterowanie silnikiem spalinowym. W elektronicznym sterowniku 10 zapisane są mapy charakterystyk, na podstawie których, w zależności od przykładowo mechanizmów obsługowych, dzięki wysterowaniu wtryskiwaczy paliwo jest wtryskiwane do cylindrów silnika spalinowego. Odpowiednio do paliwa pobranego z akumulatora ciśnienia 2, za pośrednictwem mechanizmu

5 - 4 - odmierzania paliwa 3, który również jest sterowany przez sterownik 10, do pomp ciśnieniowych 1 doprowadzana jest odpowiednia ilość paliwa, skąd jest ono podawane do akumulatora ciśnienia. Ciśnienie w akumulatorze ciśnieniowym jest przy tym mierzone za pomocą czujnika i analizowane również w sterowniku 10. Należy przy tym uwzględnić to, że ciśnienie w akumulatorze ciśnieniowym 2 jest zmieniane w zależności od prędkości obrotowej, przy czym przy wzroście prędkości obrotowej następuje ustawienie większych wartości ciśnienia. [0014] Odpowiednie wysterowanie mechanizmu odmierzania paliwa 3 następuje za pomocą regulatora PID zintegrowanego ze sterownikiem 10. [0015] Odbywa się to w stanie stacjonarnym silnika spalinowego w następujący sposób: [0016] W stacjonarnym stanie silnika spalinowego, a więc przy stałym obciążeniu i stałej prędkości obrotowej, sterownik 10, odpowiednio do mapy charakterystyk, odczytuje z akumulatora ciśnienia określoną ilość paliwa, jaką należy ponownie doprowadzić do akumulatora ciśnienia 2 w celu zrealizowania wtrysku do komór spalania. To dopełnienie jest sterowane ciśnieniowo, czyli do sterowania używane jest ciśnienie panujące w akumulatorze ciśnieniowym. Odpowiednio część P regulatora PID najpierw ustawia proporcjonalną część do napełnienia akumulatora ciśnienia 2, która następnie jest korygowana lub doregulowywana przez część I do zadanej żądanej wartości ciśnienia w akumulatorze ciśnieniowym. Dla dokładnie zdefiniowanego punktu pracy wynika z tego, przykładowo dla pracy przy 100% rozrzedzonego paliwa, konkretna wartość części I, która jest zapisana w mapie charakterystyk w sterowniku. (To określenie może byś zrealizowane na hamowni.) [0017] Jeśli z kolei do mechanizmu odmierzania paliwa zostanie w 100% doprowadzone paliwo gęste, to ze względu na mniejsze wycieki podniesie się współczynnik sprawności pomp ciśnieniowych 1 i odpowiednio do ustawionej części P wzrośnie ciśnienie w akumulatorze ciśnieniowym 2 do wartości wyższej niż w pierwszym przypadku. Odpowiednio następuje doregulowanie do żądanego ciśnienia w akumulatorze z wartością części I różniącą się od tej z pierwszego przypadku. Ta różna wartość części I jest porównywana z odpowiednimi parametrami zapisanymi w sterowniku 10 i dzięki temu porównaniu można dokładnie określić, jakie paliwo lub jaka mieszanka paliwowa została doprowadzona do mechanizmu odmierzania paliwa za pośrednictwem przewodu doprowadzającego. [0018] Na fig. 2 pokazano zmianę lepkości kinematycznej mieszanek oleju rzepakowego z olejem napędowym przy różnych temperaturach. Najniższa charakterystyka, która przy temperaturze 100 C wykazuje lepkość kinematyczną 1 mm 2 /sek, określa przy tym 100% udział oleju napędowego. Każda z charakterystyk znajdujących się powyżej prezentuje mieszankę oleju rzepakowego z olejem napędowym, przy czym kolejno następuje zmniejszanie udziału oleju napędowego co 10%. Najwyższa charakterystyka pokazuje więc 100% udział oleju rzepakowego. [0019] Fizyczne wielkości determinujące to ściśliwość (w odnośnym przedziale ciśnień dla obu paliw może być postrzegana jako stała), współczynnik rozszerzalności objętościowej (tu

6 - 5 - oddziałują zmiany temperatury), zmiana gęstości (funkcja temperatury) i zmiana lepkości (jest również funkcją temperatury). Lepkość kinematyczna, do której odnosi się fig. 3 jest ilorazem lepkości dynamicznej i gęstości. Ponieważ wielkości wejściowe są zależne od temperatury, również lepkość kinematyczna jest zależna od temperatury. Rozpoznawanie paliwa powinno następować tylko przy określonych temperaturach oleju rzepakowego, ponieważ lepkość oleju rzepakowego jest wyraźnie bardziej zależna od temperatury niż w przypadku oleju napędowego. W przeciwieństwie do tego, różne niskie ciśnienie danych paliw nie ma większego wpływu na rozpoznawanie paliwa. [0020] Na fig. 3 pokazano trzy przewidywane fazy zmian ciśnienia Rail w czasie. Wychodząc od ciśnienia p1, w fazie 1 przedstawiono wzrost ciśnienia Rail do wartości p2. Ta faza ustala się przykładowo przy wzroście obciążenia od obciążenia częściowego do pełnego. W tej fazie nie ma możliwości rozpoznania paliwa. Faza 2 określa pracę stacjonarną silnika spalinowego, gdzie ciśnienie Rail pozostaje stałe w określonym przedziale czasu. W tej fazie istnieje możliwość rozpoznania paliwa. Faza 3 definiuje redukcję ciśnienia Rail od ciśnienia p2 do ciśnienia p1. Legenda [0021] 1 Pompa ciśnieniowa 2 Akumulator ciśnieniowy 3 Mechanizm odmierzania paliwa 4 Przewód doprowadzający 5 Przewód odprowadzający 6 Wałek rozrządu 7 Przewód przelewowy 8 Przewód ciśnieniowy 9 Wtryskiwacz 10 Sterownik Mirosława Ważyńska Rzecznik patentowy

7 - 6 - Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób zasilania silnika spalinowego, który naprzemiennie i/lub jednocześnie jest zasilany paliwem rozrzedzonym, zwłaszcza olejem napędowym, paliwem gęstym, zwłaszcza olejem rzepakowym, przy czym oba paliwa są podawane przez wspólny układ pomp ciśnieniowych (1) do akumulatora ciśnienia (2), z którego za pomocą wtryskiwaczy (9) są one wprowadzane do roboczych przestrzeni silnika spalinowego, przy czym silnik spalinowy i mechanizm wtryskiwaczy sterowane są za pomocą sterownika elektronicznego (10), przy czym ilość paliwa doprowadzanego do akumulatora ciśnienia (2) jest sterowana za pomocą regulatora PID i przy czym za pomocą sterownika elektronicznego rozpoznawane są różne właściwości paliw i na tej podstawie określany jest rodzaj paliwa znajdującego się w akumulatorze ciśnieniowym (2) i/lub znajdująca się w akumulatorze ciśnieniowym (2) mieszanka paliwowa i odpowiednio do tego następuje dopasowanie sterowania silnikiem spalinowym, znamienny tym, - że analiza następuje podczas fazy stacjonarnej pracy silnika spalinowego i - że rozpoznanie paliwa jest realizowane na podstawie różnie ustawiającej się części regulacyjnej I przez porównywanie części regulacyjnej I z odpowiednimi parametrami zapisanymi w sterowniku (10). 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że analizowana jest lepkość paliw. Mirosława Ważyńska Rzecznik patentowy

8 - 7 -

9 - 8 -

10 Ciśnienie Rail [bar] - 9 -