[發明專利]氣體燃料直噴系統

有效

• 申請號: 200680007367.X
• 申請日: 2006-01-27
• 公開（公告）號: CN101137832A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: D·J·卡利;G·P·卡思卡特;J·W·帕盧赫
• 申請（專利權）人: 軌道澳大利亞股份有限公司
• 主分類號: F02D41/30
• 分類號: F02D41/30;F02B43/00;F02M21/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 朱德強

技術領域

本發明涉及使用氣體燃料的內燃發動機的燃料直噴系統。

背景技術

氣體燃料不僅指壓縮氣體燃料，例如壓縮天然氣(CNG)、氫氣(H₂)以及液化石油氣(LPG)。

在發動機中用氣體燃料代替更為普遍使用的液體燃料有許多潛在的優點。例如，普遍認識到使用氣體燃料的發動機的廢氣排放量要比使用液體燃料的發動機的要低。目前，每升氣體燃料的費用與普遍使用的每升液體燃料的費用相比，使用某些氣體燃料還可以給用戶帶來費用上的明顯節省。通過將氣體燃料噴射到柴油和火花點火發動機中來得到這些優點。

申請人已經開發了某種火花點火、直噴兩沖程和四沖程循環內燃發動機技術，例如在美國專利4934329中描述的那樣，在此將該專利的內容引入作為參考。術語“直噴”是指使用了可將燃料直接噴入內燃發動機(包括火花點火型和柴油型)的燃燒室的燃料噴射器。然而，火花點火直噴發動機的運行環境與柴油發動機的運行環境有明顯的不同。例如，現代火花點火發動機典型地以明顯高于相應柴油發動機的發動機轉速運行。因此，與柴油發動機相比，火花點火發動機對燃料直噴系統以及相關控制系統提出了更苛刻的要求。

申請人的內燃發動機技術主要使用液體燃料，但是也可用于使用氣體燃料的發動機。例如，申請人的歐洲專利760424(在此將其內容引入作為參考)公開了用于火花點火內燃發動機(優選為兩沖程發動機)的氣體燃料直噴系統。在進氣口關閉之后，燃料噴射系統開始直噴氣體燃料，在發動機的壓縮沖程大體完成之前，噴射完成。

可選地和如更傳統的情形，可將氣體燃料噴入進氣歧管或往復式發動機的進氣口。這種噴射排出空氣，這會減少捕獲的空氣和發動機的最大扭矩(在噴射氫氣的情況下，由于排出了引入的空氣，會使發動機最大扭矩的損失可最高達到30％，而在噴射CNG的情況下，這種損失可最高達到10％)。在入口關閉之后或在壓縮沖程期間，將氣體燃料直噴入發動機汽缸內可以避免排出空氣，但是對噴射時刻有嚴格的限定。對于典型的汽車四沖程發動機，滿負荷運行的燃料應小于4.0msec地噴射，以避免在高的發動機轉速下將空氣排出。燃料噴射系統還必須在怠速和低負荷運行條件下提供可控燃料計量。而運行動態范圍超過了典型的電磁計量閥的能力。為了增加燃料噴射系統的響應和噴射器的運行范圍而進行的進展(例如通過可調閥門升程得到可調流量)增加了噴射器的成本和復雜性。

美國專利5771857公開了直噴式氣體柴油發動機系統，且將其制造成更適于通過可提供可變氣體壓力控制的燃料控制系統來使用天然氣燃料。由發動機電子控制模塊控制的可調氣體壓力調節器提供必要的氣體壓力控制。

美國專利5329908公開了天然氣噴射系統，其使用具有氣體儲蓄器(儲蓄器的容積至少是燃料最大可噴射量的十倍)的燃料噴射器。在第一實施例中，使用可調的燃料供應設備，只要壓縮氣體的供應壓力足夠高(至少接近2000psi)，電子控制單元(ECU)控制在每個活塞接近其上止點時將壓縮氣體噴射到汽缸內的噴射時刻以獲得與柴油發動機類似的功率，當壓縮氣體的供應壓力比高功率運行所需要的值要低時(即低于2000psi)，ECU會改變運行方式以在活塞接近其下止點位置時將燃料噴射到發動機中，從而在點火前預先使之與空氣混合以得到與汽油發動機類似的功率。燃料供應設備具有包括帶有液壓泵的多個氣體罐和液體罐的主氣體供應設備，液壓泵將液體從液體容納罐中抽入氣體容納罐中以向氣體容納罐加壓，從而維持氣體罐中的高壓。

美國專利5367999公開了氣體燃料輸送系統和方法，通過可調地維持到氣體燃料發動機的氣體燃料壓力來改善氣體燃料發動機的性能。讓氣體燃料從儲存設備中流向燃料壓力調節器，燃料壓力調節器能可調地動態地減少來自儲存壓力的燃料壓力且將氣體燃料壓力維持在需要的受控供應壓力上。

日本專利申請2004-353458給出了一種燃料供應系統，其中將壓縮天然氣(CNG)用作燃料，且利用調節器來降低燃料壓力使之接近大氣壓力，并隨后通過可調升壓泵來升高壓力。根據發動機的運行情況，在可調升壓泵的幫助下，將燃料升壓至指定噴射壓力。

典型地，現有技術包括了可調燃料壓力調節器，且其典型地包括了例如隔膜和彈簧這樣機械部分，它們會產生慣性滯后和響應不足。

發明內容

本發明的目的是在使用傳統噴射器以使噴射器的復雜性和燃料噴射系統的費用最小化的同時，改善氣體燃料發動機的發動機性能。