[發(fā)明專利]循環(huán)中期的燃料噴射策略

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380073387.7
• 申請(qǐng)日: 2013-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN104995392A
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·E·鄧恩;A·B·韋爾奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西港能源有限公司
• 主分類號(hào): F02M21/02
• 分類號(hào): F02M21/02;F02B43/00;F02D19/02;F02M21/06
• 代理公司: 北京北翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 鄭建暉;楊勇

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)圖(engine?map)中的供燃區(qū)域(fuelling?region)將氣態(tài)燃料引入至內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)圖是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件的變化而確定的。

背景技術(shù)

替代燃料諸如天然氣被發(fā)動(dòng)機(jī)制造商采用在所謂的雙燃料(dual?fuel)發(fā)動(dòng)機(jī)、二元燃料(bi-fuel)發(fā)動(dòng)機(jī)和可變?nèi)剂?flex-fueled)發(fā)動(dòng)機(jī)中。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是用多于一種的燃料類型同時(shí)供燃的，例如消耗天然氣作為主燃料且消耗柴油作為引燃燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。二元燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可以消耗多于一種的燃料類型，但是一次僅用一種類型供燃，諸如消耗汽油或天然氣但卻不將兩者一起消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)。可變?nèi)剂习l(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)和二元燃料發(fā)動(dòng)機(jī)兩者的特征，并且可以同時(shí)消耗多于一種的燃料類型或者可以以單一燃料運(yùn)行。例如這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)：其通常消耗汽油或天然氣，但根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件也可以同時(shí)消耗這兩種燃料。

作為在直接噴射汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中采用替代燃料的第一步，制造商整合端口噴射系統(tǒng)，其引入氣態(tài)燃料以使得該發(fā)動(dòng)機(jī)可以作為二元燃料發(fā)動(dòng)機(jī)或可變?nèi)剂习l(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。一種用于這些發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性替代燃料是天然氣。因?yàn)樘烊粴獗徽J(rèn)為是一種替代燃料而不是基本燃料，所以這些發(fā)動(dòng)機(jī)被優(yōu)化用于用汽油運(yùn)行。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)用天然氣運(yùn)行時(shí)，相比于用汽油運(yùn)行，其導(dǎo)致減少的功率和扭矩。此減弱的性能的一個(gè)原因是在進(jìn)氣沖程期間由天然氣取代空氣。由于將汽缸中的空氣取代，可用來與燃料一起燃燒的氧化劑就較少，這減小了平均燃燒壓力和可用于推進(jìn)車輛的功率。

由于汽油在成本上相對(duì)于天然氣持續(xù)增大并且排放條例變得更嚴(yán)格，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商有動(dòng)機(jī)在單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)之外還將二元燃料發(fā)動(dòng)機(jī)和可變?nèi)剂习l(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化用于以天然氣運(yùn)行。用于增大消耗天然氣的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和性能的一種已知技術(shù)是引入高壓的天然氣。這需要將天然氣加壓至高噴射壓力，涉及額外部件，諸如泵、熱交換器和高壓管路，那會(huì)增大燃料系統(tǒng)的成本。天然氣是可壓縮流體，與作為不可壓縮流體的汽油相比，需要顯著更多的用于加壓的能量和時(shí)間。在一些應(yīng)用中，使天然氣加壓所需要的增大的成本和額外的時(shí)間通過其他的經(jīng)濟(jì)和物流因素抵消，但是在其他一些應(yīng)用中它是不可接受的。優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)中的天然氣運(yùn)行的其他技術(shù)采用向外開口直接噴射器。這些噴射器具有不足的流速，這影響將天然氣引入至汽缸的技術(shù)。天然氣與所捕獲的增壓氣體(charge)的混合較差且導(dǎo)致?lián)p失燃燒效率，還減弱在較高發(fā)動(dòng)機(jī)速度處(在較高發(fā)動(dòng)機(jī)速度處可用于噴射和混合的時(shí)間窗(time?window)較短)的性能。

公開號(hào)為US?2003/0140902?A1、標(biāo)題為“CNG?Direct-Injection?Into?IC?Engine”的美國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種使用天然氣運(yùn)行四沖程內(nèi)燃機(jī)的方法。該‘902申請(qǐng)公開了，由此在高扭矩-全扭矩運(yùn)行條件下，在接近吸氣沖程的終點(diǎn)或壓縮沖程的起點(diǎn)處將天然氣直接噴射至發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸內(nèi)。所述方法聲稱能夠噴射氣態(tài)燃料而不需要產(chǎn)生比儲(chǔ)存壓力高的氣體壓力。然而，該系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是在這樣的高負(fù)載條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)消耗更多的燃料，并且低氣態(tài)燃料噴射壓力下可能很難足夠早地將足夠的燃料噴射至汽缸內(nèi)以允許充分的時(shí)間來與汽缸內(nèi)的增壓氣體混合。該‘902申請(qǐng)還聲稱其方法的優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)是“還避免了切換到將伴隨著空氣的燃料吸入?！?/p>

現(xiàn)有技術(shù)缺乏改善性能的、隨著發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件的變化將氣態(tài)燃料引入至內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

公開了一種用于將氣態(tài)燃料引入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)的方法，該方法包括將發(fā)動(dòng)機(jī)圖分割成三個(gè)相異區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域內(nèi)具有不同的運(yùn)行模式。第一區(qū)域是一個(gè)預(yù)定低負(fù)載范圍，并且當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在第一區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行模式包括在進(jìn)氣沖程期間、在與燃燒室相關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣閥關(guān)閉之前將氣態(tài)燃料引入至燃燒室。第二區(qū)域是一個(gè)預(yù)定高負(fù)載低速范圍，并且當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在第二區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行模式包括在進(jìn)氣閥關(guān)閉之后將氣態(tài)燃料直接噴射至燃燒室內(nèi)。第三區(qū)域是一個(gè)預(yù)定高負(fù)載高速范圍，并且當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在所述第三區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行模式包括在進(jìn)氣沖程期間、在進(jìn)氣閥關(guān)閉之前將氣態(tài)燃料的第一部分引入至燃燒室以及在進(jìn)氣閥關(guān)閉之后將氣態(tài)燃料的第二部分直接噴射至燃燒室內(nèi)。