[发明专利]多燃料发动机中的燃料系统保护

说明书

技术领域

本申请涉及以多个燃料供给模式运行的多燃料系统内燃机中的燃料系统保护技术。

背景技术

采用天然气作为车辆的替代燃料来取代常规液体燃料，像汽油和柴油。存在许多促使使用天然气的因素，其中的两个因素是成本和排放物。在能量当量基础上，天然气比基于石油的燃料便宜。由于生产持续超过新石油储量的发现，原油价格持续上涨。相反，因为生产落后于新储量的发现，天然气的储量持续增加，保持其该价格远低于石油的价格。用天然气作为燃料的发动机比用汽油或柴油作为燃料的发动机产生更少的排放物。由于比以往更加严格的排放物标准，发动机制造商正寻求天然气来满足这些新标准。然而用于天然气车辆的燃料补给基础设施不如用于常规液体燃料的燃料补给基础设施广泛，这是影响天然气车辆尤其是消费汽车的应用的一个因素。目前可用的燃料补给站限于城市地区和主要运输走廊，这限制了行进的范围且需要车辆运行者安排有计划地加燃料的旅途。由于这些原因，在重型柴油卡车运输行业中较多采用天然气，因为这些车辆通常沿着天然气走廊运行和/或使用私人燃料补给设施。然而，由于上述促使使用天然气的因素，汽车制造商正开始将天然气燃料系统整合在现有的汽油燃料系统旁且使得内燃机适应多于一种的燃料，这些在本公开内容中被称为“多燃料发动机”。在本公开内容中，术语“天然气”和“气体”被可交换地使用且被理解为气体燃料的优选实施例，但是除了天然气之外还可采用其他气体燃料，诸如，乙烷、甲烷、丙烷、生物气、填埋气体、二甲醚、氢气及它们的混合物。

在一个这样的多燃料发动机中，有将液体燃料直接地引入到燃烧室内的直接喷射燃料系统，以及在进气阀上游将天然气引入到进气空气内的天然气端口喷射燃料系统。在此发动机内，当发动机运行在端口喷射天然气燃料供给模式时，液体燃料在未被致动的直接燃料喷射器内保持闲置。在此模式下，由于直接燃料喷射器的喷嘴位于燃烧室内，因此可能的是，来自端口喷射的燃料的燃烧的热量使得直接燃料喷射器内的液体燃料的温度升高到一个阀值温度以上，使得喷射器被损坏或碳沉积物开始形成。这些碳沉积物的形成导致直接燃料喷射器的污染，该污染影响液体燃料喷射的性能。

在另一个发动机系统中，有液体燃料直接喷射系统和端口燃料喷射系统。根据当前运行模式，该发动机可以用直接燃料喷射系统或端口燃料喷射系统或同时用两个燃料喷射系统供给燃料。如果发动机是多燃料发动机，则用于给发动机供给燃料且被递送到直接燃料喷射系统和端口燃料喷射系统的液体燃料可以是相同的燃料或不同的燃料。例如，当发动机启动时，以分层充气模式从直接喷射系统供给燃料是有利的，且在高负载或高速度下，发动机可以以预混合模式从端口喷射系统供给燃料。当用来自端口喷射系统的燃料运行发动机时、当液体燃料保持闲置在内部时，直接燃料喷射器可被污染。

2010年12月14日授予Pott等人的美国专利No.7,853,397(’397专利)公开了一种运行内燃机的方法，所述内燃机利用通过高压直接喷射器喷射的常规液体燃料(诸如汽油或乙醇)和利用被引入到进气空气歧管或端口中的气体燃料(诸如天然气或液化石油气)来运行。在气体燃料运行中，由于缺乏液体燃料的通过，因此存在高压直接喷射器变热且随后被损坏的危险或位于内部的燃料形成对喷射器性能具有不利影响的沉积物。为了避免这些问题，确定高压燃料喷射器的负载特性且如果此负载在限制值以上则转换到液体燃料运行，或液体燃料运行被带入气体运行，以使得高压喷射器内的液体燃料被吹扫且喷射器被冷却。基于发动机温度(运行参数)，从加权特性图中得出燃料喷射器上的热负载，对该热负载时间积分以确定负载特性值。’397专利的方法不确定高压喷射器的温度，而是确定代表喷射器上的经验热负载的存储能量。结果，在气体运行期间，虽然燃料喷射器的温度在临界值(在该临界值以上沉积物开始形成)以下，但是基于存储的能量会不必要地消耗液体燃料。’397专利的方法仅在气体运行期间确定高压喷射器上的热负载，而不为所有燃料供给模式(气体运行、液体燃料运行和混合燃料运行)连续地确定热负载。即，在气体运行期间，当确定热负载在限定值以上时，使液体燃料流动通过高压燃料喷射器以吹扫燃料和冷却喷射器。流动通过喷射器的液体燃料的量是基于冷却喷射器所预期的预定最小体积，而不是将燃料喷射器的温度减少到沉积物开始形成的临界值以下所需要的体积。此外，在气体运行期间，这导致不必要的和增加的液体燃料运行。