燃料喷射器温度缓和的制作方法
【专利说明】燃料喷射器温度缓和发明领域
[0001]本申请涉及一种用于内燃机的燃料系统保护技术，并且更具体地涉及控制发动机阀定时以管理燃料喷射器温度的技术。
[0002]发明背景
[0003]采用天然气作为车辆的替代燃料来取代常规液体燃料，像汽油和柴油。存在许多促使使用天然气的因素，其中的两个因素是成本和排放物。在能量当量基础上，天然气比基于石油的燃料便宜。由于生产持续超过新石油储量的发现，原油价格持续上涨。另外，各种全球政治和经济因素可能导致原油价格的波动性。相反，天然气的储量随着继续发现新的储量而持续增加，保持其价格远低于石油的价格。用天然气作为燃料的发动机比用汽油或柴油作为燃料的发动机产生更少的排放物。由于比以往更加严格的排放物标准，发动机制造商正考虑用天然气作为车辆燃料来满足这些新标准。然而用于天然气车辆的燃料补给基础设施不如用于常规液体燃料的燃料补给基础设施广泛，这是影响天然气车辆尤其是消费汽车的采用的一个因素。然而，汽车制造商正开始将天然气燃料系统整合在现有的汽油燃料系统旁且使得内燃机适应多于一种类型的燃料，这些在本公开内容中被称为“多燃料发动机”。使用天然气燃料系统代替目前的石油燃料系统使得发动机只依靠天然气运行的工作仍在进行中。在本公开内容中，术语“天然气”和“气体”被可交换地使用且被理解为气体燃料的优选示例，但是除了天然气之外还可采用其他气体燃料，如乙烷、甲烷、丙烷、生物气、填埋气体、二甲醚、氢气及它们的混合物。
[0004]在一个这样的多燃料发动机中，有将液体燃料直接地引入到燃烧室内的直接喷射燃料系统，以及在进气阀上游将天然气引入到进气空气内的天然气端口喷射燃料系统。在此发动机中，当发动机运行在端口喷射天然气燃料供给模式时，液体燃料在未被致动的直接燃料喷射器中保持闲置。在此模式下，由于直接燃料喷射器的喷嘴位于燃烧室中，因此可能的是，来自端口喷射的燃料的燃烧的热量使得直接燃料喷射器内的液体燃料的温度升高到高于阀值温度，使得喷射器被损坏或碳沉积物开始形成。这些碳沉积物的形成导致直接燃料喷射器的污染，所述污染影响液体燃料喷射的性能。
[0005]在另一个发动机系统中，有液体燃料直接喷射系统和端口燃料喷射系统两者。根据当前运行模式，所述发动机能够用直接燃料喷射系统或端口燃料喷射系统或在同一运行模式中同时用两个燃料喷射系统供给燃料。如果发动机是多燃料发动机，则用于给发动机供给燃料且被递送到直接燃料喷射系统和端口燃料喷射系统的液体燃料可以是相同的燃料或不同的燃料。例如，当发动机启动时，以分层充气模式从直接喷射系统供给燃料是有利的，且在高负载或高速度下，发动机可以以预混合模式从端口喷射系统供给燃料。当用来自端口喷射系统的燃料运行发动机时、当液体燃料保持闲置在内部时，直接燃料喷射器可被污染。
[0006]2010年12月14日授予波特(Pott)等人的美国专利第7，853，397号(‘397专利)公开了一种运行内燃机的方法，所述内燃机利用通过高压直接喷射器喷射的汽化燃料和利用被引入到进气空气歧管或端口中的气体燃料来运行。在气体燃料运行中，存在高压直接喷射器由于缺乏液体燃料的通过而变热且随后损坏或位于内部的燃料形成对喷射器性能具有不利影响的沉积物的风险。为了避免这些问题，确定高压燃料喷射器的负载特性且如果此负载高于限制值则转换到执行汽化燃料运行，或汽化燃料运行被带入气体运行，使得高压喷射器中的燃料被吹扫且喷射器得以冷却。基于发动机温度(运行参数)，从加权特性图中得出燃料喷射器上的热负载，对该热负载时间积分以确定负载特性值。‘397专利的方法不确定高压喷射器的温度，而是确定表示喷射器上的经验热负载的存储能量。结果，在气体运行期间，虽然燃料喷射器的温度低于临界值(高于临界值沉积物开始形成)，但是基于存储的能量值会不必要地消耗汽化燃料。‘397专利的方法仅在气体运行期间确定高压喷射器上的热负载，而不为所有燃料供给模式(气体运行、汽化燃料运行和混合燃料运行)连续地确定热负载。即，在气体运行期间，当确定热负载高于限定值时，使汽化燃料流动通过高压燃料喷射器以吹扫燃料和冷却喷射器。流动通过喷射器的液体燃料的量是基于冷却喷射器所预期的预定最小容量，而不是将燃料喷射器的温度减少到沉积物开始形成的临界值以下所需要的容量。此外，在气体运行期间，这导致不必要的和增加的汽化燃料运行。
[0007]现有技术缺少用于保护多燃料系统发动机中的直接喷射器的技术，所述技术减少或最小化被引入以冷却直接喷射器的直接喷射的燃料的量。因此，对于可以通过直接喷射系统也可以借助于另一种燃料系统供给燃料的发动机，存在对当用其他燃料系统运行时保护直接喷射器的改进的方法的需要。还存在保护引入气体燃料的直接喷射器免受由过高的顶端温度产生的效应的需要。
【发明内容】
[0008]一种用于内燃机的燃料系统保护的改进的方法，所述方法包括:根据发动机运行参数确定直接燃料喷射器的温度；以及当温度升高到高于第一预定值时，提前进气阀定时，使得维持温度低于第二预定值。第一预定值优选地大于第二预定值。发动机运行参数包括发动机转速、空气质量流量、发动机冷却剂温度、当量比、火花定时、燃烧定相、歧管空气温度、有效EGR率、进气氧气浓度、收集的氧气质量、熏蒸的燃料质量分数和直接喷射的燃料的质量分数中的至少两个。所述方法可还包括:通过直接燃料喷射器将直接喷射的燃料引入到燃烧室中；在发动机进气阀(在此说明书中被称为进气阀)上游引入熏蒸的燃料；以及用直接喷射的燃料和熏蒸的燃料中的至少一个选择性地运行内燃机。代替或者除了提前进气阀定时，可根据发动机运行条件如发动机转速、发动机负载和进气阀定时来延迟排气阀定时，由此维持温度低于第二预定值。除了提前进气阀定时，可提前点火定时，使得内燃机的燃料消耗和涡轮入口温度中的至少一个被降低。直接喷射的燃料选自由天然气、汽油、乙醇-汽油掺合物和柴油组成的群组中。熏蒸的燃料选自由汽油、乙醇-汽油掺合物、乙烷、甲烷、丙烷、生物气、填埋气体、二甲醚、氢气和它们的已知混合物组成的群组中。直接燃料喷射器的温度可包括稳态温度和瞬态温度。所述方法还包括:根据发动机运行参数确定直接燃料喷射器的稳态温度；以及根据稳态温度确定直接燃料喷射器的瞬态温度。
[0009]一种用于内燃机中的燃料系统保护的改进的装置包括用于将直接喷射的燃料引入到内燃机的燃烧室中的直接燃料喷射器和控制器。控制器被编程以:根据发动机运行参数确定直接燃料喷射器的温度；以及当所述温度升高到高于第一预定值时，提前进气阀定时，使得维持温度低于第二预定值。第一预定值可以是大于第二预定值、等于第二预定值和小于第二预定值中的一个。所述装置可还包括用于在燃烧室的进气阀的上游引入熏蒸的燃料的熏蒸系统。所述控制器可被进一步编程以:通过直接燃料喷射器选择性地引入所述直接喷射的燃料，以及通过熏蒸系统选择性地引入熏蒸的燃料。所述控制器还可被进一步编程以:除了或代替提前进气阀定时，根据发动机运行状态来延迟排气阀定时，使得维持温度低于第二预定值。所述控制器还可被进一步编程以:提前点火定时，使得内燃机的燃料消耗和涡轮入口温度中的至少一个被降低。
[0010]一种用于内燃机的燃料系统保护的改进的方法包括校准步骤和正常运行步骤。在内燃机的校准期间，所述方法包括:根据发动机运行参数确定直接燃料喷射器的温度；以及当温度升高到高于第一预定值时，校准发动机以提前进气阀定时，使得维持温度低于第二预定值。在内燃机的正常运行期间，所述方法包括:根据发动机运行参数确定直接燃料喷射器的温度；以及当温度升高到高于第三预定值时，执行温度缓和技术，使得维持温度低于第四预定值。温度缓和技术可包括本说明书所描述的技术中的至少一个(提前进气阀定时和延迟排气阀定时)，以及使喷射的燃料直接流经直接燃料喷射器。第三温度可小于第一温度，而第四温度可小于第二温度。
[0011]附图简述
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