多燃料发动机系统的制作方法_3

文档序号:9920280阅读:来源:国知局
,如下文更详细解释的,作为柴油燃料的备选或除柴油燃料之外,发动机的各个汽缸可构造成接收气态燃料(例如,天然气)。气态燃料可经由如下文所解释的进气歧管或其它适合的输送机构提供至汽缸200。
[0058]图3示出了包括具有多个汽缸200的多汽缸发动机104的发动机系统300的示意图。因此,发动机系统300包括上文关于图1所述的发动机104。发动机104从进气歧管302接收进入空气以用于燃烧。进气歧管302从进气通路114接收进入空气,进气通路114从空气过滤器(图1中所示)接收环境空气,空气过滤器过滤来自发动机104可定位在其中的车辆外的空气。进入空气流入进气歧管302可由节流阀312控制,节流阀312的位置可由控制器110控制。
[0059]在图3中绘制的实施例中,发动机104为具有十二个汽缸的V12发动机。在其它实例中,发动机可为¥6、¥8、¥10、¥16、14、16、18和对置4汽缸或其它发动机类型。由于发动机的¥形构造,故发动机包括具有六个汽缸(例如,汽缸1-6)的第一汽缸排和具有六个汽缸(例如,汽缸7-12)的第二汽缸排。进气歧管302布置在两个汽缸排之间,且构造成经由多个进气流道将进入空气供应至各排的各个汽缸中。尽管图3中未示出,但各个进气流道都联接到至少部分地限定汽缸的单独的汽缸盖上。因此,流过进气歧管的进入空气分配给多个进气流道,其各自流体地联接到发动机的单独的汽缸盖上。
[0060]如上文所述,进气歧管302构造成将进入空气供应至发动机的汽缸。然而,进气歧管302包括用于从发动机排出冷却剂和将气态燃料输送至发动机的其它通路。因此,进气歧管302包括构造成使进入空气流动的第一通路304。第一通路304联接到多个进气流道上。第一通路304从进气通路114接收进入空气。
[0061 ]为了从发动机排出冷却剂,进气歧管302包括第二通路306。第二通路306接收例如引导出各个汽缸盖的冷却剂,且第二通路将冷却剂引导回总体发动机冷却剂系统318。发动机冷却剂系统318可包括一个或更多个冷却剂构件,诸如散热器(例如,图1中的散热器152)、冷却剂箱(例如,箱156)、冷却管线、栗和/或其它构件。因此,来自发动机冷却剂系统的冷却剂栗送至发动机104,在该处,其流过汽缸体和/或汽缸盖的一个或个多个夹套(例如,冷却剂套筒228)来冷却发动机。冷却剂然后经由从各个汽缸盖引出至第二通路306的排出管线排出发动机,且冷却剂回到发动机冷却剂系统。
[0062]在一些操作模式中,发动机104可以以液体燃料燃烧(例如,柴油)和气态燃料(例如,天然气)燃烧操作。液体燃料根据上文关于图2所述的构造输送至各个汽缸,而气态燃料可经由进气歧管302的第三通路308输送至各个汽缸。如图3中所示,进气歧管302的第三通路308可从气态燃料箱316经由一个或更多个气态燃料管线、栗、压力调节器等接收气态燃料供应。在一些实施例中,气态燃料箱316位于离发动机104较远,诸如在不同的轨道车上(例如,在燃料供应车上),且气态燃料可经由横穿单独的车的一个或更多个燃料管线供应至发动机104。然而,在其它实施例中,气态燃料箱316可位于与发动机104相同的车辆上。第三通路308可包括多个气体进入阀,其各自构造成将气态燃料从第三通路308供应至相应的汽缸盖。
[0063]由发动机104中的燃烧引起的排气供应至排气通路116,在该处,排气由后处理装置314处理,且/或在流出至大气之前流过一个或更多个涡轮增压器。在图3中所示的构造中,各个汽缸排均具有排气歧管。例如,排气歧管310a和310b在图3中示出。各个排气歧管接收从相应的汽缸排中的各个汽缸释放的排气(经由相应汽缸盖的排气流道,诸如图2的排气流道212)。各个排气歧管310a,310b均将排气引导至公共排气通路116。
[0064]因此,上面所述的发动机系统提供了多个汽缸,各个汽缸均包括构造成喷射液体燃料(例如,柴油)的液体燃料喷射器。此外,各个汽缸均构造成接收气态燃料(例如,天然气)ο汽缸中的气态燃料空气混合物可经由从液体燃料喷射器喷射液体燃料来燃烧。发动机可构造成在宽范围的气态燃料和液体燃料量(本文称为置换比)内操作。例如,在一些情况下,可能期望以零置换比来操作发动机,其中所有燃烧能量源自液体燃料燃烧。在其它情况下,可能期望以大于零的置换比操作发动机,其中至少一些燃烧能量源自气态燃料。
[0065]如上文所解释的,在一些情况中,可能期望以几乎100%的置换比操作发动机。当气态燃料的燃烧依靠至少一些液体燃料的存在时,甚至在以高置换比操作期间,液体燃料喷射器仍可操作成将一些液体燃料提供至各个汽缸。然而,各个液体燃料喷射器可具有最低液体燃料喷射量,其称为下调点,低于该点,喷射量不与喷射器开启的持续时间(也称为开启持续时间)线性相关。图8为示出用于液体燃料喷射器的示例性喷射器输送曲线802的图表800,示出了高于第一喷射器开启持续时间dl (其中持续时间绘制在水平轴线上),则燃料喷射量(例如,体积,在竖直轴线上绘出)随增大的持续时间线性地增大。然而,低于称为下调点804的该点,燃料输送量可不随变化的持续时间线性变化,例如,量可高于持续时间的速率下减小。如由燃烧曲线806所示,在低于下调点的第二持续时间d2处,由于喷射少量液体燃料,故稳定燃烧可停止且不着火可发生。不着火可基于下文解释的1/2阶不着火监测器确定的I/2阶频率分量水平检测。
[0066]各个独立喷射器的下调点可变化。例如,图9为示出多个液体燃料喷射器的多个喷射器输送曲线902的图表900。如由多个喷射器输送曲线902所示,对于给定组的喷射器,下调点可显著地变化。为了确保燃烧稳定性,各个燃料喷射器典型地可基于所有汽缸的最高下调点或基于确保稳定燃烧的喷射器开启的最高持续时间来操作。如由曲线902所示,如果各个喷射器均以相同持续时间操作(诸如以最高下调点在喷射器中产生稳定燃烧所需的持续时间,图9中由线904表示),则将在喷射器之间输送高度可变量的液体燃料。此操作可降低发动机可利用其操作的气态燃料量。例如,带有最低下调点的喷射器可在远高于该汽缸的持续燃烧所需的最低持续时间的持续时间下操作。
[0067]如下文将更详细描述那样,各个喷射器可操作和仍维持燃烧稳定性的最低持续时间可在调节例行程序期间确定。各个喷射器的燃料输送量可基于各个喷射器开启的持续时间。因此,在描述调节例行程序时,燃料量和开启时间可各自被参考。为了便于描述,开启持续时间将用于描述的其余部分。
[0068]调节例行程序可包括连续地缓降各个喷射器的开启持续时间和监测不着火。一旦检测到不着火,则不着火汽缸的喷射器的开启持续时间可缓升,直到不着火停止。该开启持续时间然后可设置为喷射器能够安全地操作的最低开启持续时间。当需要很高水平的气态燃料(例如,99%)时,该喷射器然后可在其调节的最低开启持续时间下操作。该过程可对于各个汽缸独立地重复。结果,当需要非常高水平的气态燃料时(例如,99%的气态燃料),各个喷射器可在不同持续时间下操作,导致输送相同的液体燃料量。这由图9的多个喷射器输送曲线906示出,其中各个喷射器在不同持续时间下操作,导致相同的燃料输送体积908。
[0069]现在转到图4,示出了用于调节发动机(如图1-3的发动机104)的多个液体燃料喷射器的方法400。方法400可由控制器(诸如图1-3的控制器110)根据储存在其上的非暂时性指令来执行。在402处,方法400包括确定发动机的操作参数。确定的操作参数可包括但不限于发动机速度、发动机转矩需求、发动机温度和其它操作参数。在404处,方法400包括确定是否满足用于执行喷射器调节的条件。用于执行喷射器调节的条件包括之前并未执行的调节例行程序(例如,在发动机制造之后的第一操作周期期间,或随后的维护期间),或执行了自从之前的调节例行程序起过去的(时间、发动机循环、车辆行驶距离等的)阈值持续时间。
[0070]调节例行程序的进入条件还可包括允许高水平气态燃料使用(例如,接近100%)的操作条件。构造成利用液体燃料和气态燃料两者操作的发动机可在仍维持所需的发动机功率情况下利用尽可能多的气态燃料操作。例如,在标准液体燃料发动机(诸如柴油发动机)中,100%的产生的发动机功率可源自柴油燃料的燃烧。在多燃料发动机中,发动机功率的一部分可源自气态燃料,而其余的发动机功率可源自液体燃料。例如,差不多99%的产生的发动机功率可源自气态燃料的燃烧,而其余的1%功率源自柴油燃料的燃烧。"置换"液体燃料的气态燃料的量可称为置换比。置换比可反映源自气态燃料的发动机功率的部分。例如,80的置换比指出80%的功率源自气态燃料,而50的置换比指出50%的功率源自气态燃料。O的置换比指出仅液体操作。
[0071]置换比可基于发动机温度、期望燃料类型、缺口节流阀位置、各个燃料箱中的相对燃料水平(例如,如果气态燃料水平低于阈值,则可使用更多液体燃料)、车辆位置(例如,车辆是否在隧道中)和/或其它参数来设定。因此,进入条件可包括发动机温度、油门位置、车辆位置等,各个都在允许在高气态燃料利用(例如,99%)的范围中。
[0072]如果未满足进入条件,则方法400在402处继续监测操作条件。如果满足条件,则方法400进行至406来用为零的置换比(例如,没有气态燃料利用)操作发动机的所有汽缸。然后,在408处,所有汽缸都在预定安全置换比下操作,诸如80。预定安全置换比可包括已知产生稳定(例如,没有不着火)燃烧的气态燃料利用水平。
[0073]在410处,不着火监测器开始监测汽缸不着火。不着火监测器将在下文中关于图5更详细描述。简言之,不着火监测器可基于由发动机产生且由曲轴速度传感器测得的半阶或较高扭转振荡来检测一个或更多个汽缸中的不着火。
[0074]在412处,方法400包括缓降发动机的第一汽缸的喷射器的开启持续时间。开启持续时间可以以适合速率连续地缓降或以阶梯方式缓降。在喷射器开启的持续时间的缓降期间,不着火监测器将操作,以
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