[發明專利]用于雙燃料發動機的溫度受控的排氣再循環系統和方法

在審

• 申請號: 201380062969.5
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN104854328A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發明（設計）人: C·R·格爾克;M·威利
• 申請（專利權）人: 卡特彼勒公司
• 主分類號: F02D19/06
• 分類號: F02D19/06;F02M25/07
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 吳鵬;馬江立

技術領域

本專利發明總體上涉及發動機系統，并更具體地涉及使用氣體燃料的發動機系統。

背景技術

近年來，相比于汽油或柴油等較傳統的燃料，使用液化氣體作為各種應用的燃料源已經得到普及，這是因為諸如液化石油氣(LPG)、壓縮天然氣(CNG)或液化天然氣(LNG)之類的氣體燃料的成本更低且燃燒更清潔。在實際應用中，例如，礦用卡車、機車、公路貨車等等，發動機可主要靠天然氣運行，其是一種需要點火的燃料。點火可以通過火花或通過將引燃量的諸如柴油之類的壓縮點火燃料引入到發動機汽缸內來提供。

典型的壓縮點火發動機，如柴油發動機，在相對較高的壓縮比之下運作，例如，發動機運作期間發動機汽缸內的柴油自燃所需要的16:1到17:1的范圍內。火花點火發動機，例如在奧托循環下運作的發動機，利用火花塞或電熱塞在預定時間點燃發動機汽缸內的空氣/燃料混合物。在火花點火發動機中，不希望空氣/燃料混合物自燃，這對發動機正常運行通常是有害的。火花點火發動機使用的壓縮比通常比壓縮點燃發動機要低。例如，天然氣發動機可使用大約11:1到12:1的壓縮比。

正如所能理解的，使用引燃柴油來點燃天然氣/空氣混合物的壓縮點火雙燃料發動機面臨著沖突的設計參數，因為雖然需要高壓縮比來點燃引燃柴油，但高壓縮比也可能會導致天然氣過早自燃。當使用低壓縮比來避免天然氣/空氣混合物自身爆燃時，汽缸溫度和壓力不足可能會導致柴油點火中不可接受的易變性，特別是當使用稀薄的空氣/燃料比時，這可能會影響發動機正常運作。

發明內容

在一個方面，本發明描述了一種雙燃料發動機系統。在一個實施例中，雙燃料發動機系統包括被配置成用于在至少一個燃燒室中使用第一燃料和與空氣和再循環排氣混合提供的第二燃料來運行的內燃發動機。再循環氣體可在內燃發動機的排氣系統與進氣系統之間輸送。雙燃料發動機系統進一步包括與第一燃料噴射器相關聯的第一燃料供應系統，其被配置成將一個或多個預定量的第一燃料直接噴射到至少一個燃燒室中。第二燃料供應系統與第二燃料噴射器相關聯，其被配置成將預定量的第二燃料輸送到至少一個燃燒室中。第一排氣再循環(EGR)通道在排氣系統和進氣系統之間流體連接，且第二EGR通道在排氣系統和進氣系統之間流體連接。EGR冷卻器被設置為冷卻通過第二EGR通道的排氣。三通EGR閥具有與排氣系統流體連通的入口、流體連接至第一EGR通道的未冷卻氣體出口，以及流體連接至第二EGR通道的冷卻氣體出口。三通EGR閥可操作用于選擇性地允許第一EGR氣體流通過第一EGR氣體通道及選擇性地允許第二EGR氣體流通過第二EGR氣體通道。在內燃發動機運作期間，第一EGR氣流和第二EGR氣流被配置成混合并形成第三EGR氣體流。第三EGR氣體流具有介于第一EGR氣體流的第一溫度與第二EGR氣體流通過EGR冷卻器后的第二溫度之間的EGR氣體溫度。與所述三通EGR閥相關聯的控制器被配置成控制所述三通EGR閥的運作，從而使得所述EGR氣體溫度接近于預定溫度值。

在另一個方面，本發明描述了一種內燃發動機。所述內燃發動機包括至少一個可往復地接納活塞的汽缸。所述至少一個汽缸至少部分地限定了在內部汽缸壁、活塞以及汽缸頭之間的燃燒室。所述燃燒室可經由進氣流道流體連接到進氣歧管，以及連接到排氣歧管。柴油燃料噴射器被設置成將柴油燃料直接噴射到所述燃燒室中。天然氣噴射器被設置成將天然氣噴射到進氣流道中。非冷卻排氣再循環(EGR)通道直接流體連接在排氣歧管與進氣歧管之間。非冷卻排氣通道適于引導第一溫度下的第一EGR氣體流。冷卻的EGR通道流體連接在排氣系統與進氣系統之間。所述冷卻的EGR通道包括設置成將通過所述冷卻的EGR通道的第二EGR流從所述第一溫度冷卻至第二溫度的EGR冷卻器。EGR閥裝置與所述冷卻和非冷卻的EGR通道相關聯。所述EGR閥裝置被設置成選擇性地控制第一EGR流和第二EGR流中每一者的流率。所述第一EGR流和第二EGR流混合以提供第三EGR流，其具有介于第一溫度和第二溫度之間的EGR氣體溫度。控制器與EGR閥裝置相關聯并且被配置為控制第一EGR流和第二EGR流中每一者的流率，從而使得EGR氣體溫度接近于預定溫度值。