双燃料共轨瞬变压力控制及使用其的发动机制造技术

公开一种双燃料共轨瞬变压力控制及使用其的发动机。具体地，压燃发动机从共轨燃料喷射器加燃料，共轨燃料喷射器主要喷射天然气燃料，天然气燃料通过液体柴油燃料的少量先导喷射压燃。在快速负载损失瞬变之前和之后，基于发动机速度和负载控制液体轨压力和气体轨压力朝向相应压力。在瞬变过程中，相对于气体轨压力控制液体轨压力，以便在瞬变过程中保持液体轨压力大于气体压力，以避免气体燃料移入系统的液体燃料侧。

【技术实现步骤摘要】
双燃料共轨瞬变压力控制及使用其的发动机
本专利技术整体涉及双燃料压燃发动机，更具体地，涉及一种在负载损失瞬变过程中的共轨压力控制策略。
技术介绍
天然气逐渐成为用于为内燃机加燃料的有吸引力的替代。在一个具体例子中，压燃发动机主要利用直接喷射到每个发动机气缸中的源自气体燃料共轨的天然气和来自液体燃料共轨的液体柴油燃料加燃料。两种燃料从同一燃料喷射器喷射，并且通过压燃液体柴油燃料的少量先导喷射来点燃相对大充量的气体燃料。当两种燃料从单个燃料喷射器喷射时，存在气体燃料移入液体侧的可能性，反之亦然，这会导致对燃料系统的适当操作的不利影响。共有的美国专利申请公开No.2012/0285417示出这种双燃料系统的例子。在典型的操作过程中，液体燃料压力保持大于气体燃料压力，以抑制气体燃料移入燃料系统的液体燃料侧。液体燃料共轨中的压力能够由于液体燃料的相对不可压缩性而快速变化。但是，改变气体燃料共轨中的压力由于气体燃料的高度可压缩特性而大不相同。在保持抑制气体燃料移入燃料系统的液体燃料侧的压差的同时，在负载损失瞬变过程中减小气体燃料共轨中的压力而不将大量气体通至大气是困难的。本专利技术指向上述问题中的一个或多个。
技术实现思路
一方面，一种操作发动机的方法包括将气体燃料和液体燃料分别从燃料喷射器的气体喷嘴出口组和液体喷嘴出口组直接喷射到发动机气缸中。喷射的液体燃料被压燃以便又点燃气体燃料。通过保持液体轨压力大于气体轨压力来抑制在燃料喷射器内气体燃料移入液体燃料。迁移抑制步骤包括在瞬变之前和之后执行第一轨压力控制算法，并且在瞬变过程中执行第二轨压力控制算法。瞬变是通过从第一速度和负载的高燃料需求状态变化为第二速度和负载的低燃料需求状态开始的。另一方面，一种发动机包括发动机壳体，发动机壳体限定多个气缸，多个对应的活塞在多个气缸内往复运动以限定大于14:1的压缩比。气体燃料共轨和液体燃料共轨流体地连接到多个燃料喷射器中的每个，每个燃料喷射器包括定位用于直接喷射到气缸之一中的气体喷嘴出口组和液体喷嘴出口组。用于抑制在燃料喷射器内气体燃料移入液体燃料的机构包括电子控制器，电子控制器能够在瞬变之前和之后执行第一轨压力控制算法以保持液体轨压力大于气体轨压力，并且在瞬变过程中执行第二轨压力控制算法以保持液体轨压力大于气体轨压力。瞬变包括从第一速度和负载的高燃料需求状态变化为第二速度和负载的低燃料需求状态。附图说明图1是根据本专利技术的另一方面的发动机的示意图；图2是图1中所示发动机的一部分的立体图；图3是经过图2中所示发动机的一部分的剖视立体图；图4是用于向单独的燃料喷射器供给气体燃料和液体燃料的同心套筒组件的侧剖视图；图5是用于图2-5的发动机的燃料喷射器的前剖视图；图6是图5的燃料喷射器的控制部分的放大剖视图；图7是在快速负载损失瞬变事件之前、过程中和之后的液体轨压力和气体轨压力与时间的曲线图；以及图8是示出在瞬变之前和之后使用的第一轨压力控制算法和在瞬变过程中使用的第二轨压力控制算法的逻辑流程图。具体实施方式最初参照图1-4，双燃料发动机20包括限定多个发动机气缸22的发动机壳体21。虽然在图1中不可见，发动机20可以以本领域熟知的方式支撑在机器主体上。活塞23在每个气缸22中往复运动，以限定大于14:1的压缩比，这通常与适合于压燃喷射的液体柴油燃料的压缩比相关联。在图示的实施方式中，发动机20包括二十个发动机气缸22。但是，本领域技术人员将理解，具有任意数量的气缸的发动机也落入本专利技术的指定范围内。双燃料共轨系统29确切地包括定位用于直接喷射到多个发动机气缸22的每个中的一个燃料喷射器30。双燃料共轨系统29包括分别流体地连接到每个燃料喷射器30的气体燃料入口101和液体燃料入口102的气体燃料共轨40和液体燃料共轨41。双燃料共轨系统29包括气体供给和压力控制装置43，其将气体燃料供给到气体燃料共轨40并控制气体燃料共轨40中的压力。气体供给和压力控制装置43可以包括加压低温液化天然气罐31，其出口流体地连接到可变输送低温泵36，并且还可以包括换热器32、贮存器33、气体过滤器34和控制气体燃料共轨40中的气体燃料的压力的燃料调节模块35。液体供给和压力控制装置44可以包括柴油燃料罐37、燃料过滤器38和向液体燃料共轨41供给液体燃料并且控制液体燃料共轨41中的压力的电子控制的高压燃料泵39。截止阀45可以定位成使气体燃料共轨40与气体燃料供给和压力控制装置43的供给部分（即，贮存器33和低温泵36）隔离。电子控制器50可以与截止阀45、液体供给和压力控制装置44、气体供给和压力控制装置43以及每个燃料喷射器30控制通信。压力传感器47和48可以分别将液体和气体燃料压力通信至电子控制器50。虽然不是必须的，气体燃料共轨40和液体燃料供给41可以由与液体燃料管线52和气体燃料管线53串联相连的多个菊链块51组成。可以利用包括定位在外部套筒56内的内部套筒55的同轴套筒组件54将液体燃料和气体燃料供给到单独的燃料喷射器30。液体燃料通过内部套筒55供给到燃料喷射器30，并且气体燃料在内部套筒55和外部套筒54之间的空间中供给到燃料喷射器30。每个块51可以利用负载调节夹具57来推同轴套筒组件54，使得内部套筒55和外部套筒56落座在每个燃料喷射器30的共同的锥形座27上。另外参照图5和6，图示用在发动机20中的示例性燃料喷射器30。燃料喷射器30包括喷射器主体100，其限定均通过共同的锥形座27（图4）打开的用于气体燃料的气体燃料入口101和用于液体燃料的液体燃料入口102。气体燃料入口101经由在图5的剖视图中不可见的通道流体地连接到布置在喷射器主体100内的气体喷嘴室114。类似地，液体燃料入口102经由在图5的剖视图中不可见的通道流体地连接到液体喷嘴室115。在所示实施方式中，液体喷嘴室115通过与气体单向阀构件110相关联的单向引导区域118而与气体喷嘴室114分离。虽然存在其他位置，诸如同轴套筒54接触喷射器主体100的共同的锥形座27的位置，在单向引导区域118中存在的引导间隙中可能出现一种燃料移入另一种燃料。如在
技术介绍
中讨论的，通过保持液体燃料共轨41中的液体燃料压力高于气体燃料共轨40中的压力，能够抑制来自气体喷嘴室114的气体燃料移入液体喷嘴室115。例如，在额定条件下，液体燃料轨41可能保持在大约40MPa，而气体燃料共轨可能保持在大约35MPa。怠速时，相应的液体轨压力和气体轨压力可能分别保持在25和20MPa。该压差可以抑制气体燃料移入液体燃料，但可以允许少量液体燃料沿着引导区域118从液体喷嘴室115移到气体喷嘴室114。该少量泄漏对于润滑与气体单向阀构件110相关联的单向引导区域118和座108可能是有益的。喷射器主体100限定气体喷嘴出口组103、液体喷嘴出口组104和排放出口105。第一控制室106和第二控制室107布置在喷射器主体100内。气体单向阀构件110具有暴露于第一控制室106中的流体压力的闭合液压表面112。气体单向阀构件110可以在如图所示与第一喷嘴座108接触以使气体燃料入口101与气体喷嘴出口组103流体地阻隔的闭合位置和不与第一喷嘴座108接触以将气体燃料入口101流体地连接至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作发动机的方法，包括以下步骤：将气体燃料和液体燃料分别从燃料喷射器的气体喷嘴出口组和液体喷嘴出口组直接喷射到发动机气缸中；使喷射的液体燃料压燃以点燃气体燃料；通过保持液体轨压力大于气体轨压力来抑制在燃料喷射器内气体燃料移入液体燃料；所述抑制步骤包括在瞬变之前和之后执行第一轨压力控制算法，并且在瞬变过程中执行第二轨压力控制算法；通过从第一速度和负载的高燃料需求状态变化为第二速度和负载的低燃料需求状态来开始瞬变。

【技术特征摘要】
2013.04.19 US 13/866,3031.一种操作发动机的方法，包括以下步骤：将气体燃料和液体燃料分别从燃料喷射器的气体喷嘴出口组和液体喷嘴出口组直接喷射到发动机气缸中；其特征在于，所述方法还包括以下步骤：使喷射的液体燃料压燃以点燃气体燃料；通过保持液体轨压力大于气体轨压力来抑制在燃料喷射器内气体燃料移入液体燃料；所述抑制步骤包括在瞬变之前和之后执行第一轨压力控制算法，并且在瞬变过程中执行第二轨压力控制算法；通过从第一速度和负载的高燃料需求状态变化为第二速度和负载的低燃料需求状态来开始瞬变。2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一轨压力控制算法的执行包括：在瞬变之前，基于第一发动机速度和负载控制液体轨压力朝向第一预定目标压力，并且控制气体轨压力朝向低于第一预定压力的第一气体压力；以及在瞬变之后，基于第二发动机速度和负载控制液体轨压力朝向第二预定目标压力，并且控制气体轨压力朝向低于第二预定压力的第二气体压力；并且第二轨压力控制算法的执行包括：在瞬变过程中，控制液体轨压力朝向等于气体轨压力加偏置压力的瞬变目标压力，并且控制气体轨压力朝向第二气体压力。3.根据权利要求1所述的方法，包括在瞬变过程中关闭流体地定位在气体燃料轨和气体燃料供给系统之间的截止阀的步骤。4.根据权利要求1所述的方法，包括在瞬变过程中在至少一个发动机循环中将气体燃料和液体燃料喷射至不到所有的多个发动机气缸中的步骤，其中，第一轨压力控制算法的执行包括：在瞬变之前，基于第一发动机速度和负载控制液体轨压力朝向第一预定目标压力，并且控制气体轨压力朝向低于第一预定压力的第一气体压力；以及在瞬变之后，基于第二发动机速度和负载控制液体轨压力朝向第二预定目标压力，并且控制气体轨压力朝向低于第二预定压力的第二气体压力；并且第二轨压力控制算法的执行包括：在瞬变过程中，控制液体轨压力朝向等于气体轨压力加偏置压力的瞬变目标压力，并且控制气体轨压力朝向第二气体压力。5.一种发动机，包括：发动机壳体，其限定多个气缸，多个对应的活塞在所述多个气缸内...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·R·科尔德伦，S·T·格兰特，F·罗姆巴迪，D·R·帕克特，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US