[發明專利]用于雙燃料發動機的燃料控制

有效

• 申請號: 201480061470.7
• 申請日: 2014-10-10
• 公開（公告）號: CN105683535B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: R.C.博雷加;R.J.托馬斯;A.O.祖爾羅耶;C.波利特
• 申請（專利權）人: 卡明斯公司
• 主分類號: F02D19/06
• 分類號: F02D19/06
• 代理公司: 72001 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 嚴志軍;張昱<國際申請>=PCT/US2

公開了用于控制雙燃料內燃發動機的加燃料的系統和方法。本控制技術通過確定液體燃料的目標加燃料量且然后響應于發動機速度和功率變化來調控液體燃料的實際加燃料量，并且通過調整去往發動機的氣體燃料的流速，來使氣體燃料對液體燃料的替代率最大化。

相關申請的交叉引用：

本申請要求于2013年10月10日提交的臨時申請序列號61/889,163的提交日的權益，該文獻全文以引用方式并入本文。

發明領域

本發明總體涉及雙燃料內燃發動機，并且更具體而言，關于用于雙燃料內燃發動機的加燃料控制的系統和方法。

背景技術

示例雙燃料發動機為包括第一燃料源和第二燃料源的發動機，第一燃料源在一定的工作條件期間用作唯一的燃料源，并且第二燃料源在其他工作條件下與第一燃料源結合。在某些應用中，所述第一燃料源為柴油燃料，并且第二燃料源為天然氣。在某些情況下，柴油燃料提供初始的、低負荷工作水平，并且用于在較高負荷條件下點燃天然氣。用天然氣替換柴油燃料降低了操作發動機的成本，特別是當在天然氣豐富或以低成本可用的位置使用發動機時。

當發動機以雙燃料模式進行工作時，天然氣燃料被引入進氣系統。來自進氣管的空氣和天然氣混合物被吸入氣缸，正如它在火花點火發動機中那樣，但充氣混合物的空氣-燃料比可比典型的火花點火發動機更稀。柴油燃料在接近壓縮沖程結束時噴射，正如它在傳統的壓縮點火發動機中那樣。柴油燃料通過充氣的能量壓縮加熱而被點燃，并且從柴油燃料的燃燒中釋放的能量使天然氣燃燒。雙燃料發動機可完全利用柴油燃料工作或者利用柴油和天然氣的替代混合物工作，但通常不可僅利用天然氣工作，除非對氣缸提供輔助點火源。

由于在可用于發動機工作的天然氣中的不同組分和變型以及發動機可在其中進行工作的不同場地條件，所以雙燃料發動機在工作期間遭遇困難。此外，現有的控制方案在寬范圍的工作條件和天然氣質量內實現天然氣對柴油的高替代率具有困難。盡管一些控制策略通過控制氣體替換以獲得期望的空氣-燃料比，來補償天然氣質量的變化，但此類方法受到準確測量和/或預測空氣流速、燃料特性并且有時是氣體燃料流速的能力的限制。

其他燃燒策略，諸如引燃式點火氣體燃料發動機，僅利用柴油燃料用于氣體燃料和空氣混合物的引燃點火。使用這種方法，必須小心控制空氣和氣體燃料的混合物，以維持整個氣缸的燃燒并且遠離小型的柴油引燃點火源。可實現極高的替代率，但這些系統要求進氣節流和控制以便有效地保持所需的空氣-燃料比，并且相比于可使用非節流的雙燃料壓縮點火發動機工作來說，這些系統限于較低的增壓壓力、較低的壓縮比和較低的功率密度。此外，與非節流發動機相比，引燃式點火氣體燃料發動機所需的進氣節流降低了發動機的整體效率。雙燃料發動機能夠以極稀的充氣和氣體燃料混合物運行，因為柴油機燃料的擴散燃燒在氣缸內產生了具有極高溫度的湍流區域，該區域可驅動氣體燃料的的氧化反應，即使當混合物過稀以致于其無法維持鏈式反應或無法從點火源向前傳播火焰時。

發明概要

公開了用于控制雙燃料發動機工作的獨特系統和方法，通過調整去往發動機的第二燃料的流速，所述系統和方法將由第一燃料提供的加燃料量調控到目標值，目標值基于發動機工作條件和極限。在一個實施方案中，第一燃料噴射速率的目標值為最小化的值，以便第二燃料對第一燃料的替代率最大化。所請求的發動機速度和扭矩輸出(并且由此功率輸出)通過調整第一燃料的加燃料量得以滿足，以實現期望的功率輸出，且調整第二燃料流以朝目標值推動第一燃料的加燃料量，同時保持期望的功率輸出。當第一燃料的實際加燃料量大于目標值時，第二燃料的流速增加，并且當第一燃料的加燃料量小于目標值時，第二燃料的流速減小。在一個實施方案中，將第一燃料的加燃料量的目標值保持為確定的值，且調整第二燃料的流速以實現發動機的期望速度和扭矩輸出。