内燃机的多燃料系统的制作方法
【专利说明】内燃机的多燃料系统
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2013年6月27日提交的美国临时申请号61/840，129的权益。
技术领域
[0003]本发明通常涉及内燃机的燃料系统，尤其涉及使用柴油和天然气两种燃料的内燃机的多燃料系统。
【背景技术】
[0004]经估计，目前在美国的道路上有三亿车辆。每天，普通美国人花将近1小时来开车。另外，在美国运输的货物的大约百分之七十由商用车辆运送。显然，汽车是美国日常生活中不可或缺的一部分。对世界上大多数国家同样如此。世界对汽车的依赖形成对驱动这些汽车的燃料源的相似依赖。如今路上的大多数车辆使用汽油或柴油燃料作为燃料。大多数商用车辆使用柴油燃料作为燃料。
[0005]对化石燃料的依赖带来大量问题。柴油燃料价格每天波动，但在燃料定价上有明确的上升趋势。没有任何迹象表明这些燃料价格将在可预见的未来下降。在以汽油为燃料以及柴油为燃料的内燃机的操作中固有的空气污染问题是众所周知的。这些空气污染物包括一氧化碳、二氧化氮、颗粒物、臭氧、二氧化硫以及铅。所有这些污染物都是人类的各种健康问题以及环境中的臭氧消耗及酸雨的已知根源。许多人推测，空气污染正引起全球逐渐地且不可逆地变暖。
[0006]出于这些原因，当前在用各种排放控制装置，且依据联邦法规，这些排放控制装置可能是必须的，以减少内燃机在大气中排出的污染物量。这些排放控制装置响应由环境保护局(Environmental Protect1n Agency ；EPA)制定的各种空气质量标准，包括清洁空气法。各州也有其自己的环境保护法规及实施方法。加州空气资源委员会(California’ sAir Resources Board ;CARB)是全国最严格的污染监管机构。由CARB制定的排放标准比联邦EPA要求严格，尤其是关于变为烟雾的碳氢化合物及氮氧化物排放。目前，16个其它州已采用或正在采用加州的严格排放标准。
[0007]不过，排放控制装置仅去除污染物的部分，且随着时间推移容易劣化。另外，它们常常阻止发动机以峰值效率操作。此类排放控制装置也在某种程度上受限于其去除污染物的能力，并显着增加汽车的成本。
[0008]吹漏气的排出或燃烧也增加排放。在以柴油为动力的发动机中，使用机油(oil)润滑曲轴和连杆轴承。曲轴箱主要由空气和机油填充。进气歧管自独立的源头接收并混合燃料和空气。进气歧管中的燃料/空气混和物被吸入燃烧室中，在燃烧室中，该燃料/空气混和物由火花塞点燃，或者因活塞轴的运动引起的燃烧室中的压缩导致。尽管活塞汽缸内围绕活塞的外径设置的活塞环意图将注入燃烧室中的未燃烧及已燃烧的燃料和空气与曲轴箱密封隔离，但该些活塞环无法完全密封活塞汽缸。因此，废气进入曲轴箱，该废气通常被称为“吹漏气(blow-by gas)”。
[0009]吹漏气主要由污染物例如碳氢化合物(未燃烧燃料)、二氧化碳和/或水蒸气组成，所有这些污染物都对发动机曲轴箱有害。将吹漏气限制在曲轴箱中会使污染物凝结并随着时间推移逐渐累积于发动机曲轴箱中。凝结后的污染物在曲轴箱的内部形成腐蚀性酸和油泥。这降低曲轴箱中的发动机机油润滑汽缸及曲轴的能力。无法正常润滑曲轴组件的劣化机油可能成为增加发动机中的磨损以及降低发动机性能的一个因素。
[0010]业界已开发了曲轴箱通风系统来将吹漏气排出曲轴箱强制通风(positivecrankcase ventilat1n ；PCV)阀门并进入进气歧管以再燃烧。不过，自曲轴箱移除的此类吹漏气常常包含较高含量的润滑机油及类似物，该润滑机油及类似物被引入进气歧管并因此进入燃烧室中，从而增加车辆所产生的污染。
[0011]在柴油发动机中这些问题尤其严重，因为柴油发动机燃烧比汽油更油更重的柴油燃料。因此，由柴油发动机的曲轴箱产生的吹漏气比汽油吹漏气更油更重。当然，此类柴油吹漏气的燃烧弓I起更大的污染担忧。
[0012]近来，美国国内已发现大量的天然气来源。有时，天然气也被用作内燃机的燃料。在没有复杂的排放控制装置的情况下，天然气能够产生更少的燃烧污染物并降低发动机操作成本。预计天然气的使用将降低世界化石燃料消耗的速率。
[0013]由于当前的运输基础设施不包括针对车辆的大量分散的天然气零售供应商，因此由于范围限制，生产仅使用气体燃料如天然气的车辆是不切实际的。相反，为车辆提供液体燃料例如柴油燃料的供给以及气体燃料例如天然气的辅助供给更切合实际。
[0014]因此，一直需要一种系统，其不仅能够燃烧柴油燃料，而且能够燃烧与天然气组合的柴油燃料，以降低柴油燃烧发动机的排放。还需要此类系统在对现有的燃料进气系统及配置作尽可能少的改造的情况下这样做，以降低系统的复杂度及成本并且也使现有的柴油发动机得以改造。另外，需要此类系统过滤柴油发动机曲轴箱的吹漏气，以在曲轴箱内保持洁净的且经过滤的润滑机油，同时降低被引入燃烧室中的吹漏气的环境影响。本发明实现了这些需求并提供其它相关优点。
【发明内容】
[0015]本发明涉及多燃料发动机系统。该多燃料发动机系统开始于具有通过第一供应管道与燃烧室流体连接的柴油箱的柴油发动机。该柴油发动机可包括燃料喷射器导轨以及延伸至该燃烧室中的燃料喷射器，在这种情况下，该第一供应管道经由该燃料喷射器导轨及燃料喷射器与该燃烧室流体连接。该燃料喷射器响应如下所述的微控制器。
[0016]较佳地，该发动机具有与该发动机中的任意数目的多个活塞对应的多个燃烧室。在具有多个活塞及燃烧室的情况下，该发动机也可包括自该燃料喷射器导轨延伸至各燃烧室中的多个燃料喷射器。
[0017]该系统还具有通过第二供应管道与该燃烧室流体连接的天然气箱。在存在该燃料喷射器导轨及燃料喷射器的情况下，该第二供应管道也可穿过该燃料喷射器导轨及燃料喷射器。较佳地，该天然气箱由抗穿刺材料或碳纤维制成。较佳地，该天然气箱及该第二供应管道被加压。
[0018]该系统还具有与该第一及第二供应管道串联(in-line)设置的混合室，其中，该混合室混合来自该柴油箱的柴油燃料与来自该天然气箱的天然气，以在该燃烧室前形成多燃料混合物。微控制器与监控该柴油发动机的操作特性的传感器耦接，尤其是，操作特性为发动机温度、电池充电、发动机转速、加速度、排放特征或PCV阀门位置。
[0019]该混合室响应该微控制器以选择性调节该多燃料混合物的形成。较佳地，该混合室通过膨胀、充气、加压、加热或冷却来处理该多燃料混合物，所执行的该处理响应来自该微控制器的信号。另外，响应来自该微控制器的信号，该混合室较佳地在从纯柴油至1:1比例的范围内混合该柴油燃料与该天然气。
[0020]较佳地，该系统包括吹漏气系统，该吹漏气系统包括与自该柴油发动机的曲轴箱延伸至该混合室的再循环管道串联设置的PCV阀门。该吹漏气系统还包括位于该