[发明专利]循环中期的燃料喷射策略

说明书

技术领域

本申请涉及根据发动机图(engine map)中的供燃区域(fuelling region)将气态燃料引入至内燃机的技术，所述发动机图是随着发动机运行条件的变化而确定的。

背景技术

替代燃料诸如天然气被发动机制造商采用在所谓的双燃料(dual fuel)发动机、二元燃料(bi-fuel)发动机和可变燃料(flex-fueled)发动机中。双燃料发动机是用多于一种的燃料类型同时供燃的，例如消耗天然气作为主燃料且消耗柴油作为引燃燃料的发动机。二元燃料发动机可以消耗多于一种的燃料类型，但是一次仅用一种类型供燃，诸如消耗汽油或天然气但却不将两者一起消耗的发动机。可变燃料发动机结合双燃料发动机和二元燃料发动机两者的特征，并且可以同时消耗多于一种的燃料类型或者可以以单一燃料运行。例如这样的发动机：其通常消耗汽油或天然气，但根据发动机运行条件也可以同时消耗这两种燃料。

作为在直接喷射汽油发动机中采用替代燃料的第一步，制造商整合端口喷射系统，其引入气态燃料以使得该发动机可以作为二元燃料发动机或可变燃料发动机运行。一种用于这些发动机的示例性替代燃料是天然气。因为天然气被认为是一种替代燃料而不是基本燃料，所以这些发动机被优化用于用汽油运行。当发动机用天然气运行时，相比于用汽油运行，其导致减少的功率和扭矩。此减弱的性能的一个原因是在进气冲程期间由天然气取代空气。由于将汽缸中的空气取代，可用来与燃料一起燃烧的氧化剂就较少，这减小了平均燃烧压力和可用于推进车辆的功率。

由于汽油在成本上相对于天然气持续增大并且排放条例变得更严格，发动机制造商有动机在单燃料发动机之外还将二元燃料发动机和可变燃料发动机优化用于以天然气运行。用于增大消耗天然气的发动机的功率和性能的一种已知技术是引入高压的天然气。这需要将天然气加压至高喷射压力，涉及额外部件，诸如泵、热交换器和高压管路，那会增大燃料系统的成本。天然气是可压缩流体，与作为不可压缩流体的汽油相比，需要显著更多的用于加压的能量和时间。在一些应用中，使天然气加压所需要的增大的成本和额外的时间通过其他的经济和物流因素抵消，但是在其他一些应用中它是不可接受的。优化发动机中的天然气运行的其他技术采用向外开口直接喷射器。这些喷射器具有不足的流速，这影响将天然气引入至汽缸的技术。天然气与所捕获的增压气体(charge)的混合较差且导致损失燃烧效率，还减弱在较高发动机速度处(在较高发动机速度处可用于喷射和混合的时间窗(time window)较短)的性能。

公开号为US 2003/0140902 A1、标题为“CNG Direct-Injection Into IC Engine”的美国专利申请公开了一种使用天然气运行四冲程内燃机的方法。该‘902申请公开了，由此在高扭矩-全扭矩运行条件下，在接近吸气冲程的终点或压缩冲程的起点处将天然气直接喷射至发动机的汽缸内。所述方法声称能够喷射气态燃料而不需要产生比储存压力高的气体压力。然而，该系统的一个缺点是在这样的高负载条件下，发动机消耗更多的燃料，并且低气态燃料喷射压力下可能很难足够早地将足够的燃料喷射至汽缸内以允许充分的时间来与汽缸内的增压气体混合。该‘902申请还声称其方法的优点中的一个是“还避免了切换到将伴随着空气的燃料吸入。”

现有技术缺乏改善性能的、随着发动机操作条件的变化将气态燃料引入至内燃机的技术。

发明内容

公开了一种用于将气态燃料引入内燃机的燃烧室内的方法，该方法包括将发动机图分割成三个相异区域，在每个区域内具有不同的运行模式。第一区域是一个预定低负载范围，并且当内燃机在第一区域内运行时，运行模式包括在进气冲程期间、在与燃烧室相关联的进气阀关闭之前将气态燃料引入至燃烧室。第二区域是一个预定高负载低速范围，并且当内燃机在第二区域内运行时，运行模式包括在进气阀关闭之后将气态燃料直接喷射至燃烧室内。第三区域是一个预定高负载高速范围，并且当内燃机在所述第三区域内运行时，运行模式包括在进气冲程期间、在进气阀关闭之前将气态燃料的第一部分引入至燃烧室以及在进气阀关闭之后将气态燃料的第二部分直接喷射至燃烧室内。