[發明專利]用于較大動態動力范圍的高度準確的連續流動汽化燃料供應

有效

• 申請號: 201380000856.2
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103958874B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: M·W·沃爾澤;R·W·沃爾澤;C·M·科爾;J·H·桑德斯;J.格羅根;K.肖斯;K.古利爾莫
• 申請（專利權）人: 電控裝置有限責任公司
• 主分類號: F02D41/00
• 分類號: F02D41/00;F02D41/30;F02M21/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 原紹輝,傅永霄

對現有申請的優先權的申明

本申請要求保護以下申請的提交日期的權益:(1)在2012年6月19日提交的名稱為“Continuous Gaseous Fuel Supply with High Turndown Ratio”的美國臨時申請序列號No. 61/661,775；(ii)在2013年4月5日提交的名稱為“Continuous Gaseous Fuel Supply with High Turndown Ratio”的美國臨時申請序列號No. 61/808,910；以及(iii)在2013年6月14日提交的名稱為“Highly Accurate Continuous-Flow Vaporized Fuel Supply for Large Dynamic Power Ranges”的美國非臨時申請序列號No. 13/918,882，所有這些申請的全部公開內容以引用的方式合并到本公開中。

技術領域

本發明主要涉及用于火花點火的內燃機的連續流動氣態燃料供應的控制閥。更特定而言，其有關于響應于特別地在較大動態動力范圍的火花點火的內燃機的發動機控制模塊/單元(ECM)需求而以瞬間準確流率供應汽化燃料的連續流動燃料供應閥和相關系統。

背景技術

在二十世紀八十年代的ECM進步大幅改進了連續流動的火花點火的內燃機的效率和性能并且最小化了排放問題。通過持續地監視多個傳感器和輸入，ECM能平衡當前的操作者命令與性能條件以確定發動機在任何給定時刻所需的最理想的燃料流率。

但了解理想流率和遞送理想流率為兩種非常不同的事情。盡管現代ECM能知道在任何給定時刻的理想值，現有技術的燃料供應不能在它們的整個操作范圍上根據需要在瞬間一致地遞送理想流率。可用控件中最好的控件聲稱提供1%設定點準確度，這意味著它們聲稱遞送在所需求的流率約1%內的實際燃料供應流率。以1%設定點準確度來一致地遞送連續流動氣態燃料流率的能力被認為是極為準確的并且將會是理想的，但聲稱那種效果傾向于只是部分情況。

對于現有技術，極高的設定點準確度傾向于僅在有限的操作范圍內達成，這意味著所聲稱的準確度通常是不可靠的，特別是對于具有較大動態動力范圍的發動機而言。(發動機的“動態動力范圍”為最大動力與最小動力的比例，在此范圍，發動機將按照規定而操作，其在很大程度上取決于相關聯的燃料供應系統的有效調節比)。對于在其操作范圍的頂端處遞送25克/秒的燃料供應，例如，百分之一將會為四分之一克/秒(0.25g/s)。雖然將最佳的可購買到的閥之一校準為四分之一克/秒誤差對于中等流率而言是可管理的，相同的燃料供應常常需要也在其操作范圍的相反端處以約四分之一克/秒怠速，從而使得對于接近怠速的流率而言相同的四分之一克/秒的誤差將會是非常不準確的。盡管準確控制有時被認為以較低流率更易于實現，在四分之一克/秒怠速流率情況下的1%設定點準確度將會需要在±0.0025g/s內的準確度。因此，雖然現有技術氣體流動閥聲稱在它們的總操作范圍規定的部分(常常在200kPa)實現極為準確的流率，長期以來已在操作范圍的兩端和之間的每處不能同樣實現這種極為準確的流率，特別是對于現實操作中這種較大的范圍而言。

太多現實變量的復雜的相互作用阻礙或阻擾了對于連續流動燃料供應的一致較高的全范圍設定點準確度的追求。磨損和撕裂、泄露、滯后時間、假信號（glitch）、堵塞、噪音、假象和一般可變性全都傾向于在現實中發生。外部溫度和氣態燃料組分/組成的較寬可變性進一步加劇這些挑戰。

此外，即使在燃料供應流率控制閥本身內實現了完美的條件，流率準確度也可能會受到上游壓力波動和下游壓力波動的不利影響。因為氣態燃料是可壓縮的，與燃燒或閥和活塞移動有關的下游事件可能會造成壓力波，壓力波形成相當大的流率波動。上游壓力波動同樣可能有問題，特別是當控制著汽化的液體燃料(例如，丙烷、LNG或LPG)的流率時。

在操作的過程期間，很大程度上由于罐壓力的急劇變化而造成汽化液體的控制難度。舉例而言，當LNG燃料罐是中等填滿時，供應壓力通常保持足夠可管理。但是，當罐充滿時控制挑戰增加，這是由于缺少瞬間蒸氣壓力容量，而且當罐更接近空時，液體的燃料量隨著時間而被汽化。如果汽化在源處少于全部，則控制經汽化的液體燃料總是越來越有挑戰性。如果在通過汽化器時仍留有任何殘余液相，諸如當熱交換器變得堵塞時常常出現的情況，則在流率控制閥內或者在其它部位可能會出現顯著的壓力峰值，這可能會使控制系統中最可靠的控制系統無效。