直接喷射气体燃料发动机以及控制燃料喷射压力的方法

专利名称：直接喷射气体燃料发动机以及控制燃料喷射压力的方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机，其中气体燃料通过直接喷射到燃烧室 中而被引入，还涉及一种用于这种发动机的响应预定运转条件而控 制气体燃料喷射压力的运转方法。
背景技术：
所谓的压缩点火发动才几采用比奥纟乇(Otto)循环(火花点火) 发动机高得多的压缩比。与火花点火发动机相比，压缩点火发动机 的诸如直接喷射、更高压缩比以及非节流进气系统的特点使得燃料 燃烧效率更高、性能更好、并且在能量方面燃料消耗更低。最常见 的压缩点火发动机是柴油机。但是，在许多国家，为了将来遵守已 颁布的政府规章标准，要求柴油才几生产商对现今正在销售的发动枳』 进行改进，以便降低诸如NOx和颗粒物质的发动机燃烧产物的排 放。预计这些改进需要附加设备和更复杂的电子发动机控制器，以 《更实施诸如废气再循环、新燃烧策略、以及后处理等才支术。与现今 的发动机相比，这些技术中的一些可能会降低效率，并且除了将来 的运转和投资成本两者之外，可能需要使用含硫低的燃料，这种燃 料的生产更昂贵。通过改造传统的柴油才几，可以将诸如天然气、纯曱烷、乙烷、 液化石油气、更轻的可燃碳氢衍生物、氢气、以及这些燃料的混合 物的气体燃料用作柴油燃并牛的替4戈物。此处，气体燃一+通常一皮定义
为在大气压力以及零摄氏度下呈气态的燃料。尽管诸如柴油的液态 燃料可在非常高的压力下被喷射以便使燃料雾化，但是气体燃料可 以在较低的压力下被喷射到发动机的燃烧室内，原因是不需要额外 的能量来^f吏燃料雾化。用气体燃料来替代柴油燃料的优点是，可以选择比柴油燃料燃 烧得更清洁的气体燃料，从而可以在不需要更多的发动才几排放减少 技术的情况下保持现今所期望的柴油机特性，即高效率和高转矩。气体燃料的另一优点是，作为能源，这种燃料在世界范围内分 布得更为广泛，并且与已证实的石油〗渚量相比，已证实的天然气Y渚 量大得多。在世界范围的许多市场中，与柴油相比，基于能当量， 天然气更^更宜。气体燃^"还可以来自于可再生资源，诸如来自于垃;及堆和污水处理厂的排;改气体。氬气可以通过由诸如风力和水电站坝的可再生 资源所产生的电力来生产。但是，需要对传统柴油机进行一些改造，以使得气体燃料替代 柴油燃冲牛。在柴油4几中，燃并+和气体混合物的枳4成压缩所产生的热 量自动点燃在活塞压缩沖程结束时或将近结束时供应的液态柴油 燃料。在同样的条件下，诸如天然气的气体燃料将不会可靠地自动 点燃。因此，在不重新设计发动机以提供自动点燃气体燃料所必需 的条件的情况下，为了使气体燃料在传统发动机中以相同的压缩比 燃烧，需要一些附加装置来辅助气体燃^1"的点火，诸如由电热塞 (glow plug )提供的热表面，或者用来引入引燃燃料的燃料喷射阔。 引燃燃料可以是少量的柴油燃料，因此引燃燃料的自动点火触发气 体燃料的点火。
将气体燃料直接喷射到内燃机的燃烧室内的其中一个问题是， 从一个喷射动作到下一个喷射动作所喷射的燃料量会有一些变化。 这是因为在气体燃料发动机中存在会影响被喷射的燃料量的多个 变量。这些变量中的一些不是传统柴油燃料发动机的因素，或者即 使是的话，也是不同程度的因素。例如，气缸内压力可能随着循环 而稍有变化，并且由于希望保持气体燃料喷射压力低于传统柴油燃 料喷射压力，所以气缸内压力的变化对燃^)"质量流率会有4交大影 响。而且，由于气体燃料的质量密度较低，所以用于气体燃料喷射 阀的阀针比柴油燃料喷射阀将具有更大的端表面积，从而气缸内压 力对气体燃料喷射阀的针的运动会具有较大影响。燃料温度的变化 也会影响气体燃料的质量密度，从而引入了这样的变量，该变量会 导致从一个喷射动作到下一个喷射动作所引入的燃料量变化。图1 是燃料实际输送量的标准偏差相对于气体燃料喷射阀的喷射动作持续时间的曲线。此处，喷射动作持续时间也称为"脉宽"。该曲 线示出了所喷射的燃料量的变化通常随着脉宽的减小而增大，并且 一旦脉宽降低到某一点之下则变化急剧上升。该曲线中未示出坐标 轴的实际数值，这些实际数值并不重要，原因是这些实际数值可能 随不同的发动机系统和阀设计而不同。但是，这种影响是显著的， 并且认为也是普遍的。所喷射的燃料量的变化会导致低效率，并且 如果严重的话，这种变化会导致不稳定燃烧。因此，对于气体燃料 发动机，需要一种减少所喷射的燃料量变化的运转方法。气体燃料发动机所遇到的另 一个问题是，由于气体燃料具有较 低的质量密度，所以，如果喷射压力保持不变，则在高负载条件下 可能需要延长脉宽以喷射所期望量的燃料。在高负载条件下，对于 气体燃料，如果脉宽过长，则可能降低发动机效率。而且，如果发动机采用废气循环(EGR)(这是为减少NOx排 放的公知技术)，则高EGR速率的其中一个影响是其降低了燃烧速
率。使用具有EGR的气体燃料的有利之处在于，气体燃料的燃烧 产生4交少的颗粒物质，并且这意p未着4交少的颗粒物质返回到具有再 循环废气的燃烧室内，从而^f吏得EGR速率更高。为了本7>开的目 的，"较高的"EGR量被认为是高于15%的EGR速率，并且对于气 体燃料发动机，在高负载条件下甚至可以采用在30%至40%范围内 的更高EGR速率。因此，需要对气体燃料喷射策略进^^f奮改，以 1更在较长的燃料喷射脉宽尤其可能成为问题时补偿由高EGR速率 和气体燃料的低质量密度引起的较慢燃烧速率，尤其是当发动机在 高负载和高速下运转时。尽管已描述了通过将气体燃料直接喷射到内燃机的燃烧室内， 可以至少匹配传统柴油机的功率输出、性能、以及效率，但是，存 在使气体燃料发动机与传统柴油燃料发动机不同的多个因素，并且 这些不同之处需要与为传统柴油才几开发的运转方法不同的运转方 法。发明内容提供了一种用于内燃机的运转方法，该方法包括将气体燃料输送到燃料喷射阀，其中燃料喷射阀内的气体燃料 压力被定义为气体燃料喷射压力；在发动机的压缩沖程期间，通过燃料喷射阀将气体燃料直接喷射到燃烧室内；从发动机运转条件中确定至少 一个预选发动机参数的数值，并 且将气体燃料喷射压力控制为预定目标值，所述预定目标值与所述 至少一个预选发动机参数的确定值相关联；以及测量气体燃料喷射压力并调节燃料喷射脉宽，以便校正预定目 标值与所测得的气体燃料喷射压力之间的差值，从而如从发动机特 性图(engine map)上所确定的那样喷射期望量的气体燃泮+。
所述预选发动才几参凄t中的至少 一个可以是发动才几状态、发动枳j 负载、发动^L转速、燃料干线温度、或气缸内压力。发动才几可以在 多个发动机状态下运转，并且燃料喷射压力的目标值可以与这些发 动机状态中的每一个、或者一组发动机状态相关联。例如，预定的低压力可以被限定为发动机在怠速或辅助负载(auxiliary load)状 态运4t时的目标^直，而预定的正常压力可以纟皮限定为发动才几开动、压力的目标值，所述预定的正常压力高于预定的〗氐压力。该运转方法优选地进一步包括保持气体燃料喷射压力与气缸 内压力的比值，该比值高得足以导致出自燃料喷射阀而在燃烧室内 包含至少 一 些超音速气体燃料的燃料射流。所期望的压力比值是当 确定低压力目标值的数值时应该考虑的一个因素。根据所公开的方法，当控制气体燃料喷射压力降低时，控制器 限制压力降低的速率，从而可以在不向大气排;改气体燃料的情况下 降低气体燃料喷射压力。对于所公开的气体燃料发动机，降低气体为将所有高压气体再循环至储存容器中是不可行的。在低温系统 中，这会将过多的热量引入到液化的燃料中。在压缩气体系统中， 当储存压力高于喷射压力时可能为多倍。该方法可以4吏用负速率限制器(negative rate limiter )来降4氐气 体燃料喷射压力。在优选实施例中，可使用闭环控制操作负速率限 制器，以便以预定的递增量来降低气体燃料喷射压力，直至达到目 标压力。甚至更优选地，预定的递增量可以根据所测得的气体燃料气体燃料的情况下待降低的气体燃料喷射压力的能力。负速率限制 器可以包含负速率限制算法，该负速率限制算法可编程于电子发动 机控制器或专用电子电^^中。 降低气体燃料喷射压力的方法优选地包括停止向供给燃料喷 射阀的燃料干线输送气体燃料，直至气体燃料喷射压力降至预定数 值中的所期望的 一个数值。可以通过关闭与燃料供应管路相关联的 阀而停止向燃料干线，叙送气体燃料。可^齐换地，可以通过压力控制泵来减慢对燃料干线的气体燃料供应。在一个实施例中，该方法包括响应所测得的发动机参数数值 而将气体燃料喷射压力控制为多个离散预定压力中的一个，所述发 动机参数包括发动机状态、发动机负载、发动机转速、燃料干线温 度、和气缸内压力中的至少一个。其中一个预定喷射压力可以是低 于第二预定喷射压力P (正常)的P U氐)。该方法可以包^fe:当发 动机在怠速条件下或在发动机特性图上的预定低负载阈值之下的 点处运转时，将气体燃料喷射压力控制为P (低)，并且当向发动机 施加负载时或当发动机在发动机特性图上的预定低负载阈值之上 的点处运转时，将气体燃料喷射压力控制为P (正常)。该方法可以 进一步包括高于P (正常)的第三预定喷射压力P (高)。对于该第 三预定喷射压力P(高)，该方法可以进一步包才舌当发动4几在发动 机特性图上的预定高负载阈值之上的点处运转时，将气体燃料喷射 压力控制为P (高)。压力P U氐)优选地为这才羊的压力，即在该压 力下，当发动机在怠速条件下运转时，可以将期望量的气体燃料以 大于或等于预定最小脉宽的燃料喷射脉宽通过燃料喷射阀喷射到 燃烧室内。该运转方法可以进一步包4舌〗吏来自于一个发动才几循环的一部 分废气再循环，以使其返回到燃烧室内，以便进行下一发动机循环。 在优选实施例中，当发动机在发动机特性图上的预定高负载阈值之 上的点处运转时，再循环的废气可以构成进气沖程期间51入到燃烧 室内的气体的至少15% (以质量计)。
在另 一优选实施例中，该方法进一步包4舌^]夺引燃燃料喷射到燃 烧室内，以触发气体燃料的点火。在这种实施例中，为了减少对传 统发动机的气缸盖所需的改造，可以操纵单个燃料喷射阀来将？ 1燃 燃料和气体燃料两者引入到燃烧室内。通过使引燃燃料和气体燃料 相互隔离地流入到燃泮牛喷射阀中以使这两种燃料分离地并单独地 喷射到燃烧室内，优选的是调节气体燃料压力和引燃燃料压力，以 便在将每种燃料输送到燃料喷射阀之前减小气体燃料与引燃燃料 之间的压力差。气体燃冲牛压力相对于引燃燃泮+压力优选地为负偏 压，以防止气体燃碑牛泄漏到？ 1燃燃津牛中或泄漏到填充有液态引燃燃 料的液体密封件中。调节气体燃料喷射压力的方法可以包括将气体燃料喷射压力 控制为发动才几特性图上的预定运转点的预定目标压力，并且通过插 值法计算预定运转点之间的运转点的目标压力。所/>开的运转方法可以进一步包4舌限定发动才几特性图上的预 定运转点的燃料喷射脉宽，并且通过插值法计算预定运转点之间的 运转点的燃料喷射脉宽。该方法可以进一步包括保持燃料喷射脉 宽，该燃料喷射脉宽不小于发动机特性图上的所有运转点的预定最 小月永宽。公开了 一种内燃机系统，其包括彼此相配合以将气体燃料51入 到燃烧室内的部件，所述气体燃津+可以在燃烧室内燃烧。所7>开的 内火然才几系纟充包4舌a. 燃料输送子系统，其包括用于控制气体燃料压力的装置以 及用于输送气体燃料的燃料干线；b. 燃料喷射阀，可操作地连接于燃料干线，从而可以将处于
燃料喷射阀，并将该气体燃料经由设置于燃烧室中的燃料喷射阀喷嘴引入到燃烧室内；c.控制器，可操作该控制器以便i. 从发动4几运转条件中确定至少一个预选发动机参数的 数值；ii. 确定气体燃津+喷射压力的目标值，该目标l直与所述 至少 一个预选发动机参数的确定值相关联；iii.控制用于控制气体燃料喷射压力的装置，以便如果气 体燃料喷射压力不等于目标值，则将气体燃料压力增加、或降 寸氐到该目标^直；iv.控制燃并牛喷射阀的开启和关闭以调节燃料喷射脉宽， 以使^交正所测得的气体燃冲十喷射压力与预定目标值之间 的差值。在优选实施例中，其中一个预选发动才几参凄t是气缸内压力，并 且选择预定目标值以保持气体燃料喷射压力与气缸内压力的比值， 该比值高得足以导致出自燃料喷射阀而在燃烧室内包含至少一些 超音速气体燃料的燃料射流。该内燃机系统优选地包括与用于控制气体燃料压力的装置相 关联的负速率限制器。该负速率限制器用来限制降低气体燃料压力 的速率，以防止气体燃料排放到大气中。控制器优选地是电子控制 器，并且负速率限制器可以包含算法，该算法可编程于控制器或专 用电子电路中。在优选实施例中，用于控制气体燃料压力的装置是与燃料干线 相关联的压力调节阀。在采用引燃燃料的发动机中，可以采用与引 燃燃剩-输送子系统相关耳关的计量阀来控制引燃燃冲牛压力，并且通过 压力调节阀的操作而响应于引燃燃并+压力来控制气体燃料喷射压 力。即，控制器可以控制压力调节阀关闭，以使得当压力调节阀与 燃料喷射阀之间的燃料干线内的气体燃料浮皮发动机消耗时，气体燃 料喷射压力降低，或者在使用引燃燃料的发动机的情况下，控制器 可以通过控制引燃燃:纤喷射压力，例如通过控制引燃燃并牛计量阀， 来间4妄控制压力调节阀。燃料输送子系统包括可以用来将高压气体燃料输送到燃料喷射阀的泵或压缩才几。在一些实施例中，控制器可以;故编程为控制泵或压缩机停止，以使得当泵或压缩机与燃料喷射阀之间的燃料干线 内的气体燃料被发动机消耗时，气体燃料喷射压力降低。在优选实施例中，该内燃机系统可以进一步包括用于将源自燃 烧室的废气流引导回燃烧室内的废气再循环装置、以及用于调节再循环的废气量的EGR阀。在该内燃机系统的优选实施例中，还可操作用于控制气体燃料 压力的装置，以便将气体燃料与可1燃燃料之间的压力差保持在预定 范围内。用于控制气体燃料压力的装置可以包括圆顶负荷型 (dome-loaded)调节器，该调节器具有与引燃燃料干线相连通的控制室。在所公开的发动机系统中，压力传感器与燃料喷射阀或介于所 述用于控制气体燃料压力的装置与燃料喷射阀之间的燃料干线相 关联，并用于测量气体燃料压力。在使用具有的喷射压力与气体燃 料喷射压力相平衡的引燃燃料的发动机中，代替气体燃料压力传感 器，或者除此之外，该发动才几系统还可以采用与引燃燃并+干线相关 联的压力传感器。需要压力传感器来测量实际的喷射压力，从而可 以将燃料喷射脉宽调节成补偿实际燃料喷射压力与喷射压力的目 标值之间的差值。 该内燃4几系统可以进一 步包4舌用于直4妻测量气缸内压力或用 于测量与发动机相关的运转参数的传感器，通过该运转参数可以间4^确定气缸内压力。因此，通过所公开的用于控制直接燃料喷射的气体燃料发动机 中的燃料喷射压力的方法和装置，可以提高燃烧特性，提高燃料效 率，并减少发动机的NOx排放。


图1是绘出了实际输送燃料量的标准偏差相对于气体燃料喷射 阀的"永宽的曲线。图2是气体燃料内燃机系统的示意图，该系统通过从发动机运 转条件中确定预选的发动机参数、并将燃料喷射压力增加或减少至来控制气体燃料喷射压力。图3是气体燃料内燃机系统的示意图，该系统可以采用与图2 的发动机系统相同的方法，但是该系统具有平衡气体燃料压力与引 燃燃料压力的附加特征，采用引燃燃料来辅助气体燃料的点火。在 该布置中，引燃燃津牛和气体燃沖牛通过允许分离地且单独地喷射引燃 燃泮牛和气体燃冲+的双燃并牛喷射阀^皮引入到燃烧室内。图4是通过实例示出了对于一种控制气体燃料压力的方法可以 采用的逻辑的流程图。图5是发动机功率(马力)相对于发动机转速(RPM )的曲线， 该曲线通过实例示出了低负载阈值和高负载阈值，在发动机特性图上限定了可以将气体燃料喷射压力控制到预定的低、正常和高目标 压力的区域。图6是燃料喷射压力相对于时间的曲线，该曲线通过实例示出 了当发动机被控制在不同运转条件时所公开的方法的影响。
具体实施方式
图2和图3示出了气体燃料内燃机系统的两种布置的示意图。参照图2,内燃才几系统200示出了将气体燃冲+存储为压缩气体 的实施例。内燃机系统200通常包括燃料输送子系统210、燃料喷 射子系统240、以及发动机控制器250。这些子系统中的每一个都 将在下面详细描述，并且描述这些子系统;波此协作以将气体燃料亏1 入到燃烧室(气体燃料可以在燃烧室中燃烧)内的方式。由于气体燃津+在与诸如柴油燃:扦的传统液态燃:扦相同的温度 和压力下通常不会自动点火，所以为了保持传统柴油机的主要构造 (其中包括压缩比)，可以设置点火辅助装置以辅助气体燃料的点 火。例如，点火辅助装置可以是用于喷射可自动点火的引燃燃料以 便触发气体燃料点火的引燃燃料喷射阀，或者可以是由火花塞(诸 如可连续4喿作的电热塞)4是供的热表面。在图2的实施例中，燃料 输送子系统210仅向发动机输送气体燃料，因此点火辅助装置可以 包括单独的引燃燃料输送系统或火花塞(未示出)。燃料输送子系统210包括^诸罐211、压缩才几212、燃#+供应管 3各213、 <诸存容器(accumulator vessel) 214、压力调节阀215、压 力传感器216和燃并牛干线(rail) 217。々者罐211是用于在压力下4诸 存气体燃料的标定压力的容器。气体燃料通常被储存于高压下，以 增加燃料密度，/人而在车辆上需要较少的空间来储存燃料。对于所
允许的最大4诸存压力来i兌，不同的权限可能具有不同的身见则，因此 对发动机进行配置的权限可能限制允许的最大燃料储存压力。介于3000 psi与5000 psi之间的最大燃料储存压力对于目前现有的技术 是可行的。虽然对于采用更高的压力不存在已知的技术障碍，但还 应该考虑经济因素。例如，可能存在与更高的最大压力所标定的压 力容器的额外重量有关的经济劣势，制造成本以及在车上运载更重 的储存容器的成本可能对经济可行性具有影响，该影响超过了由在 更高压力下储存的气体的额外燃料储存容量所获得的经济价值。压力调节阀215优选地由控制器250电控制，以1更通过限制流 过调节阀215的燃^牛流并经过调节阀215产生更大的压降，或者如 果需要更大地降低燃料喷射压力则通过完全关闭压力调节阀215, 来降低燃料干线217中的燃料喷射压力，从而由发动机在燃料干线 217的中气体燃料的消耗使得燃料喷射压力衰减。相反地，如果需 要燃津+喷射压力增加，则控制器250可以控制压力调节阀215至完 全打开位置，并且控制压缩机212开始运转(如果其处于静止模式) 或者以更高的速度运转(在压缩机具有变速传动装置的情况下)。燃料喷射子系统240包括安装于气缸盖242中的燃料喷射阀 241。燃料喷射阀241包括喷嘴243，该喷嘴包括 没置于燃烧室244 内的尖端，气体燃泮牛通过该喷嘴可以直4妄喷射到燃烧室244内。燃 烧室244由气缸盖242、气缸245和活塞246限定。气缸盖242覆 盖气釭245的顶端，并与活塞246相对，活塞可在气缸245内往复 运动，以限定燃烧室244的下部边界。活塞杆247将活塞246连接 至!j曲4由248。控制器250可^皮编程以向压缩机212、压力调节阀215和燃料 喷射阀241发送指令信号。发送到压缩才几212和压力调节阀215的 指令信号可以用来增加或降低气体燃料喷射压力。发送到燃料喷射 阀241的指令信号可以用来打开和关闭燃料喷射阀，这些动作的时
刻(timing)确定了月永宽。另外，如果燃泮牛喷射阀241具有部分升 高和升高控制能力，则除了发出以多快的速度打开和关闭阀的信号 之外，来自控制器250的指令信号还可以指示升高的程度(可移动 位置以打开和关闭阀的阀件的线性位移)。发动机控制器250从内燃机系统200接收与发动4几运转条件相 关的数据。通过该数据，控制器为至少一个预选发动机参数确定数 值。才艮据该控制方法， 一个或多个发动才几参凝:-故预先选一奪，并且用 来增加或降低气体燃料压力的控制策略基于该预选参数的数值。预 选发动才几参数可以包括发动才几状态、发动机负载、发动机转速、燃 料供应管路213和/或燃料干线217中的燃料温度、以及气缸内压力。 根据发动机设置，确定这些参数中的一个或多个的数值，并且基于 这些数值，控制器250控制气体燃料喷射压力增加或降低到预定的 目标值，该目标值与所确定的一个或多个预选参^t的^t值相关联。例如，当发动机以怠速状态或动力输出状态运转时，基于发动 机状态的燃料压力控制策略可以分配第一 目标燃冲牛喷射压力，其中 发动机向辅助装置提供相对较小量的动力。当发动机以任何其它发 动机状态运转时，可以分配第二目标燃料喷射压力，其中第二目标 燃料喷射压力高于第 一 目标燃料喷射压力。控制器250还从压力传感器216接收指示燃料干线217中的气 体燃料压力的信号。所公开的方法的特征在于，除非当控制燃料喷 射压力降低时，否则燃料喷射压力可以非常快速地升高，实际的燃 料喷射压力可能不同于目标喷射压力，直至压力由于压力调节阀 215运转的燃料消耗而衰减。因此，控制器250使用来自压力传感 器216的压力信号来检测实际的燃料干线压力，并对燃料喷射脉宽 进行调节以4交正所测得的燃料干线压力与目标喷射压力之间的差 异，从而通过发动机特性图确定的所期望的气体燃料量为实际喷射 的数量。
参照图3 ，内燃机系统300示出了这样的实施例，其将气体燃 料储存为液化气体，并经过共同的燃料喷射阀组件340将气体燃料 和引燃燃并+引入到燃烧室内，下面将详细描述。内燃机系统300通常包括燃料输送子系统310、引燃燃料输送 子系统320、燃料喷射子系统340、以及发动机控制器350。这些子 系统中的每一个都将在下面详细描述，并且一起描述这些子系统彼 此协作以将气体燃料引入到燃烧室(气体燃料可以在燃烧室中燃 烧)内的方式。气体燃料输送子系统310包括储罐311、泵312、燃料供应管 ^各313、汽化器314、储存容器315、压力传感器316、燃津+干线317、 以及压力调节阀318。-渚如天然气和氬气的气体燃津+可以在^f氐温下 以液化形式储存。用来在低温下储存液化气体的绝热容器是公知 的。因此，储罐311可以是为车辆使用而设计的双壁真空绝热容器。 如图3所示，泵312可以具有i殳置于卩诸罐311的致冷剂空间内部的 进气口。在优选实施例中，泵312可以浸入致冷剂空间中，其中驱 动轴从致冷剂空间延伸并连接于设置在致冷剂空间外部的驱动单 元。引燃燃料输送子系统320包括储罐321、计量阀322、泵323、 引燃燃泮+干线324、止回阀325、压力传感器326、以及引燃燃冲+管 路327。在所示的实施例中，计量阀322通过控制输送到泵323的 引燃燃料的量来控制引燃燃料干线324中的引燃燃^牛压力，在优选 实施例中泵为以可变燃料流运转的活塞泵。引燃燃料管路327终止 于压力调节阀318的控制室处。因此，引燃燃;^管^各327中的引燃 燃料是静态的(static),但是引燃燃料压力通过引燃燃料管路327 与压力调节阀318连通。压力调节阀318的控制室内的引燃燃一牛压 力才喿作压力调节阀318中的阀件到打开或关闭位置，以平4軒气体燃 料干线317中的气体燃料压力与引燃燃料千线324中的引燃燃料压 力。控制室中的弹簧可以用来向气体燃料压力提供负偏压，以防止 气体燃料泄漏到引燃燃料中。通过这种布置，气体燃料压力通过引 燃燃料压力而得以控制。当控制燃料喷射压力降低时，控制器将引 燃燃料压力降低的速率限制成这样的速率，该速率可以通过降低气体燃冲牛压力来匹配，通过关闭压力调节阀318来获得且4吏得燃并牛干 线317中的气体燃料被消耗，从而使气体燃料喷射压力降低。因此， 在优选实施例中，控制器350检测发动机的气体燃料消耗速率，并 控制引燃燃料计量阀322以同样的速率降^氐引燃燃料压力。压力调节阀318可以例如是圓顶负荷型调节阀，诸如活塞或隔 膜操纵的压力控制阀。在下面对图4的流程图的描述中，公开了使用负速率限制器的 方法，乂人而可以通过预定的递增步-骤以对于发动才几来i兌已才交准的速 率降^[氐引燃燃料喷射压力、和气体燃并+喷射压力，乂人而可以在不向 大气排放任何气体燃料的情况下降低气体燃料压力。通过将恒定值 用于由负速率限制器所控制的递增步骤的控制策略，选择用于所述 步骤的数值大小，从而对于燃料消耗的所有速率来说，可以在不排 放任何气体燃并牛的情况下降低气体燃津+喷射压力。这意p未着这些步 骤的数值大小由发动^14争性图上的存在最低负载和转速的区域决 定，因此，当发动才几在发动才几特性图的负载和转速更高的其它区域 中运转时，气体燃料压力不会尽可能快地降低。在优选实施例中， 如上所述，可以采用更复杂的方法，其中控制器350确定气体燃剩-正在消耗的速率，并且调节控制器所控制的递增步骤的数值大小， 从而响应发动机燃料消耗而增大或减小引燃燃料和气体燃料喷射 压力变化的速率。在图3所示的发动4几系统中，存在两个压力传感器316和326。要一个压力传感器来实施所述方法，并且可以采用所示压力传感器
中的任一个而无需另一个。因为当控制燃料喷射压力降低时，通过 所公开的限制速率(在该速率下燃料喷射压力可以降低)的方法， 实际的燃料干线压力可以高于目标燃料喷射压力，所以至少需要一个压力传感器。因此，需要压力传感器316和326中的一个，从而 可以测量实际的燃并牛干线压力，并且控制器350可以调节燃库牛喷射 脉宽，从而将正确量的燃料喷射到燃烧室内。燃料喷射子系统340包括安装于气缸盖342中的燃料喷射阀 341。燃料喷射阀341包括喷嘴343,该喷嘴包括设置于燃烧室344 内的尖端，气体燃料和？ 1燃燃料通过该喷嘴可以直接喷射到燃烧室 344内。在优选实施例中，燃料喷射阀341包括用于气体燃坤+和引 燃燃料的分离的燃料通道和阀件，以允许分离地且单独地喷射气体 燃冲+和引燃燃泮+。例如，题为"Dual Fuel Injection Valve And Method of Operating A Dual Fuel Injection Valve"的共有美国专利No. 6,761,325 (其全部内容结合于此作为参考)公开了一种适于该申请 的组合燃料喷射阀组件。燃烧室344由气缸盖342、气缸345和活塞346限定。气缸盖 342覆盖气缸345的顶端，并与活塞346相对，活塞可在气缸345 内往复运动，以限定燃烧室344的下部边界。活塞杆347将活塞3" i^4妻到曲库由348。除了所接收的来自于压力传感器316和326中至少一个的燃泮牛 干线压力数据之外，发动机控制器350还可以从内燃机系统300接 收其它凄t据，包括以下凄t据中的一些或全部与实际发动4几负载相 关的数据、所需的发动机负载、发动机转速、气缸内压力、以及燃 泮+干线317中的燃津+温度。控制器350可^皮编程以向泵312、引燃 燃料计量阀322和燃料喷射阀341发送指令信号，以i"更基于所测数 据偏离期望数值的偏差而对指令信号进行校正。 在图2和图3所示的实例中， 一个或多个进气阀安装于气缸盖 242、 342中，并且可被操纵成打开和关闭，以便从进气歧管向燃烧 室244、 344填充空气或再循环的废气。 一个或多个排气阀安装于 气缸盖242、 342中，并且可被操纵成打开和关闭，/人而可以将燃 烧产物从燃烧室244、 344排放到排气歧管中。图4和图5—起示出了利用三个离散的目标喷射压力来控制气 体燃料喷射压力的方法，每一个离散的目标喷射压力均与发动机特 性图的离散区域相关联。图4是示出了控制逻辑的流程图，所述控制逻辑用于增加或降 低气体燃料喷射压力，并且使用负速率限制器来限制气体燃料压力 降^f氐的速率，从而可以在不向大气排;改气体燃料的情况下降低气体 燃料压力。所述过程开始于收集有关发动机运转条件的数据。然后， 控制器确定发动机当前是在低负载条件、高负载条件或是中等负载 条件下运转，所述中等负载条件介于低负载条件与高负载条件之 间。如果控制器检测到低负载条件，则控制器确定燃料压力是否等 于压力P(低)。如果是的话，则完成控制环，并且不需要对燃料喷 射压力进行调节。如果燃料喷射压力不等于P (低)，则控制器控制 燃料输送子系统将压力减小等于P (步进)的递增量。P (步进)#皮 定义为所测喷射压力与目标喷射压力之间的差^L、以及预定递增量 两者中的较小值，所述预定递增量对于发动4几来i兌是已校准的，以 便在不排放的情况下使气体燃料压力衰减。如果控制器4企测到高负载条件，则控制器控制燃料输送子系统 将燃料喷射压力增加到P (高)，或者如果喷射压力已处于P (高), 则控制器简单地控制燃料输送子系统将喷射压力保持在P (高)。
如果控制器既没有检测到低负载条件也没有检测到高负载条 件，那么控制器确定存在中等负载条件，并且控制器检查燃料压力 是否大于目标正常压力P (正常)。如果是的话，则控制器控制燃料 输送子系统将喷射压力减小P (步进)。如果燃料压力低于正常压力 P (正常)，则控制器控制燃料输送子系统将喷射压力增加至P (正 常)。所公开的方法的主要特征在于，如果喷射压力被控制为增加， 则这通过压力调节阀在控制器指令下的才喿作而基本上在瞬间就可 以发生，只要在压力调节阀的上游存在高压气体燃料的储备即可， 例如，储存于储存容器中。但是，如果喷射压力被控制为减小，则 允许燃料压力以避免排放任何高压气体燃料的速率衰减。结果，在 衰减期间的实际喷射压力可以高于目标喷射压力，这需要控制器对 燃泮牛喷射力永宽进行调节，以校正该较高的压力。如上所述，在从发动才几特性图确定目标燃料喷射压力的过程中可以涉及多个发动机运转条件。在该实例中，如图5所示，用来确发动才几转速。除了发动4几功率，还可以^^4戈诸如转矩的另一个发动 机参数，并且尽管特性图的形状可能不同，但是可以利用相同的原 J里来应用所述方法。当发动机怠速或处于低负载条件下时，需要较少的燃料，并且 降低燃料压力以使燃料喷射脉宽增加。如上面参照图l所描述的， 如果燃料喷射脉宽太短，则这会导致从一个喷射动作到下一个喷射 动作所喷射的实际燃料量有更多的可变性，这可能导致在一个喷射 动作中喷射过多的燃料，而在另一个喷射动作中喷射的燃料不足或 根本没有，从而造成不稳定的燃烧。选择预定的目标压力P (低)， /人而当发动怠速时，燃料喷射脉宽可以比最小的脉宽PWmin长，
如图l所示。该方法使得气体燃料发动机可在怠速或低负载条件下 (诸如当车辆处于静止或下坡时)获得稳定的燃烧。一些发动机可以通过发动机特性图来运转，所述发动机特性图 被划分成正好两个负载区域，其中低负载阈值在这两个负载区域之 间4是供边界。对于这些发动机来说，预定的目标压力P (正常)为 发动机特性图上位于低负载阈值之上的所有运转点提供所需的喷 射压力。即，在高负载和高转速条件下，当需要更多的燃料时，在 喷射压力P (正常)下可以通过不太长的燃料喷射脉宽喷射所期望 量的燃料。例如，太长的脉宽可能导致在动力沖程后期喷射过多的矩贡献甚少，并且这些燃料中的大多数可能未燃烧地遗留下来，从 而降低了发动机的效率。在这个范围的另一端，在该另一端发动机 在发动^L特性图上的邻近于低负载阈值的点处运转，并且在该另一 端处需要较少的燃料，重要的是，喷射压力P (正常)不能太高以致于将燃坤+喷射脉宽减少至小于最小"永宽PWmin 。如果难以选4奪第二个离散的燃冲+喷射压力，即适于大于4氐负载 阈值的所有发动机运转点的P (正常)，则可以指定更多个目标燃料 喷射压力并且使之与附加阈值所限定的不同运转区域相关联。阈值 和目标燃料喷射压力的数量是发动机运转特性(诸如用于负载和转 速的运转范围)的函数。与液态燃料相比，改变发动4几特性图上的 用于不同运转点的燃料喷射压力的好处对于气体燃料更重要，原因 是与液态燃料相比，气体燃料具有更低的质量密度。在邻近一个区域的高负载端的运转点处，如果以产生高效燃烧 以及所需功率和转矩输出的脉宽喷射所期望量的燃料而需要的压 力在该区域的接近低负载阈值的低端处不是合适的压力，从而导致 月永宽小于最小脉宽PWmin,则应该采用第二阈值和另一目标喷射压 力。在图4和图5所示的实例中，指定第三个预定目标喷射压力P(高)，并且使之与高负载阈值505所限定的高负载区域506相关 联。可以理解，通过应用此处所公开的原理，可以为特定发动机的 具体特性确定所限定运转区域和相关的离散目标喷射压力的凄史量。从设置有所公开的气体燃料和？ 1燃燃料输送子系统的、并且根 据所7>开的方法运转的Cummins ISX 450 hp发动机所收集的试—验 数据已显示出以恒定的燃料喷射压力难以获得稳定的燃烧。当所公 开的方法和装置应用于该发动机时，可以获得稳定的燃烧，并且发 动机的功率、性能和能量效率基本上与传统柴油机的功率、性能和 能量效率相匹配，但是NOx和颗粒物质的排放更低。已从这种类型 的发动机收集试验数据，所述类型的发动机安装在试验台中或安装 于已在路上行马史的试验车辆中。对于该发动机来说，可以仅利用基 于所检测的发动机状态而选择的两个离散目标喷射压力。例如，同 发动积4义受与发动;^的功能相关的负载作为原动力来移动车辆时、 以及对于开动(cranking)状态来说当发动机启动时控制器所控制 的正常目标喷射压力相比，当发动机状态为怠速或动力输出状态 时，当仅施加辅助负载时，则控制器控制更低的目标喷射压力。对 于该发动机来说，可以找到适合于较宽范围的发动机运转点的正常 目标喷射压力，从而允许两个目标燃料喷射压力的控制策略。尽管乂人实际发动才几试-验所收集的凄t据示出了可以以少至两个 离散目标喷射压力来驱动发动机，但是，对于气体燃料发动机来说，除了气体燃料的低密度之外，还存在可能令人满意地指定三个或多 个运转区域的多个因素。对于此处所公开类型的气体燃料直接喷射发动机，气体燃料被 直接喷射到燃烧室内，但是喷射压力低于传统柴油机所使用的燃料 喷射压力，所述传统柴油机需要额外的能量来使燃料雾化。因此， 一个因素可以是在高负载运转范围内，如果气体燃料喷射压力未 升高至保持燃料喷射压力与气缸内压力之间的比值，以使得燃一牛射 流中的至少 一些气体燃料超过音速，则较高峰值的气缸内压力会影 响发动4几性能。另 一个因素是由于气体燃料通常比传统的柴油燃料更清洁地 燃烧，所以可以采用更高比例的废气再循环，原因在于发动机废气 中存在较少的颗粒物质。更高的废气再循环速度可以帮助进一 步减 少NOx的产生，但是副作用在于这也减慢了燃烧速度。因此，对于 利用了使用更高废气再循环速度的好处的气体燃料发动机来说，在 高负载高转速条件(与其它运转点相比，在该条件下需要更多量的 燃料)下，可以令人满意的是，增加燃料喷射压力以加快燃烧速度， 以^更消除由高标准废气再循环而导致的相反效果。上面已结合图4描述了图5。图5示出了绘制出发动机功率相 对于发动机转速的曲线。发动机的正常运件条件由最大额定功率和 最大额定速度界定，并且在这些界限内的运转条件被划分成低负载 区域502、中等负载区域504和高负载区域506。此处限定为低负 载阈值的线503将低负载区域502与中等负载区域504分开。此处 限定为高负载阈值的线505将高负载区域506与中等负载区域504 分开。参照图6，相对于时间绘制出了气体燃料喷射压力，以便示出的影响。在tO处，发动机处于怠速，并且气体燃料压力被保持在P (低)。在tl处，施加负载，并且发动机控制器检测到发动机不再 怠速，于是发动机控制器控制气体燃料压力增加至P(正常)。在t2 处，发动机恢复到怠速，并且发动机控制器再次4企测到发动机运转 条件的变化。通过控制一系列的递增式压力降低，负速率限制器控 制的对气体燃料压力的降低，直至气体燃料压力降低至P (低)，或 者直至控制器检测到发动机不再怠速。在t3处，再次施加负载，使 得气体燃料压力增加至P (正常)。在t4处，向发动机施加高负载，
例如，当车辆在爬陡坡时。发动机控制器检测到发动机在发动机特 性图上的预定高负载阈值之上的点处运转，并且控制气体燃料压力以增加到P(高)。在t5处，负载降至低于高负载阈值，并且这被 发动机控制器检测到，于是控制器控制气体燃料压力使之降低至P (正常)，并且负速率限制器将速率控制在压力被降低的速率，以 防止气体燃料的排放。在t6处，发动机控制器检测到气体燃料压力 处于P(正常)，并且发动机仍然承受负载，但是该负载小于高负载 阈值，因此气体燃料压力保持在P (正常)。尽管已示出并描述了本发明的一些具体部件、实施例和应用， <旦是应该理解，本发明当然不局限于此，原因是在不脱离本7>开范 围的情况下，尤其是根据上面的教导，本领域技术人员可以进行改
权利要求
1.一种用于内燃机的运转方法，所述运转方法包括将气体燃料输送到燃料喷射阀，其中，所述燃料喷射阀内的气体燃料压力被定义为气体燃料喷射压力；在发动机的压缩冲程期间，通过所述燃料喷射阀将所述气体燃料直接喷射到燃烧室内；从发动机运转条件中确定至少一个预选发动机参数的数值，并且将气体燃料喷射压力控制为预定目标值，所述预定目标值与所述至少一个预选发动机参数的所述确定值相关联；以及测量气体燃料喷射压力并调节燃料喷射脉宽，以便校正所述预定目标值与所测得的气体燃料喷射压力之间的差值，从而如从发动机特性图上所确定的那样喷射期望量的气体燃料。
2. 根据^又利要求1所述的运转方法，其中，所述预选发动才几参数 中的至少一个是发动机状态、发动机负载、发动机转速、燃料 干线温度、或气缸内压力。
3. 根据权利要求1所述的运转方法，进一步包括保持气体燃料 喷射压力与气缸内压力的比值，所述比值高得足以导致出自所 述燃料喷射阀而在所述燃烧室内包含至少一些超音速气体燃 料的燃料射流。
4. 根据权利要求1所述的运转方法，其中，当控制气体燃料喷射 压力降低时，在不向大气排放所述气体燃料的情况下降低气体 燃料喷射压力。
5. 根据权利要求4所述的运转方法，其中，以这样的速率降低气 体燃料喷射压力，所述速率是所述发动机的气体燃料消耗速率 的函数。
6. 根据权利要求4所述的运转方法，其中，所述方法进一步包括 使用负速率限制器降低气体燃料喷射压力。
7. 根据权利要求6所述的运转方法，其中，使用闭环控制操作所 述负速率限制器，以便以预定的递增量来降低气体燃料喷射压 力，直至达到目标压力。
8. 根据权利要求6所述的运转方法，其中，所述负速率限制器包 含负速率限制算法，所述负速率限制算法可编程于电子发动机 控制器中。
9. 根据权利要求6所述的运转方法，其中，所述负速率限制器包 4舌电子电^各。
10. 根据权利要求5所述的运转方法，其中，降低气体燃料喷射压 力进一步包括停止向供给所述燃料喷射阀的燃料干线输送所 述气体燃料，直至气体燃料喷射压力降至所述预定数值中所期 望的一个数值。
11. 根据权利要求10所述的运转方法，其中，所述方法进一步包 括关闭与燃料供应管路相关联的阀，以停止向所述燃料喷射 阀输送所述气体燃料。
12. 根据权利要求10所述的运转方法，其中，所述方法进一步包 泵，以停止向所述燃料喷射阀输送所述气体燃冲牛。
13. 根据权利要求1所述的运转方法，其中，所述方法进一步包括 响应所测得的发动才几参凄t^:值而将所述气体燃并+喷射压力控 制为多个离散预定压力中的 一个，所述发动机参数包括发动机 状态、发动机负载、发动机转速、燃料干线温度、和气缸内压 力中的至少一个。
14. 根据权利要求13所述的运转方法，其中，所述多个离散预定 压力中的一个是低于第二预定喷射压力P (正常)的P (低)， 并且所述方法进一步包括当所述发动才几在急速条件下运转时 将气体燃料喷射压力控制为P(低)，并且当向所述发动机施 加负载时将所述气体燃料喷射压力控制为P (正常)。
15. 根据权利要求14所述的运转方法，进一步包括高于P(正常) 的第三预定喷射压力P (高)，并且所述方法进一步包括当 所述发动机在所述发动机特性图上的预定高负载阈值之上的 点处运转时，将气体燃料喷射压力控制为P (高)。
16. 根据权利要求14所述的运转方法，其中，所述压力P (低) 为这样的压力，即在所述压力下，当所述发动机在怠速条件下 运转时，可以将期望量的气体燃料以大于或等于预定最小脉宽 的燃料喷射脉宽通过所述燃津十喷射阀喷射到所述燃烧室内。
17. 根据权利要求14所述的运转方法，其中，所述预定喷射压力 中的一个是低于第二预定喷射压力P (正常)的P (低)，并 且所述方法进一步包括当所述发动才几在所述发动才几特性图上 的预定低负载阈值之下的点处运转时，将气体燃料喷射压力控 制为P(低)，并且当所述发动机被控制为所述低负载阈值之 上的运转点时，将所述气体燃料喷射压力控制为P (正常)。
18. 根据权利要求17所述的运转方法，进一步包括高于P (正常) 的第三预定喷射压力P (高)，并且所述方法进一步包括当 所述发动机在所述发动机特性图上的预定高负载阈值之上的 点处运转时，将气体燃料喷射压力控制为P (高)。
19. 根据权利要求17所述的运转方法，其中，所述压力P (低) 为这样的压力，即在所述压力下，当所述发动^/L在怠速条件下 运转时，可以将期望量的气体燃^+以大于或等于预定最小^永宽 的所述燃^l"喷射脉宽通过所述燃冲+喷射阀喷射到所述燃烧室 内。
20. 根据权利要求18所述的运转方法，进一步包括使来自于一 个发动机循环的一部分废气再循环，以使其返回到所述燃烧室 内以^更进^f亍下一发动才几循环。
21. 根据权利要求18所述的运转方法，其中，当所述发动机在所 述发动机特性图上的所述预定高负载阈值之上的点处运转时， 再循环的废气构成进气冲程期间31入到所述燃烧室内的气体 质量的至少15%。
22. 4艮据4又利要求1所述的运转方法，进一步包括将引燃燃料喷 射到所述燃烧室内，以触发所述气体燃料的点火。
23. 根据权利要求22所述的运转方法，其中，可操纵所述燃料喷 射阀以将所述引燃燃料和所述气体燃泮牛两者引入到所述燃烧 室内。
24. 根据权利要求23所述的运转方法，进一步包括调节气体燃 料压力和引燃燃料压力，以〗更在将每种所述燃料输送到所述燃料喷射阀之前减小所述气体燃料与所述引燃燃料之间的压力 差。
25. 根据权利要求24所述的运转方法，其中，气体燃料压力相对 于引燃燃料压力为负偏压。
26. 根据权利要求1所述的运转方法，进一步包括将气体燃料喷 射压力控制为所述发动机特性图上的预定运转点的预定目标 压力，并且通过插值法计算所述预定运转点之间的运转点的目 标压力。
27. 根据权利要求1所述的运转方法，进一步包括限定所述发动 机特性图上的预定运转点的所述燃料喷射脉宽，并且通过插值 法计算所述预定运转点之间的运转点的燃料喷射脉宽。
28. 根据权利要求1所述的运转方法，进一步包括保持所述燃料 喷射脉宽，使得所述燃料喷射脉宽不小于预定最小脉宽。
29. 根据权利要求28所述的运转方法，进一步包括降低气体燃 料喷射压力，以延长燃料喷射脉宽。
30. —种内燃机系统，包括彼此相配合以将气体燃料引入到燃烧室 内的部件，所述气体燃泮牛可以在所述燃烧室内燃烧，所述内燃 才几系纟充包才舌a. 燃料输送子系统，其包括用于控制气体燃料压力的装 置以及用于输送所述气体燃料的燃冲+干线；b. 燃津牛喷射阀，可才喿作地连接于所述燃津牛干线，从而可 燃料供应子系统引导到所述燃料喷射阀，并将所述气体燃料经由设置于所述燃烧室中的燃料喷射阀喷嘴引入到所述燃烧室内；c.控制器，可操作所述控制器以便i. 从发动机运转条件中确定至少一个预选发动机参 数的数值；ii. 确定气体燃料喷射压力的目标值，所述目标值与 所述至少 一个预选发动才几参^t的所述确定值相关联；iii. 控制所述用于控制气体燃料喷射压力的装置，以 便如果气体燃料喷射压力不等于所述目标值，则将气体燃 料压力增加、或降低到所述目标值；iv. 控制所述燃津+喷射阀的开启和关闭以调节燃并牛喷 射脉宽，以便校正所测得的气体燃料喷射压力与所述目标 值之间的差值。
31. 根据权利要求30所述的内燃机系统，其中，所述预选发动机 参凄史中的一个是气缸内压力，并且旋转所述目标值以保持气体 燃料喷射压力与气缸内压力的比值，所述比值高得足以导致出 自所述燃冲牛喷射阀而在所述燃烧室内包含至少 一些超音速气 体燃料的燃料射流。
32. 根据权利要求30所述的内燃机系统，进一步包括与所述用于 控制气体燃料压力的装置相关联的负速率限制器，所述负速率 限制器用来限制气体燃料压力的降4氐，以防止所述气体燃^牛排 ;改到大气中。
33. 才艮据权利要求32所述的内燃机系统，其中，所述控制器是电 子控制器。
34. 根据权利要求33所述的内燃机系统，其中，所述负速率限制 器包括专用的电子电路。
35. 根据权利要求33所述的内燃机系统，其中，所述负速率限制 器包含负速率限制算法，所述负速率限制算法可编程于所述电 子控制器中。
36. 根据权利要求30所述的内燃机系统，其中，所述用于控制气 体燃料压力的装置是与所述燃料干线相关联的压力调节阀。
37. 根据权利要求36所述的内燃机系统，其中，所述控制器可以 控制所述压力调节阀关闭，以使得当所述压力调节阀与所述燃 泮牛喷射阀之间的所述燃冲牛干线内的气体燃利-被所述发动才几消 耗时，气体燃料喷射压力降低。
38. 才艮据权利要求30所述的内燃才几系统，其中，所述燃料输送子 系统进一步包括可以用来将高压气体燃并+输送到所述燃料喷 射阀的泵或压缩4几，并且其中，所述控制器可以;波编程为控制 所述泵或压缩扭"亭止，以4吏得当所述泵或压缩4几与所述燃料喷 射阀之间的所述燃料干线内的气体燃料被所述发动机消耗时， 气体燃料喷射压力降低。
39. 根据权利要求30所述的内燃机系统，其中，所述预选发动机 参数定义发动机特性图，并且低负载阈值划分所述发动机特性 图的区i或，/人而a.当所述发动机在所述发动机特性图上的所述低负载阈 值之下的点处运转时，操作所述控制器以将气体燃料喷射压力 控制为预定压力PH氐)；以及 b.当所述发动机在所述发动机特性图上的所述低负载阈 值之上的点处运转时，操作所述控制器以将气体燃料喷射压力 控制为预定压力P (正常)，其中压力P (正常)高于P (低)。
40. 根据权利要求39所述的内燃机系统，进一步包括高负载阈值， 从而所述发动机特性图被划分成三个区域，并且当所述发动机 在所述发动机特性图上的所述高负载阈值之上的点处运转时， 操作所述控制器以将气体燃料喷射压力控制为预定压力P(高)，其中P (高)高于P (正常)。
41. 根据权利要求30所述的内燃机系统，进一步包括用于将源自 所述燃烧室的废气流引导回所述燃烧室内的废气再循环装置、 以及用于调节再循环的废气量的EGR阀。
42. 根据权利要求30所述的内燃机系统，其中，所述燃料喷射阀 与引燃燃料喷射阀为一体，/人而引燃燃料和所述气体燃料均可 以通过单个燃泮+喷射阀组件而^皮引入到所述燃烧室内。
43. 根据权利要求42所述的内燃机系统，其中，对于所述气体燃 料和所述引燃燃津牛来说，所述单个燃津牛喷射阀组件包4舌分离的 燃料通道和分离的阀件，使得所述气体燃料和所述引燃燃料被 分离地且单独地喷射到所述燃烧室内。
44. 根据权利要求43所述的内燃机系统，其中，所述用于控制气 体燃料压力的装置还可操作成将所述气体燃料与所述引燃燃 料之间的压力差保持在预定范围内。
45. 根据权利要求44所述的内燃机系统，其中，所述气体燃料喷 射压力相对于引燃燃料喷射压力为负偏压。
46. 根据权利要求44所述的内燃机系统，其中，所述用于控制气 体燃料压力的装置包括与引燃燃料干线相连通的圆顶负荷型 调节器。
47. 根据权利要求30所述的内燃机系统，进一步包括与所述燃料 喷射阀或介于所述用于控制气体燃料压力的装置与所述燃料 喷射阀之间的所述燃料干线相关联的传感器，所述传感器用于 测量气体燃#+压力。
48. 根据权利要求30所述的内燃机系统，进一步包括用于直接测 量气缸内压力或用于测量与所述发动4几相关的运转参lt的传 感器，通过所述运转参数可以间接确定气缸内压力。
全文摘要
本发明公开了一种发动机运转方法以及一种直接喷射气体燃料的系统，所述系统在压缩冲程期间将气体燃料直接喷射到燃烧室内，将气体燃料喷射压力控制为作为至少一个预选发动机参数的函数而确定的目标值，测量实际气体燃料喷射压力并调节燃料喷射脉宽，以校正目标值与实际气体燃料喷射压力之间的差值，从而如从发动机特性图上所确定的那样喷射期望量的气体燃料。
文档编号F02M21/02GK101163875SQ200680013866
公开日2008年4月16日 申请日期2006年5月18日 优先权日2005年5月18日
发明者杰夫·汤普森, 格雷格·巴藤堡, 理查德·安西梅尔 申请人:西港能源公司