用于使气体燃料喷射器的沉积物减少的技术制造技术

一种使气体燃料喷射器中的沉积物减少的方法，所述气体燃料喷射器用于将气体燃料经气体燃料孔直接引入内燃发动机的燃烧室中，该方法包括以下至少一者：a)将气体燃料孔的长度减少显示出沉积物的积聚高于预定阈值的原有气体燃料孔的原有长度的大致10％至50％；b)使气体燃料孔具有向内地且大致线性地渐缩的轮廓；c)判定需要使沉积物减少，并执行以下使沉积物减少的技术中的至少一者：i)增加气体燃料喷射压力，由此在燃料喷射期间沉积物的积聚得以减少；以及ii)降低气体燃料温度，由此沉积物积聚的速率降低；以及(d)在内燃发动机停机期间，喷射压缩空气穿过气体燃料孔；由此因气体燃料孔中沉积物的积聚而引起的内燃发动机中的扭矩损失降低到预定值以下。

Technology for reducing sediment of gaseous fuel injectors

A method of reducing the sediment in a gas fuel injector, the gas fuel injector used to direct the gas fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine by a gas fuel hole, which includes at least one of the following: a) reducing the length of the gas fuel hole to show that the accumulation of the sediment is higher than the predetermined threshold. The original length of the gas fuel hole is approximately 10% to 50%; b) causes the gas fuel hole to have an outline that is roughly linearly shrinking to the mainland; c) determines the need to reduce the sediment and executes at least one of the techniques that reduce the sediment: I) to increase the jet pressure of the gas fuel, thus the sediment during the fuel injection. The accumulation is reduced; and II) reduces the gas fuel temperature, thus reducing the rate of accumulation of sediment; and (d) the injection of compressed air through the gas fuel hole during the shutdown of the internal combustion engine; thus, the torque loss in the internal combustion engine caused by the accumulation of sediment in the gas fuel hole is reduced to below the predetermined value.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使气体燃料喷射器的沉积物减少的技术
本申请涉及使在内燃发动机中使用的燃料喷射器的沉积物减少的技术、特别是使气体燃料喷射器的沉积物的减少的技术。
技术介绍
高压直喷(HPDI)是一种用于下述内燃发动机的技术，其中气体燃料在压缩冲程后期被引入燃烧室并以分层燃烧模式燃烧。HPDI技术提供的扭矩性能与燃烧柴油燃料的内燃发动机领域的现有技术水平相当，并且与这些柴油发动机相比，其排放物减少并且燃料供应成本更低。本文所使用的气体燃料是在标准温度和压力下处于气体状态的任何燃料，在本申请的背景中，标准温度和压力为20摄氏度(℃)和1大气压(ATM)。在HPDI发动机中使用的典型的气体燃料为天然气。天然气为多种气体的合成物，其主要成分为甲烷，其中甲烷的摩尔分数通常可以在70％至90％之间变化。除天然气和甲烷燃料外，其他气体燃料包括丙烷、丁烷、氢气、乙烷、沼气及其混合物。在常规的柴油燃料发动机中，燃料在压缩冲程期间通过燃烧室中建立的压力和温度点燃，这被称作压缩点火。甲烷是一种不易被压缩点燃的具有相对较高的辛烷值、低十六烷值的燃料(与具有相对较低的辛烷值、高十六烷值的柴油燃料不同)。通常使用引燃燃料来点燃HPDI发动机中的气体燃料。引燃燃料在压缩冲程后期、气体燃料喷射之前、喷射期间和/或喷射之后被引入，并且被压缩点燃；并且引燃燃料的燃烧建立了适于点燃气体燃料的压力和温度环境。一种示例性的引燃燃料为柴油燃料。将气体燃料和引燃燃料二者直接喷射到轻型、中型和重型内燃发动机的燃烧室中很有挑战性。为了改善点燃和燃烧性能，将气体燃料射流与相应的引燃燃料射流对齐是有利的。然而，多种因素结合在一起使得气缸盖中几乎没有空间来放置各个单独的气体燃料喷射器和引燃燃料喷射器。与各个单独的燃料喷射器相比，相对彼此各自独立地引入引燃燃料和气体燃料二者的同心针式燃料喷射器在气缸盖中占据更小的面积，并且允许气体燃料射流和引燃燃料射流之间的对称量增加。集成的并排式燃料喷射器与各个单独的燃料喷射器相比同样占据更小的面积，尽管与同心针式燃料喷射器相比其占据更大的面积，但在某些应用中其所占面积是可以接受的。如在本文中所使用的，引入液体燃料和气体燃料的双燃料喷射器包括同心针式燃料喷射器以及并排式燃料喷射器二者。液体燃料为在标准温度和压力下处于液态的任何燃料，包括柴油、二甲醚、生物柴油、煤油以及船用柴油(DFM)。已经发现，使用新的且此前未使用过的双燃料喷射器运行的内燃发动机在初始磨合期遭受扭矩损失，这之后扭矩损失速率大幅下降。也就是说，在没有任何补偿因素的情况下，发动机在特定的指定燃料供应量下的的扭矩输出在磨合期内下降。如在本文中所使用的，磨合期定义为当新的燃料喷射器以预先限定的发动机负荷和速度运行时、或者当其替代地以预定的操作周期运行时、转矩损失速率降低到预定值、优选为零、所用的时间量。特征性在于，磨合期可以根据发动机映射中的燃料喷射器所使用的部分而改变。参照图1，曲线10示出了使用双燃料喷射器的发动机系统的扭矩曲线，其中该双燃料喷射器未使用使沉积物积聚的减少技术。在时间T1后，由于沉积物的积聚，发动机的扭矩已从标称值降低到稳定值扭矩TR1。随着发动机的运转，沉积物形成于引入液体燃料和气体燃料的喷嘴孔上，因此减小各个孔的横截面流动面积。随着沉积物的积聚，流经这些喷嘴孔的燃料的质量流率降低，使得在任何给定喷射压力下、在给定喷射最佳时段期间，所喷射的燃料的总量减少。这导致燃烧放热减少以及随之而来的扭矩损失。此外，取决于特定的燃料喷射器和应用，沉积物可能在磨合期之后继续积聚，导致性能随时间经过而进一步下降。本领域现有技术缺乏用于减少引入液体燃料和/或气体燃料的燃料喷射器中沉积物积聚的影响的技术。本专利技术的方法和设备提供了用于减少在内燃发动机中使用的燃料喷射器中的沉积物的技术。
技术实现思路
一种使气体燃料喷射器中的沉积物减少的改进方法，所述气体燃料喷射器经气体燃料孔将气体燃料直接引入内燃发动机的燃烧室中，该方法包括以下至少一者：a)将气体燃料孔的长度减少显示出沉积物的积聚高于预定阈值的原有气体燃料孔的原有长度的大致10％至50％；b)使气体燃料孔具有向内地且大致线性地渐缩的轮廓；c)判定需要沉积物减少，并执行以下沉积物减少技术中的至少一者：i)增加气体燃料喷射压力，由此使得沉积物的积聚在燃料喷射期间得以减少；和ii)降低气体燃料温度，由此使得沉积物积聚的速率降低；以及d)在内燃发动机停机期间，喷射压缩空气穿过气体燃料孔；其中，因气体燃料孔中的沉积物积聚而引起的内燃发动机中的扭矩损失降低到预定值以下。在示例性实施例中，气体燃料喷射器为同样将液体燃料经液体燃料孔直接引入燃烧室的双燃料喷射器。该方法进一步包括以下至少一者：a)将液体燃料孔的长度减少显示出沉积物的积聚高于预定阈值的原有气体燃料孔的原有长度的大致10％至50％；b)使液体燃料孔具有向内地且大致线性地渐缩的轮廓；c)判定需要使沉积物减少，并执行以下沉积物减少技术中的至少一者：i)增加液体燃料喷射压力，由此使得在燃料喷射期间沉积物的积聚得以减少；以及ii)降低液体燃料温度，由此使得沉积物积聚的速率降低。一种用于将气体燃料直接引入内燃发动机的燃烧室的改进的气体燃料喷射器，包括气体燃料喷射阀；气体燃料孔，所述气体燃料孔在气体燃料喷射阀下游的第一室与气体燃料喷射器的外侧之间延伸；其特征在于以下沉积物减少特征中至少一者：(a)将气体燃料孔的长度减少大致原有气体燃料孔长度的10％至50％；以及(b)气体燃料孔包括向内地且大致线性地渐缩的轮廓；由此，因气体燃料孔中沉积物的积聚而引起的内燃发动机中的扭矩损失降低到预定值以下。在示例性实施例中，气体燃料喷射器为同样将液体燃料引入燃烧室的双燃料喷射器。气体燃料喷射器还包括液体燃料喷射阀和液体燃料孔，该液体燃料孔在液体燃料喷射阀下游的第二室与双燃料喷射器的外侧之间延伸，其特征在于以下沉积物减少特征中的至少一者：(a)液体燃料孔的长度减少大致原有液体燃料孔长度的大致10％至50％；以及(b)液体燃料孔包括向内地且大致线性地渐缩的轮廓。一种使内燃发动机的燃料喷射器的沉积物减少的改进方法，包括用涂层涂覆喷嘴、喷嘴孔和阀构件中至少一者，所述涂层为以下至少一者：(a)氟硅烷基涂层；(b)包含氧化铈、镧系元素氧化物、过渡金属和过渡金属氧化物中至少一者的催化涂层；以及(c)包含促进形成多孔结构的沉积物成核位点的催化涂层。对于使得将液体燃料和气体燃料分别独立地引入的双燃料喷射器的沉积物减少的技术，可以选择性地并且独立于本文所描述的其他减少方法地采用另一种方法。该方法包括将液体燃料与添加剂混合，使得气体燃料喷嘴孔中沉积物的积聚减少。类似地，对于仅将气体燃料经气体燃料喷嘴孔引入并且由液压流体液压地致动的气体燃料喷射器的沉积物减少，可以选择性地并且独立于本文所描述的其他减少方法地采用包括使液压流体与添加剂混合使得气体燃料喷嘴孔中沉积物的积聚减少的方法。附图说明图1示出了未使用沉积物积聚减少技术和使用了沉积物积聚减少技术的发动机的扭矩曲线；图2是根据一个实施例的用于内燃发动机的液体和气体燃料系统的示意图；图3是图2的内燃发动机中的双燃料喷射器的喷嘴的示意图；图4和图5分别是根据一实施例的减少沉积物积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使气体燃料喷射器中的沉积物减少的方法，所述气体燃料喷射器经气体燃料孔将气体燃料直接引入内燃发动机的燃烧室中，所述方法包括以下至少一者：a)将所述气体燃料孔的长度减少显示出沉积物的积聚高于预定阈值的原有气体燃料孔的原有长度的大致10％至50％；b)使所述气体燃料孔具有向内地且大致线性地渐缩的轮廓；c)判定需要沉积物减少；并且执行以下使沉积物减少的技术中的至少一者：i)增加气体燃料喷射压力，由此使得在燃料喷射期间沉积物的积聚得以减少；以及ii)降低气体燃料温度，由此使得沉积物积聚的速率得以降低；以及d)在所述内燃发动机停机期间，喷射压缩空气穿过所述气体燃料孔；其中，因所述气体燃料孔中的沉积物积聚而引起的所述内燃发动机中的扭矩损失降低到预定值以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.27 US 62/210,9211.一种用于使气体燃料喷射器中的沉积物减少的方法，所述气体燃料喷射器经气体燃料孔将气体燃料直接引入内燃发动机的燃烧室中，所述方法包括以下至少一者：a)将所述气体燃料孔的长度减少显示出沉积物的积聚高于预定阈值的原有气体燃料孔的原有长度的大致10％至50％；b)使所述气体燃料孔具有向内地且大致线性地渐缩的轮廓；c)判定需要沉积物减少；并且执行以下使沉积物减少的技术中的至少一者：i)增加气体燃料喷射压力，由此使得在燃料喷射期间沉积物的积聚得以减少；以及ii)降低气体燃料温度，由此使得沉积物积聚的速率得以降低；以及d)在所述内燃发动机停机期间，喷射压缩空气穿过所述气体燃料孔；其中，因所述气体燃料孔中的沉积物积聚而引起的所述内燃发动机中的扭矩损失降低到预定值以下。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括将所述气体燃料孔的出口开口直径与入口开口直径之间的差异设置为大致介于3微米至50微米之间。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，沉积物减少的判定包括以下至少一者：a)评估沉积物积聚水平；并且当所评估的沉积物积聚水平高于预定值时，判定需要沉积物减少；b)对发动机循环数进行计数；并且当所述发动机循环数大于预定值时，判定需要沉积物减少；以及c)对所经时间量进行计时；并且当所述所经时间量大于预定值时，判定需要沉积物减少。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，所述方法进一步包括通过将所述气体燃料的燃料喷射正时提前来增加喷射压力。5.根据权利要求4所述的方法，其中，将气体燃料喷射正时提前至少40度的曲柄转角角度。6.根据权利要求4所述的方法，所述方法进一步包括当所述内燃发动机在没有增压的情况下运转时将燃料喷射正时提前。7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述气体燃料喷射器是与所述内燃发动机中相应的燃烧室相关联的多个气体燃料喷射器中的一个，所述方法还包括使一个或多个燃烧室停缸并增加其余燃烧室的燃料供给，其中燃料供给总量保持不变。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述沉积物减少的判定包括以下至少一者：在所述内燃发动机的发动机映射中的燃烧室温度升高到预定值以上的部分中进行操作；以及评估所述气体燃料喷射器的喷嘴温度高于预定值。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，所述方法进一步包括减少所述内燃发动机的发动机冷却剂与所述气体燃料之间的热传递，其中气体燃料温度降低。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，所述方法进一步包括捕集来自所述内燃发动机的燃烧室的压缩空气。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述内燃发动机处于发动机制动模式。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述气体燃料是天然气。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述气体燃料喷射器为也将液体燃料经液体燃料孔直接引入所述燃烧室的双燃料喷射器，所述方法进一步包括以下至少一者：a)将所述液体燃料孔的长度减少显示出沉积物的积聚高于预定阈值的原有气体燃料孔的原有长度的大致10％至50％；b)使所述液体燃料孔具有向内地且大致线性地渐缩的轮廓；c)判定需要沉积物减少；并且执行以下沉积物减少的技术中的至少一者：i)增加液体燃料喷射压力，由此使在燃料喷射期间沉积物的积聚得以减少；以及ii)降低液体燃料温度，由...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·索莱里，P·奥莱特，H·卡里米谢里夫，
申请(专利权)人：西港能源有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA