一种给柔性燃料内燃机添加燃料的设备及方法

一种给柔性燃料内燃机添加燃料的设备及方法
【专利摘要】一种柔性燃料内燃机设备包含燃烧室、进气阀、第一燃料喷射器、第二燃料喷射器和计算机。该进气阀用于允许进气进入燃烧室。第一燃料喷射器将气体燃料直接喷射入燃烧室。第二燃料喷射器将液体燃料在进气阀上游喷射入进气。计算机操作性地连接第一燃料喷射器和第二燃料喷射器以致动分别来自上述二者的燃料的喷射。该计算机被编程以根据工作参数指令气体/液体燃料比值，该工作参数为包含气体燃料压力、气体燃料质量、发动机速度、发动机扭矩、入口空气温度、入口空气湿度、爆燃检测、运行历史、扭矩指令及排放的一组中的至少一个工作参数。
【专利说明】一种给柔性燃料内燃机添加燃料的设备及方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及内燃机，具体来讲，本发明涉及一种给柔性燃料（flexible-fuel)发 动机添加燃料的设备及方法。

【背景技术】
[0002] 两用燃料（bi-fuel)机动车采用液体燃料，如汽油或乙醇，作为一种燃料，并选择 性地使用气体燃料，如压缩天然气（CNG)或液化石油气（LPG);过去，两用燃料机动车对消 费者汽车市场的渗透有限。最近，不断增长的市场需求使汽车原装配件生产商（OEM)投入 更多的资金开发两用燃料机动车作为产品。影响这一趋势的两个主要原因包括商品价格和 尾气排放标准。
[0003] 汽车购买决定直接受原油和天然气之间价格关系的影响。汽车生产商响应于这些 决定因而间接地受这种关系的影响。也就是说，燃料成本影响消费者如何投资消耗天然气 或消耗从原油中提炼出的燃料（如汽油和柴油）的机动车。过去，原油和天然气的价格大致 保持在10 :1的关系，即一桶原油的标价约为1百万个英制热量单位的天然气价格的10倍。 能量等量换算约为6 :1的比例，这意味着其它制约因素，如基础设施物流，也应当作为此等 式的一个因子，尽管来自于原油的能量比天然气更贵。最近，此关系已经上涨了约100%达 到20 :1的比例。一时间，消费者更愿意考虑代用燃料机动车，如所谓的两用燃料机动车、双 燃料（dual fuel)机动车或多燃料（multi-fuel)机动车，主要是因为与汽油或柴油相关的 高了许多的燃料费用。
[0004] 在本文中将双燃料发动机定义为能够同时添加两种不同燃料的发动机，而将两用 燃料发动机定义为既能添加一种燃料，又能添加另一种燃料的发动机，本文中将柔性燃料 发动机定义为作为两用燃料发动机工作或者作为双燃料发动机工作的一种发动机。这就需 要一种用于向柔性燃料发动机的燃烧室输送燃料的新的改进的设备和方法。
[0005] 排放标准作为监管条例明确规定了从机动车的运行向环境排放污染物的具体限 值。这些标准具体限定了一氧化碳（C0)，氮氧化物（NOx)，颗粒物质（PM)，甲醛（HCH0)和 非甲烷有机气体（NM0G)或非甲烷烃（NMHC)的排放量。该限值一般以克每千米（g/km)为 单位限定。由于大多数国家引入催化转化器并相应地淘汰含铅汽油，在降低机动车尾气污 染方面取得了很大进步。随着时代的发展和技术的进步，排放标准也变得越来越严格。例 如，在美国，机动车生产商的全部车辆产品（entire fleet)的复合燃料经济必须达到平均 目标，最近，这些目标包括了温室气体排放。为了达到新的监管条例，从发动机控制系统技 术和能够减少液体燃料燃烧副产物的催化转化器方面寻求提高。然而，由于排放标准的愈 加严格，生产商发现仅使用催化转化器或改进已发展得比较成熟的发动机控制系统来满足 这些标准变得更加困难。
[0006] 天然气是目前广泛可用的化石燃料中最清洁的。天然气燃烧的主要产物为二氧化 碳和水蒸汽。汽油是由更加复杂的分子组成，具有更高的碳比例、以及更高的氮和硫含量。 当汽油燃烧时，与天然气燃烧的副产物相比，存在更高水平的碳排放、氮氧化物（NOx)、二氧 化硫（so2)及颗粒物质（油烟）。
[0007] 如果机动车至少有时能够使用天然气，机动车尾气排放将得到改善。由于催化转 化器达到的减排已趋近目前的技术极限并且进一步提高催化转化器减排效果非常困难，机 动车生产商目前正在考虑将代用燃料机动车，尤其是既能添加天然气作为一种燃料，又能 添加汽油作为另一种燃料的两用燃料机动车，作为达到目前及未来排放标准的手段。相比 汽油和柴油的补给基础设施，天然气的补给基础设施仍不完善，因此两用燃料机动车能够 在如下的区域依然保证车辆的正常行驶，在此区域，如果将天然气作为机动车能够使用的 唯一燃料，操作员可能耗尽燃料。
[0008] 售后改装的两用燃料机动车已被使用一段时间。在常规上，标准汽油机动车在 专业门店翻新，包括在后备箱中安装压缩天然气（CNG)罐作为燃料箱，并在发动机上安 装喷射系统和电子器件。由于原发动机系统与改装系统之间的配合受限，因而这些车辆 的性能和排放欠佳。由于汽油发动机的压缩比较低，导致天然气行驶时的输出功率降低 (10% -15% )，所以转换为天然气行驶的机动车的工作性能受到损失。这种两用燃料机动 车使用汽油行驶性能最佳，而采用天然气燃料时通常效率较低。
[0009] 售后改装的双燃料机动车通常采用了雾化转换工具或喷射转换工具。在车载计算 机，如车载诊断装置（0BD)之前，雾化转换工具与混合器和调节装置一起应用于非喷射系 统。伴随将燃料喷射和车载检测引入标准机动车，转换装置逐渐发展成进气口喷射技术，所 述技术与原机动车生产商的燃料传输方式和传感系统检测方式相互配合（虽然程度上有 限）。此外，由于原发动机系统与转换工具之间配合有限、所采用的压缩比，以及由于通过进 气阀引入低压天然气而固有的性能限制，上述两种转换技术都不是最优方法。
[0010] 由于技术进步从将汽油在化油器内与空气混合变成进气口喷射进入进气口，汽油 引入汽缸进行燃烧的过程得到了改进，上述两种方式都是将汽油作为吸入气流的一部分引 入燃烧室。最新改进是将汽油直接喷射进入汽缸。直接喷射的压力非常高，例如30, 000磅 每平方英寸（psi) (206, 842. 7千帕（kPa))，以克服汽缸内压并在汽油喷射时将其雾化从而 提高燃烧效率。汽油作为液体燃料是一种不可压缩的流体，很容易地、快速地加压到用于直 接喷射的压力。由于燃料轨道压力与汽缸内压力之间相对较高的压力差，燃料的流速是可 控并可预测的。通过控制向汽缸输送的燃料量，也能够控制燃烧所提供的功率值。在直接 喷射发动机中允许较高的压缩比，爆燃危险性较低，爆燃被定义为燃料在燃烧室内的过早 点火。直接喷射也意味着燃料不取代从进气口吸入燃烧室的进气中的空气。
[0011] 由于气体燃料如天然气是可压缩流体，更难掌控较高的喷射压力，并且存在与压 缩气体燃料到较高的压力相关的能量损失。相应的，传统的气体燃料系统倾向于采用相对 低压的喷射系统。例如，相比以高压直接喷射，30-300psi (206. 8-2, 068. 4kPa)范围内的压 力包含更少的技术挑战，并足以喷射入进气流中。售后改装系统普遍将低压气口喷射方式 应用于双燃料和两用燃料机动车中的天然气。然而，由于燃料与吸入空气提前混合，天然气 的火花点火装置是在一个较适中的9:1-12:1的压缩比范围内工作，以避免发动机爆燃，爆 燃可能会产生严重的发动机损坏。与具有高压缩比的发动机相比，这种发动机是在较低的 平均有效压力（BMEP)和峰值压力水平下工作。
[0012] 天然气的高压直接喷射，即喷射开始于压缩冲程的后期，例如在上死点以前20° 和以后20°，涉及在燃料系统中的更高的技术挑战。对于以此架构工作的发动机，天然气燃 料轨道的压力大约为3, OOOpsi (20, 684. 3kPa)。由于不需要将气体燃料雾化，因而这一压力 不像液体燃料那样高，但仍需要足够大的压力来克服汽缸内压，且允许足够高的燃料流速 以在可用时间内向汽缸喷射所需的天然气量。然而，尽管在这一相对较低的喷射压力下，但 是与液体燃料相比，仍然因燃料加压而存在显著的能量损失，且存在为气体燃料加压所需 的设备带来的显著的资本费用。高压设备包括燃料压缩器和燃料喷射器。设计向燃烧室内 喷射精确量的天然气的高压天然气喷射装置具有在低压天然气喷射中不存在的技术难点。 用于天然气的高压喷射窗一般比低压喷射窗小。正如我们所知的，随着喷射器开启时间缩 短，喷射器的弹道模式效应（ballistic mode effects)会降低燃料输送量的准确性。这些 因素对于消耗大量燃料，要求高效率和大扭矩的高载重型机动车不存在制约性。然而，这些 同样的因素将妨碍燃料消耗少，功率需求低的轻型机动车对该技术的接纳。
[0013] 两用燃料机动车通常为转变为能够使用另一种燃料的传统汽油燃料机动车。这导 致与气体燃料系统结合的最近的汽油燃料系统。既然汽油发动机的最新设计采用了喷射器 将汽油直接喷射入燃烧室，有待解决的问题是设计用于使用另一种燃料如天然气来工作的 补充燃料系统。典型解决方案是在燃烧室的上游添加天然气，例如采用进气口喷射器。然 而，当将传统直接喷射汽油喷射器与进气口喷射或直接喷射天然气喷射器相结合应用于两 用燃料机动车时，在正常工作情况下，汽油喷射器将遭受到极高的热。当以汽油为燃料工作 时，汽油燃料喷射器得到流经它们的汽油的部分冷却。而在CNG工作模式阶段，喷射器则得 不到冷却。那么，得不到冷却的喷射器持续升温且会损坏。另外，留存在已供送有燃料的喷 射器内的液体燃料会形成沉淀物，该沉积物往往会限制燃料流动，同时这对喷射器运行方 式有不利影响。当汽油喷射器休眠时压缩天然气（CNG)模式持续时间越长，汽油喷射器中 沉淀物积聚和硬化的风险就越大。
[0014] 公布于2010年11月16日的Pott等人的美国专利No. 7, 832, 381，公开了一种机 动车内燃机运转方式，该方法选择性地使用汽油或乙醇并直接喷射进燃烧室内，并选择性 地代替或补充汽油或乙醇的喷射，该内燃机使用一种气体燃料，如压缩天然气（CNG)或液 化石油气（LPG)，气体燃料随进气一起被引入燃烧室。Pott等人教导了，通过这种方法，监 视了在CNG模式期间的直接喷射汽油喷射器淤塞（fouling)，并且通过间歇转换为汽油工 作模式以便汽油流经喷射器并将其冷却，避免了汽油喷射器的损坏。这种方法为维持汽油 喷射器完好就会导致汽油用量变大，从而导致燃烧污染物排放量增多，导致燃料成本更大 且更频繁地去加油站才能维持多个燃料箱中的可用燃料。
[0015] 公开于2008年12月31日的Mats Mor6n的欧洲专利公布EP2, 009, 277A1公开了 一种发动机系统，该系统通过液体燃料喷射器将液体燃料直接喷射进燃烧室内，气体燃料 喷射器被安排为将气体燃料喷射入发动机的进气口。此外，该发动机系统包含选择性地抑 制向液体燃料喷射器输送液体燃料的装置。气体燃料供给系统被安排以通过燃料系统内导 管，燃料压力传感器及燃料导管截止阀与液体燃料喷射器连通，以便在发动机向气体燃料 工作模式转换的过程中，能够暂时地将气体燃料直接引入液体燃料喷射器中以清除残留的 液体燃料。
[0016] 本发明的设备和方法提供了到柔性燃料内燃机的改进的燃料输送。


【发明内容】

[0017] 一种改进的设备向内燃机的燃烧室输送两种燃料。该设备包含第一燃料系统，第 二燃料系统，第一燃料喷射器，第二燃料喷射器和一台计算机。第一燃料系统包含第一燃料 供给装置及与第一燃料供给装置操作性地连接的第一燃料压力调节器。第一燃料供给装置 为气体燃料源。第一燃料喷射器被布置为将气体燃料直接喷射入燃烧室内并与第一燃料压 力调节器操作性地连接。第二燃料系统包含第二燃料供给装置，与第二燃料供给装置操作 性地连接的燃料泵，及与燃料泵操作性地连接的第二燃料压力调节器。第二燃料供给装置 为液体燃料源。第二燃料喷射器被布置为在允许进气进入燃烧室的进气阀的上游喷射液体 燃料。第二燃料喷射装置操作性地连接第二燃料压力调节器。计算机操作性地连接第一燃 料喷射器和第二燃料喷射器以致动分别来自上述两者的燃料的喷射。该计算机被编程以根 据输入值指令气体/液体燃料比值，该输入值包含气体燃料储存压力、气体燃料喷射压力、 气体燃料质量、发动机速度、发动机扭矩、入口空气压力、入口空气湿度、进气空气歧管压 力、进气空气质量、爆燃检测、运行历史、扭矩指令及排放中的至少一个。
[0018] 在优选的实施方案中，气体燃料为天然气或甲烷，液体燃料为汽油或乙醇与汽油 的混和物。第一燃料压力调节器可以是单步调节器，连续可变调节器或多步调节器。第一 燃料压力调节器在10巴到300巴之间调节气体燃料喷射压力，且优选地在10巴到40巴之 间，更优选地在10巴到20巴之间。第二燃料压力调节器在2巴到10巴之间调节液体燃料 喷射压力，且优选地在2巴到6巴之间。在一些具体实施方案中，内燃机在空转达到预设的 空转时间临界值之后将被关闭。在所述内燃机冷启动期间，可以致动所述第一燃料喷射器 以将分层燃料供送引入所述燃烧室，从而减少尾气排放并提高稳定性。
[0019] 在优选的实施方案中，计算机被编程来选择气体燃料工作模式或选择液体燃料工 作模式，在气体燃料工作模式期间选择性地致动第一燃料喷射器喷射气体燃料，在液体燃 料工作模式期间选择性地致动第二燃料喷射器喷射液体燃料。在所述气体燃料工作模式期 间，在与所述燃烧室相关联的压缩冲程期间，所述气体燃料以在上死点之前不小于40°喷 射（且优选地不小于60° )。在气体燃料工作模式期间，该气体/液体燃料比值是在数学 上未限定的，而在液体燃料工作模式期间这一比值为0。可以根据输入值选择气体燃料工作 模式或液体燃料工作模式，该输入值包含气体燃料存储压力、气体燃料质量、液化气体燃料 液位、液化气体燃料体积、液化气体燃料质量和气体燃料喷射压力中的至少一个。在高负荷 情况期间，第一燃料喷射器在燃烧室压缩冲程中的进气阀关闭后被启动。在部分载荷和高 速工作期间，当进气阀打开时，第一燃料喷射器能够被选择性地致动并开始喷射气体燃料。 当在气体燃料工作模式期间检测到预设条件，计算机被进一步被编程以限定气体/液体燃 料比值并选择性地致动第二燃料喷射器。该预设条件是润滑时间临界值、冷却时间临界值、 清洁时间临界值或液体燃料循环时间临界值中的至少一个，当达到或超过至少一个设定的 临界值时，该预设条件被检测到。在气体燃料工作模式期间，计算机被进一步编程为根据输 入值以选择性地致动第二燃料喷射器，该输入值包含平均曲轴转速，消耗的气体燃料，平均 扭矩，入口温度，质量空气流量，发动机温度，冷却剂温度，和自从第二燃料供给装置被充满 后的时间中的至少一个。当在液体燃料工作模式期间检测到预设条件，计算机被进一步编 程以设定气体/液体燃料比值为一个大于0的值并选择性地致动第一燃料喷射器。当预设 条件为发动机爆燃临界水平时，设备还包含发动机爆燃传感器。计算机响应于发动机爆燃 传感器的输出，当输出达到或超过发动机爆燃临界水平时，计算机会在液体燃料工作模式 期间选择性地致动第一燃料喷射器。
[0020] 当预设条件为排放临界水平时，该设备还包含排放传感器。计算机被编程为响应 于排放传感器的输出，当输出达到或超过排放临界水平时，在液体燃料工作模式期间选择 性地致动第一燃料喷射器。在优选的实施方案中，计算机能够选择双燃料工作模式并在该 模式期间选择性地致动第一和第二燃料喷射器。在双燃料工作模式期间，气体/液体燃料 比值是在数学上限定的且为大于〇的值。
[0021] 一种改进的内燃机设备包含：燃烧室；进气阀，允许进气进入燃烧室；第一燃料喷 射器，被布置成将气体燃料直接喷射入燃烧室；第二燃料喷射器，被布置成将液体燃料在进 气阀上游喷射入进气中；以及计算机，操作性地连接第一燃料喷射器和第二燃料喷射器以 致动分别来自上述二者的燃料的喷射。该计算机被编程以根据输入值指令气体/液体燃料 比值，该输入值包含气体燃料储存压力、气体燃料喷射压力、气体燃料质量、发动机速度、发 动机扭矩、入口空气温度、入口空气湿度、进气空气歧管压力、爆燃检测、运行历史、扭矩指 令及尾气排放中的至少一个。
[0022] -种向内燃机的燃烧室输送两种燃料的改进方法包含：
[0023] 根据输入值指令气体/液体燃料比值，该输入值包含气体燃料储存压力、气体燃 料喷射压力、气体燃料质量、发动机速度、发动机扭矩、入口空气温度、入口空气湿度、进气 空气歧管压力、爆燃检测，运行历史、扭矩指令及排放中的至少一个；
[0024] 根据气体/液体燃料比例向燃烧室喷射一种气体燃料；并且
[0025] 根据气体/液体燃料比例向进气阀的上游喷射一种液体燃料。
[0026] 在优选的实施方案中，该方法还包含：选择气体燃料工作模式或液体燃料工作模 式；在气体燃料工作模式期间将气体燃料直接喷射入燃烧室；在液体燃料工作模式期间在 进气阀的上游喷射液体燃料进入进气中。气体燃料工作模式期间，该气体/液体燃料比值 是在数学上未限定的，而在液体燃料工作模式期间这一比值为0。在气体燃料工作模式期 间，在与所述燃烧室相关联的压缩冲程期间，所述气体燃料以在上死点之前不小于40°喷 射（且优选地不小于60° )。在进一步优选的具体实施方案中，该方法进一步包含了选择 双燃料工作模式，该模式期间的气体/液体燃料比值是在数学上限定的且大于〇 ;在双燃料 工作模式期间，气体燃料直接喷射入燃烧室；在进气阀的上游喷射液体燃料进入进气中。该 模式期间的气体/液体燃料比值随着气体燃料压力的减小而降低，从而延长用气体燃料的 工作。在双燃料工作模式期间，优选地选择了气体/液体燃料比值从而能够将排放维持在 可接受水平以下。

【专利附图】

【附图说明】
[0027] 图1是气体燃料直接喷射和液体燃料进气口喷射发动机的示意图。
[0028] 图2是用于图1中的发动机的工作模式选择算法的流程图。
[0029] 图3是对于图1中的发动机，气体燃料箱压力对比行驶时间或行驶距离的图表。
[0030] 图4是气体/液体燃料比值对比行驶时间或行驶距离的图表。
[0031] 图5是关于图1中发动机的包含测量参数输入和控制输出的气体/液体燃料比值 算法的示意图。

【具体实施方式】
[0032] 参照图1的示意图，示出用于向内燃机添加气体燃料和/或液体燃料的设备100， 下文将详细介绍该设备工作方式。设备100包括直接喷射燃料系统110,进气口喷射燃料系 统120,发动机130和电子控制器140。仅示出了示出一个发动机汽缸的燃烧室的剖视图， 但是熟知本领域技术知识的技术人员应该明白该发动机还包含其它部件和通常包含多个 汽缸。发动机130能够用于机动车辆，并能够用于船舶，火车头，矿井运输机，发电或静止应 用。电子控制器140与直接喷射燃料系统110和进气口喷射燃料系统120通讯并指令两个 系统向发动机130输送供发动机130燃烧。在本例子中，电子控制器140为包含处理器和 存储器的计算机，所述存储器包括永久性存储器，如FLASH或EEPR0M，以及临时存储器，如 SRAM或DRAM，用来存储并执行某个程序。在优选的具体实施方案中，电子控制器140是发 动机130内的发动机控制单元（ECU)。
[0033] 直接喷射燃料系统110包含存储容器150,该存储容器被制造为存储气体燃料。该 气体燃料可以是压缩天然气，甲烷，氢气或其他在室温和标准大气压下呈气相的其他燃料。 在示出的实施方案中，气体燃料能够存储在存储容器150中，该容器被分级成在特定的存 储压力下存储气体燃料；在本实施例中的，气体燃料存储压力能够达到700巴。压力传感器 155检测存储容器150中气体燃料的压力，该压力随着发动机130消耗该容器中的气体燃 料而降低。存储容器150被设计以遵循当地规定，该规定能够指定安全系数以确保即使在 发生撞击时气体燃料的密封度，例如存储容器150作为可能遭遇机动车撞击的机动车燃料 箱。除了安全系数和设计强度要求外，地方规定中普遍设定了最大存储压力。在其他实施 方案中，存储容器150可以作为低温存储容器在低温下存储多相流体，诸如包括液化气体 燃料，如液化天然气（LNG)或液化丙烷气，和蒸汽，如天然气蒸汽或丙烷气蒸汽。在这种情 况下，直接喷射燃料系统110包含一个液体泵和一个收集器。在静止应用中，存储容器150 可以被一个连接商业气体燃料供应管线的气体燃料供应导管取代。
[0034] 气体燃料压力调节器160用于将来自存储容器150的气体燃料的压力调节到 10-300巴之间，更优选地气体燃料供应轨道190中的10-40巴之间，以及更优选地10-20巴 之间，从而提高或最大化存储容器150内的可用质量。调节器160将气体燃料在调节后的压 力下供应给气体燃料直接喷射器170。可选的压力提高装置185,例如气体压缩器，当压力 下降至低于上述范围的下界限10巴，或低于一个依操作要求而定的中间压力时，能够提高 来自存储容器150的气体燃料的压力。可选的热交换器195用于降低由压力提高装置185 提高的气体燃料温度。在优选的实施方案中，直接喷射燃料系统110是一种共轨系统，意味 着气体燃料在喷射压力下传输到气体燃料直接喷射器170中。在这种共轨系统中，可以采 用压力传感器200用于测量气体燃料供应轨道190中的燃料压力，以使气体燃料压力调节 器160能够用于维持气体燃料喷射压力在预先设定的低和高设定点之间。优选地，气体燃 料压力调节器160是一种单步型压力调节器；然而在其他实施方案中，压力调节器160可以 是连续可变型或多步型压力调节器。连续可变型或多步型压力调节器的优势是能够根据发 动机130工作情况调节气体燃料供应轨道190内的压力，因而提高发动机130的效率并相 应地降低排放量。控制阀180用于在电子控制器140的指令下启用或禁止存储容器150与 气体燃料压力调节器160之间的气体燃料传递。
[0035] 空气流在进气阀250的控制下由进气歧管240进入燃烧室210,该进气阀250能 够在活塞230进气冲程期间打开。像传统汽油发动机一样，所公开的发动机能够应用涡轮 增压器（未展示）给吸入的空气加压，或者发动机可以为自然吸气。气体燃料直接喷射器 170将气体燃料直接引入燃烧室210中，燃烧室210大致由下列限定：设置在汽缸体220内 的孔、汽缸盖、以及在所述孔内可上下运动的活塞230。气体燃料直接喷射器170如图所示 位于汽缸盖的中心，但在替代的实施方案中可在侧面安装方向位于汽缸体220内。通常，位 于中心的喷射器效率更高，而沿侧面方向安装的喷射器由于增加的冷却作用而具有更好的 性能。采用燃烧室210内的点火装置235点燃气体燃料/空气的混合物。在优选的实施方 案中，点火装置235是一个火花塞，但是在其他实施方案中可以是火花塞，电热塞，激光点 火装置或导燃柴油喷射器。当使用时，电热塞通常作为火焰点火（torch ignition)系统的 一部分。燃烧产物从燃烧室210排出，并通过排气阀270进入排气歧管260,排气阀270是 在活塞230排气冲程中打开的。排气歧管260中的传感器370用于检测排放量，具体地讲， 检测燃烧产物中的〇 2和/或N0X的浓度，以影响向发动机130的燃料添加。传感器380,如 加速度计，在本例中紧邻汽缸220的一个壁放置，然而也可能放置于如轴承盖等其它位置， 用于检测来自于燃烧室210的以发动机爆燃为特征的振动。电子控制器140会对传感器 370和传感器380的输出做出响应。下文将对传感器370和传感器380的工作做更详细的 说明。
[0036] 电子控制器140可被编程用来控制气体燃料压力调节器160,压力提高装置 185 (在需要时）以及控制阀180的工作，进而控制气体燃料供应轨道190内气体燃料的压 力。例如，当发动机130在空转模式期间工作时，电子控制器140能够指令气体燃料压力调 节器160降低气体燃料供应轨道190内气体燃料的压力，并当发动机130在全负荷模式期 间工作时提高燃料压力。
[0037] 电子控制器140也可被编程用来选择性地控制气体燃料直接喷射器170上的阀构 件的打开和关闭定时，所述气体燃料直接喷射器分别控制着气体燃料向燃烧室210内的喷 射。例如，电子控制器140可对循环前期的喷射定时进行编程来控制气体燃料直接喷射器 170,以使得将气体燃料向燃烧室210的引入，对于部分负载开始于进气阀250关闭之前，对 于高负载开始在进气阀250关闭之后，并且结束在活塞230的压缩冲程中的发动机上死点 前（BTDC)不晚于40°，且优选地不晚于60° BTDC。本文中将部分负载定义为意味着发动 机130全部负载容量的在0到90%之间，本文中将高负载定义为意味着在90%到100%之 间。在部分负载下（即当发动机130部分节流时）在进气阀250关闭之前的喷射，降低了 泵气损耗（pumping loss)，并导致燃烧室210内预先混合均匀的气体燃料/空气的混合气 体。
[0038] 随着在发动机130上的负载由0%增加到100%，在部分负载期间喷射定时的开始 推迟到进气冲程内，而在高负载期间进一步推迟到压缩冲程内。由于为发动机130使用的 压缩比，不晚于60° BTDC喷射导致气体燃料射流具有好的速度，且对于相当一部分气体燃 料喷射压力，速度为音速，即气体燃料喷射压力与汽缸压力之比大于2。一般地，在活塞230 压缩冲程中，进气阀250在发动机上死点前150°左右关闭。与在压缩循环后期的燃料喷 射相比，这一压缩循环范围内的燃料喷射通常不需要存储容器150和气体燃料压力调节器 160之间的高压压缩装置和后继的后冷器。相比之下，本示例性实施例采用了相对简单的气 体燃料压力调节器160来调节气体燃料供应轨道190内的压力。这使得允许停止-启动系 统的快速重启，在该停止-启动系统中电子控制器140将空转发动机130在空转达到预先 确定的空转时间之后关闭，例如，当等候交通灯时，或当在交通拥堵中过度空转时和当作为 混合动力电动动力系的部件而被采用时。在这种情况下，发动机130能够立即启动，这是由 于气体燃料供应轨道190内的目标燃料压力低于当发动机130启动时存储容器150中的燃 料压力，只需通过气体燃料压力调节器160就能够很快达到的一个较小的压力降低。即不 需要用泵或加压装置给气体燃料传输系统增压。
[0039] 当在压缩循环后期（例如在压缩冲程中在上死点前20°开始）发生气体燃料喷 射时，例如在压缩冲程中在上死点前20°开始，需要高压压缩装置来提高气体燃料供应轨 道190内的燃料压力以克服更高的汽缸内喷射压力，而这引入了为了能够在喷射发生前建 立压力所需的附加载荷（parasitic load),且这会延缓机动车启动。通过采用分层技术 在压缩循环期间引入分层燃料供送和在燃烧循环期间引入附加喷射，在压缩冲程中不晚于 40° BTDC的气体燃料喷射定时的其它优点有冷启动排放量的降低和稳定性的提高。冷启 动排放是指，在设备100被关闭达到预先确定的冷启动时间临界值之后，或在设备100中的 发动机温度低于预先确定的冷启动温度临界值之后，在设备100的启动期间的排放。而某 些运行实施方案具有的另一个优点是，在高发动机速度下，电子控制器140能够指令气体 燃料直接喷射器170在进气阀250关闭之前开始向燃烧室210喷射气体燃料，以允许更多 时间用于混合，来获得更好的气体燃料/空气混合物。在这种情况下，由于气体燃料代替空 气，充分的混合来自以牺牲容积效率为代价，导致在给定的歧管压力下的至多10%的BMEP 损失。这一 BMEP降低能够通过涡轮增压得到补偿。燃料和空气的充分混合使燃料以较低 的整体排放量燃烧，而不充分混合导致较高的碳氢化合物和一氧化碳排放量和较低的整体 效率。另外，还有一个工作模式方面的优点是，与过去的进气口喷射气体燃料发动机相比， 当在进气阀250关闭后直接喷射气体燃料时，燃料（主要是气体燃料）具有较高的输出潜 力。对于自然吸气发动机或低速下的润轮增压发动机（turbocharged engine)尤其是如此。
[0040] 能够根据发动机工况预先确定气体燃料喷射定时，该发动机工况由被输入到电子 控制器140中的测量参数确定，且上述参数（不限于此）的输入以箭头390表示。
[0041] 进气口喷射燃料系统120包含被利用来储存液体燃料的存储容器300,在本实施 方案中的液体燃料为汽油（石化燃料），在其它实施方案中可以是乙醇，乙醇混合物，或液 化丙烷气（LPG)。液体燃料泵310用于从存储容器300向液体燃料压力调节器320输送液 体燃料。止回阀330允许液体燃料流向液体燃料压力调节器320,并防止液体燃料向着液体 燃料泵310回流。存在用在进气口喷射系统中的作为替代的液体燃料供给系统，其也包括 在本公开内容的范围内。例如，在替代实施方案中，液体燃料压力调节器320可以还包含与 连着存储容器300的导管相通的回流出口，以便将燃料回流到存储容器300,从而调节液体 燃料压力。液体燃料压力调节器320能够通过液体燃料输送轨道340将来自存储容器300 的液体燃料在压力下输送至液体燃料进气口喷射器350。在本实施例中，压力调节器320维 持的液体燃料压力在2巴-10巴范围内，且优选地在2巴-6巴范围内；然而在其它实施例 中这个范围是可变的。在优选的实施方案中，进气口喷射燃料系统120是一种共轨系统，意 味着液体燃料在喷射压力下输送到液体燃料进气口喷射器350。在上述共轨系统中，可以采 用压力传感器360来测量液体燃料输送轨道340内的液体燃料压力，从而液体燃料压力调 节器320能够维持液体燃料喷射压力在预定的低和高设定点之间。
[0042] 在电子控制器140的选择性指令下，液体燃料进气口喷射器350将液体燃料在进 气阀250的上游引入。优选的实施方案中，喷射器350在多点喷射系统中采用，在该系统中 对于每一个进气口有一个燃料喷射器。在替代实施方案中，喷射器350可以是单点喷射器， 连续喷射器或中心点喷射器。根据发动机工况，液体燃料进气口喷射器350有可能为发动 机130在高达90%的720度曲轴角度范围内喷射液体燃料。一般地，喷射器350目的在于 在进气阀250后边喷雾，由于进气阀250加热使液体燃料雾化，并且当进气阀250为活塞 230进气冲程而打开时，液体燃料作为雾气进入。喷射后的液体燃料和进气歧管240中的 空气气流进入燃烧室210,且该液体燃料/空气混合气体在燃烧室内被压缩并被点火装置 235点燃。电子控制器140可被编程用来控制液体燃料泵310和液体燃料压力调节器320 的工作，以控制液体燃料输送轨道340内的液体燃料压力。电子控制器140也可被编程用 来控制液体燃料进气口喷射器350中的阀的开启和关闭定时，从而分别控制液体燃料的喷 射。可以响应发动机工况预先设定该液体燃料喷射定时，该发动机工况根据被输入到电子 控制器140中的测量参数确定，且上述参数（不限于此）的输入以箭头390表示。
[0043] 相比液体燃料直接喷射系统，用于液体燃料的进气口喷射燃料系统120具有几个 优点。进气口喷射的液体燃料润滑进气阀250,并降低阀座凹进发生的可能性。当液体燃 料与流入进气歧管240中的空气供送（air charge) -起被引入燃烧室210时，进气阀250 被一薄层的液体燃料覆盖，润滑进气阀250与阀座280之间的分界面，并提供低粘滞性的液 体减振垫。随着阀不断开启和关闭，这种润滑作用导致阀座280和进气阀250的较少磨损。 进气口喷射的液体燃料同时清洁了进气阀250。由于较低的进气歧管压力，沿着进气阀250 的气门杆（stem) 290向下渗出的微量润滑油由于燃烧加热而沿着进气阀250碳化并留下碳 沉积物。当这些碳沉积物堆积起来时，空气气流将被显著减小，这容易阻塞发动机130在高 速下的运转，并扰乱空气气流模式。进气口喷射的液体燃料可以包含添加物以进一步减少 碳沉积物的形成，有助于保持阀清洁，从而防止碳沉积物在气门杆290上和在进气阀250后 部的堆积。进气口喷射的液体燃料还有助于冷却进气阀250。已经观察到，来自天然气燃烧 (尤其是具有渐进点火提前的）的峰值压力上升以及热传递系数可能会比得自汽油（石化 燃料）燃烧更大，导致增加的热传递以及进气阀250表面的弯曲，进而导致阀座的磨损和凹 进。在进气阀250上相对流动的低温液体燃料有助于控制阀温度并提高材料耐用性。当该 液体燃料为汽油，与直接喷射汽油相比，汽油的进气口喷射能够降低微粒排放物的质量和 数量。
[0044] 在此将参照图2和图3描述发动机130的工作。电子控制器140被编程有燃料模 式选择算法400。通常，发动机130在气体燃料工作模式下工作，该模式下主要向发动机130 添加气体燃料，但具有液体燃料的间歇喷射。在液体燃料工作模式下，主要向发动机130添 加液体燃料，但能够具有气体燃料的间歇喷射。在双燃料工作模式期间，能够向发动机130 同时添加气体燃料和液体燃料。该双燃料工作模式旨在主要喷射气体燃料和液体燃料两种 燃料，以扩大发动机130气体燃料的添加燃料范围，同时保持平均排放量低于优选实施方 案中预先设定的水平，该水平低于或等于液体燃料工作模式能够达到的水平。通常，发动机 130的工作模式由存储容器150中的气体燃料量决定，气体燃料量能够通过采用传感器155 测量存储容器150中的气体燃料质量或气体燃料压力来确认。在步骤410中，电子控制器 140确定存储容器150中的气体燃料量是高于还是低于上临界值。当气体燃料量高于上临 界值时，发动机130优选地在气体燃料工作模式下，当气体燃料量低于上临界值时，发动机 130在双燃料工作模式或液体燃料工作模式下。在步骤420中，电子控制器140确定在存储 容器150中的气体燃料量是高于还是低于下临界值。当气体燃料量高于下临界值时，发动 机130在双燃料工作模式下，当气体燃料量低于下临界值时，发动机130在液体燃料工作模 式下。
[0045] 在每一种工作模式下，发动机130的单个循环期间可以存在气体燃料喷射和液体 燃料喷射。参照图5,编程于电子控制器140中的燃料比例算法500能够用于确定气体燃 料和液体燃料比值510,该比值指令气体燃料直接喷射器170和液体燃料进气口喷射器350 分别喷射一定量的气体燃料和液体燃料以达到该比值510。算法500响应于测得的发动机 130参数以生成该比值510和最大扭矩极限520。该测得参数包含但不限于：代表气体燃料 量的存储容器150内的气体燃料压力530和温度，发动机工况540,入口空气条件550,爆燃 检测560,运行历史570,扭矩指令580,排放590,以及燃料系统情况监控595。气体燃料压 力530包括来自传感器155的储存压力和来自传感器200的喷射压力。发动机工况540包 含但不限于测得的参数，如机动车速度，扭矩，发动机冷却剂温度，发动机温度，发动机速度 (RPM)。入口空气情况可包含空气温度和湿度，进气空气歧管压力和吸入空气质量。运行历 史570包含行驶时间（time since key-on),上一次加满油后的时间和距离,在气体燃料工 作模式、双燃料工作模式和液体燃料工作模式期间的运行时间，以及其他参数。燃料系统情 况监控595分别包含燃料喷射装置170和350尖端的各自的模型，在其他测得并输入算法 500中的参数的基础上，该模型用于监控尖端的工况和性能。在替代的运行实施方案中，当 存储容器150为低温存储容器并于低温下储存着包含液化气体燃料和蒸汽（如LNG和天然 气蒸汽或LPG和丙烷蒸汽）的多相流体，测得参数可进一步包括：液化气体燃料液位，液化 气体燃料体积，液化气体燃料质量，蒸汽压力，蒸汽体积，以及蒸汽质量。通常，由于气体燃 料工作方式下一般没有液体燃料喷射，该比值510数值是未确定的。即该气体/液体燃料 比值510定义为待要被喷射的气体燃料量除以待要被喷射的液体燃料量。当无液体燃料喷 射时，由于除数为〇,因而该比值510为在数学上未限定的值。然而，当在气体燃料工作模式 期间间歇喷射液体燃料时，该比值510是在数学上限定的。由于在液体燃料工作模式期间 通常无气体燃料喷射，因而该比值510 -般为0,然而，当液体燃料工作模式期间间歇喷射 气体燃料时，该比值510大于0。在双燃料工作模式期间，该比值510是在数学上限定的且 大于0。
[0046] 再次参照图2,在气体燃料工作模式期间，在步骤430中，电子控制器140确定是否 需要间歇喷射液体燃料。若不需要间歇喷射液体燃料（这是在气体燃料工作模式期间工作 的一般情况），则在步骤440中，电子控制器140指令气体燃料喷射。已发现在气体燃料工 作模式期间间歇喷射液体燃料具有优点。在步骤450中，电子控制器140指令来自气体燃 料直接喷射器170的气体燃料喷射，如需要液体燃料间歇喷射，则另外指令来自液体燃料 进气口喷射器350的液体燃料喷射。如上文所述，间歇液体燃料喷射润滑、清洁并冷却进气 阀250,且防止碳沉积物在液体燃料喷射器350堆积。液体燃料进气口喷射器350在发动机 130关闭之后升温，且在发动机130内的冷却剂停止循环后，热量从发动机传导至进气歧管 240。气体燃料工作模式期间的发动机的接连的启动和停止操作会引起液体燃料留在液体 燃料进气口喷射器350内，随着时间推移而退化并形成碳沉积物。由于这些碳沉积物随着 时间推移而堆积，会影响液体燃料进气口喷射器350中液体燃料的流速并且喷溅图案。由 于这些原因，液体燃料进气口喷射器350的间歇工作是有利的。液体燃料进气口喷射器350 这种间歇工作的频率将低于将液体燃料直接喷射入燃烧室210的空转液体燃料直接喷射 器要求的频率，因为这种直接喷射器暴露于高温燃烧气体中，液体燃料退化速度显著加快。 为了达到上述优点，电子控制器140能够在一个发动机循环过程中指令既来自气体燃料直 接喷射器170又来自液体燃料进气口喷射器350的喷射，或来自液体燃料进气口喷射器350 的全部燃料替代喷射。对于上述两种情况中任一，喷射入燃烧室210的全部燃料的能量总 和与根据当下发动机130工况而定的燃料需求是一致的。当达到预先设定好的润滑时间临 界值、冷却时间临界值、清洁时间临界值或液体燃料循环时间临界值，或这些临界值的组合 后，电子控制器140能够被编程并用于气体燃料工作模式期间选择性地致动液体燃料进气 口喷射器350。本文中将液体燃料循环时间临界值定义为表示一定时间内液体燃料被储存 在燃料箱300内而不被喷射入燃烧室210 ;在达到液体燃料循环时间临界值之后部分液体 燃料能够被喷射以间歇地消耗该液体燃料。或者，发动机130的运行历史570,如图5中可 见，能够用于确定是否需要间歇地喷射液体燃料。运行历史570包括统计信息，该统计信息 包含例如上一次加满燃料箱300的时间，仅用气体燃料的工作小时数及工作情况，如平均 曲轴转速、燃料消耗、平均扭矩、入口温度、发动机温度、冷却剂温度及质量气流。在上一次 加满燃料箱300的基础上间歇地喷射液体燃料以使得液体燃料有规律地消耗是有利的，且 与由于汽化而降低的挥发性相关的问题（即退化的燃烧性能，以及水与氧化污染物）均被 降低或尽量减少。该信息连同设备100的其他测得的参数能够被用于选择气体/液体燃料 比值510,该比值510能够用于指令图2中所示步骤450中的燃料喷射。
[0047] 在双燃料工作模式期间，在步骤460中，电子控制器140指令气体燃料和液体燃料 喷射。算法500确定气体/液体燃料比值510,该比值用在当在步骤460中指令燃料喷射 时。当气体燃料压力下降至低于图3所示的上临界值时，算法500开始指令较大的气体/液 体燃料比值以开始引入液体燃料，起初以高速运转，随着气体燃料压力的持续减小，逐渐地 进一步减小速度范围。随着气体燃料压力的进一步持续减小，气体/液体燃料比值510在 数值上逐渐减小，从而提升或最大化发动机130的气体燃料运转。不完全耗尽存储容器150 中的气体燃料是更可取的，以避免当无气体燃料压力或气流时由于达到最高燃烧负载而使 气体燃料直接喷射器170的喷嘴过热，并避免由液体燃料的较低的辛烷数引起的发动机爆 燃。即使气体燃料压力高于上临界值，依靠运行历史570和驾驶员指令，也能够交替地进入 双燃料工作模式，以使得气体/液体燃料比值510能够被调节以既消耗气体燃料又消耗液 体燃料。机动车驾驶员可以选择双燃料工作模式，以增加或最大化液体燃料的消耗，从而将 液体燃料存储容器300和气体燃料存储容器150同时耗尽，或者甚至允许保留足够多的气 体燃料以预备液体燃料存储容器300再补充油。例如，在气体燃料工作模式下，气体燃料存 储容器150能够提供300km的燃料供给半径，在液体燃料工作模式期间，液体燃料存储容器 300最多能够提供150km的燃料供给半径。在双燃料工作模式期间，又叫做气体燃料延长 半径模式，存储容器150和存储容器300能够被完全耗尽并最多提供450km的燃料供给半 径，即气体燃料工作下的150km的延长半径。尤其有利的是，当处于机动车燃料最大供给范 围内只有液体燃料补给站而没有气体燃料补给站的区域时，驾驶员可以使用双燃料工作模 式。根据双燃料工作模式期间采用的气体/液体燃料比值510,可在仍然使用来自存储容器 150的气体燃料的同时多次补给液体燃料存储容器300。例如，图4展示了关于与行驶时间 或行驶距离相对的气体/液体燃料比值510的三条曲线。曲线600和610展示了气体/液 体燃料比值510的降低，即当发动机130在双燃料工作模式下时消耗更多的液体燃料和更 少的气体燃料。曲线600比曲线610具有更大的量值斜率（magnitude slope)，意味着在曲 线600中向液体燃料的转换速率更大。曲线620代表为满足单独使用液体燃料时无法满足 的排放标准所需的气体/液体燃料比值510的最小值。当以加满的气体燃料存储容器150 开始并满足最低排放标准时，在两用燃料工作模式下，当发动机130以与曲线620相等的气 体/液体燃料比值510工作时，将出现最多的液体燃料存储容器300再补充次数。
[0048] 重新参照图2,在步骤470中，在液体燃料工作模式下，电子控制器140决定是否需 要间歇喷射气体燃料。在步骤480中，若不需要间歇喷射，电子控制器140仅指令液体燃料 喷射器，这是此工作模式期间的一般情况。然而，已发现在液体燃料工作模式期间，在某些 工作情况下间歇喷射气体燃料是有利的。当电子控制器140于步骤470中检测到许可气体 燃料间歇喷射的工作情况时，电子控制器140于步骤490中指令来自液体燃料进气口喷射 器350的液体燃料喷射，作为对来自气体燃料直接喷射器170的气体燃料喷射的补充。如 在图5中可见，对发动机130的爆燃检测560和排放590的测量，能够用于确定是否需要气 体燃料间歇喷射。这一信息连同设备100的其他测得的参数可以用于选择气体/液体燃料 比值510,而气体/液体燃料比值510可用于控制步骤490中的燃料喷射。在发动机130的 单个循环期间，通过喷射液体和气体两种燃料，与只喷射液体燃料相比，NOx、颗粒物和碳氢 化合物的整体排放量降低。并且，与液体燃料工作模式期间仅使用汽油相比，气体燃料喷射 有助于抑制发动机爆燃，尤其当气体燃料包含甲烷时。甲烷，作为天然气的主要成分，比汽 油具有更高的辛烷数。随着甲烷所占总喷射燃料的比例升高，出现爆燃倾向的部分降低。甲 烷喷射还允许在液体燃料工作模式期间的提高的有效压缩比，通过使用可变的进气/排气 阀激活或可变的压缩体积设备改善效率和排放。燃烧室210中残留的甲烷可用于提高或最 大化来自甲烷的有效能量贡献。液体燃料工作模式旨在作为辅助工作模式，且当由于需要 降低压缩比或限制进气空气歧管压力（例如采用进气节流阀或增压控制器）时能够以降低 的扭矩工作。不完全耗尽存储容器150中的气体燃料是更可取的。然而，在发动机130工 作期间的确可能出现存储容器150被耗尽的情况。在这种情况下，发动机130能够以降低 的功率输出工作，以在无气体燃料压力或流时避免由于达到峰值燃烧负载而使气体燃料直 接喷射器170的喷嘴过热。
[〇〇49] 虽然已经展示和描述了本发明的具体要素、实施方案和应用，但应理解，本发明不 仅限于上述内容，因为本领域技术人员能够在不背离本公开内容的范围的前提下尤其是在 前述教导的启示下做出修改。
【权利要求】
1. 一种用于向内燃机的燃烧室输送两种燃料的设备，该设备包含： 第一燃料系统，包含第一燃料供给装置及与所述第一燃料供给装置操作性地连接的第 一燃料压力调节器，所述第一燃料供给装置包含气体燃料源； 第一燃料喷射器，用于将所述气体燃料直接喷射入所述燃烧室，所述第一燃料喷射器 与所述第一燃料压力调节器操作性地连接； 第二燃料系统，包含第二燃料供给装置，与所述第二燃料供给装置操作性地连接的燃 料泵，及与所述燃料泵操作性地连接的第二燃料压力调节器，所述第二燃料供给装置包含 液体燃料源； 第二燃料喷射器，用于在允许进气进入所述燃烧室的进气阀的上游喷射所述液体燃 料，所述第二燃料喷射装置操作性地连接所述第二燃料压力调节器；以及 计算机，操作性地连接所述第一燃料喷射器和所述第二燃料喷射器以致动分别来自上 述两者的燃料的喷射，所述计算机被编程以根据输入值指令气体/液体燃料比值，该输入 值包含气体燃料储存压力、气体燃料喷射压力、气体燃料质量、发动机速度、发动机扭矩、入 口空气温度、入口空气湿度、进气空气歧管压力、进气空气质量、爆燃检测、运行历史、扭矩 指令及排放中的至少一个。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述气体燃料从由天然气和甲烷组成的组中选 择。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述液体燃料从由汽油和乙醇/汽油混合物组成 的组中选择。
4. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一燃料压力调节器是单步调节器。
5. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一燃料压力调节器是连续可变压力调节 器和多步调节器之一。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一燃料压力调节器在10巴到300巴之间 调节所述气体燃料喷射压力。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一燃料压力调节器在10巴到40巴之间调 节所述气体燃料喷射压力。
8. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一燃料压力调节器在10巴到20巴之间调 节所述气体燃料喷射压力。
9. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二燃料压力调节器在2巴到10巴之间调 节所述液体燃料喷射压力。
10. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二燃料压力调节器在2巴到6巴之间调 节所述液体燃料喷射压力。
11. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程以将所述内燃机在空 转达到预设空转时间临界值之后关闭。
12. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程，以在所述内燃机的 冷启动期间致动所述第一燃料喷射器以将分层燃料供送引入所述燃烧室，引起排放量降低 和稳定性提高中至少之一。
13. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程以： 选择气体燃料工作模式和液体燃料工作模式之一； 在所述气体燃料工作模式期间选择性地致动所述第一燃料喷射器以喷射所述气体燃 料，所述气体/液体燃料比值在所述气体燃料工作模式期间是在数学上未限定的；以及 在所述液体燃料工作模式期间选择性地致动所述第二燃料喷射器以喷射所述液体燃 料，所述气体/液体燃料比值在所述液体燃料工作模式期间具有为0的值。
14. 根据权利要求13所述的设备，其中，在所述气体燃料工作模式期间，在与所述燃烧 室相关联的压缩冲程期间，所述气体燃料以在上死点之前不小于40°喷射。
15. 根据权利要求13所述的设备，其中，在所述气体燃料工作模式期间，在与所述燃烧 室相关联的压缩冲程期间，所述气体燃料以在上死点之前不小于60°喷射。
16. 根据权利要求13所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程以根据输入值选择 所述气体燃料工作模式和所述液体燃料工作模式之一，该输入值包含气体燃料存储压力、 气体燃料质量、液化气体燃料液位、液化气体燃料体积、液化气体燃料质量和气体燃料喷射 压力中的至少一个。
17. 根据权利要求13所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程以在所述进气阀关 闭之后选择性地致动所述第一燃料喷射器。
18. 根据权利要求13所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程以在所述进气阀打 开时选择性地致动所述第一燃料喷射器以开始喷射气体燃料。
19. 根据权利要求13所述的设备，其中，当在所述气体燃料工作模式期间检测到预设 条件时，所述计算机被进一步被编程以在数学上限定所述气体/液体燃料比值并选择性地 致动所述第二燃料喷射器。
20. 根据权利要求19所述的设备，其中，所述预设条件是润滑时间临界值、冷却时间临 界值、清洁时间临界值或液体燃料循环时间临界值中的至少一个，当达到或超过至少一个 所述临界值时，所述预设条件被检测到。
21. 根据权利要求19所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程为在所述气体燃料 工作模式期间根据输入值以选择性地致动所述第二燃料喷射器，所述输入值包含平均曲轴 转速、消耗的气体燃料、平均扭矩、入口温度、质量空气流量、发动机温度、冷却剂温度以及 自从所述第二燃料供给装置被充满后的时间中的至少一个。
22. 根据权利要求13所述的设备，其中，当在所述液体燃料工作模式期间检测到预设 条件，所述计算机被进一步编程以设定所述气体/液体燃料比值大于〇并选择性地致动所 述第一燃料喷射器。
23. 根据权利要求22所述的设备，其中，所述预设条件为发动机爆燃临界水平，所述设 备还包含发动机爆燃传感器，所述计算机被编程为响应于所述发动机爆燃传感器的输出， 当所述输出达到或超过所述发动机爆燃临界水平时，所述计算机会在所述液体燃料工作模 式期间选择性地致动所述第一燃料喷射器。
24. 根据权利要求22所述的设备，其中，所述预设条件为排放临界水平，所述设备还包 含排放传感器，所述计算机被编程为响应于所述排放传感器的输出，当所述输出达到或超 过所述排放临界水平时，所述计算机在所述液体燃料工作模式期间选择性地致动所述第一 燃料喷射器。
25. 根据权利要求13所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程以选择双燃料工作 模式并在所述双燃料工作模式期间选择性地致动所述第一燃料喷射器和所述第二燃料喷 射器，所述气体/液体燃料比值在所述双燃料工作模式期间是在数学上限定的且具有大于 0的值。
26. -种内燃机设备，包含： 燃烧室； 进气阀，用于允许进气进入所述燃烧室； 第一燃料喷射器，用于将气体燃料直接喷射入所述燃烧室； 第二燃料喷射器，用于在所述进气阀上游将液体燃料喷射入所述进气中；以及 计算机，操作性地连接所述第一燃料喷射器和所述第二燃料喷射器以致动分别来自上 述二者的燃料的喷射，所述计算机被编程以根据输入值指令气体/液体燃料比值，所述输 入值包含气体燃料储存压力、气体燃料喷射压力、气体燃料质量、发动机速度、发动机扭矩、 入口空气温度、入口空气湿度、进气空气歧管压力、进气空气质量、爆燃检测、运行历史、扭 矩指令及排放中的至少一个。
27. 根据权利要求26所述的设备，其中，所述气体燃料从由天然气和甲烷组成的组中 选择。
28. 根据权利要求26所述的设备，其中，所述液体燃料从由汽油和乙醇/汽油混合物组 成的组中选择。
29. 根据权利要求26所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程以在与所述燃烧室 相关联的压缩冲程期间在所述进气阀关闭后选择性地致动所述第一燃料喷射器。
30. 根据权利要求26所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程以在当所述进气阀 打开时致动所述第一燃料喷射器并开始喷射气体燃料。
31. 根据权利要求26所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程以在将所述内燃机 在空转达到预设空转时间临界值之后关闭。
32. 根据权利要求26所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程以在所述内燃机冷 启动期间致动所述第一燃料喷射器以将分层燃料供送引入所述燃烧室，引起排放降低和稳 定性提高中至少之一。
33. 根据权利要求26所述的设备，其中，所述第一燃料喷射器具有10巴到40巴之间的 气体燃料喷射压力。
34. 根据权利要求26所述的设备，其中，所述第二燃料喷射器具有2巴到6巴之间的液 体燃料喷射压力。
35. 根据权利要求26所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程用于： 选择气体燃料工作模式和液体燃料工作模式之一； 在所述气体燃料工作模式期间选择性地致动所述第一燃料喷射器喷射所述气体燃料， 所述气体/液体燃料比值在所述气体燃料工作模式期间是在数学上未限定的；以及 在所述液体燃料工作模式期间选择性地致动所述第二燃料喷射器喷射所述液体燃料， 所述气体/液体燃料比值在所述液体燃料工作模式期间具有为〇的值。
36. 根据权利要求35所述的设备，其中，在所述气体燃料工作模式期间，在与所述燃烧 室相关联的压缩冲程期间，所述气体燃料以在上死点之前不小于40°喷射。
37. 根据权利要求35所述的设备，其中，在所述气体燃料工作模式期间，在与所述燃烧 室相关联的压缩冲程期间，所述气体燃料以在上死点之前不小于60°喷射。
38. 根据权利要求35所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程以根据输入值选择 所述气体燃料工作模式和所述液体燃料工作模式之一，该输入值包含气体燃料存储压力、 气体燃料质量、液化气体燃料液位、液化气体燃料体积、液化气体燃料质量和气体燃料喷射 压力中的至少一个。
39. 根据权利要求35所述的设备，其中，当在所述气体燃料工作模式期间检测到预设 条件时，所述计算机被进一步被编程以限定所述气体/液体燃料比值并选择性地致动所述 第二燃料喷射器。
40. 根据权利要求39所述的设备，其中，所述预设条件是润滑时间临界值、冷却时间临 界值、清洁时间临界值或液体燃料循环时间临界值中的至少一个，当达到或超过至少一个 所述临界值时，所述预设条件被检测到。
41. 根据权利要求39所述的设备，其中，在所述气体燃料工作模式期间，所述计算机被 进一步编程为根据输入值选择性地致动所述第二燃料喷射器，所述输入值包含平均曲轴转 速、消耗的气体燃料、平均扭矩、入口温度、质量空气流量、发动机温度、冷却剂温度以及自 从所述第二燃料供给装置被充满后的时间中的至少一个。
42. 根据权利要求35所述的设备，其中，当在所述液体燃料工作模式期间检测到预设 条件时，所述计算机被进一步编程以指令所述气体/液体燃料比值具有大于〇的值并选择 性地致动所述第一燃料喷射器。
43. 根据权利要求42所述的设备，其中，所述预设条件为发动机爆燃临界水平，所述 设备中还包含发动机爆燃传感器，所述计算机被编程为响应于所述发动机爆燃传感器的输 出，以在所述输出达到或超过所述发动机爆燃临界水平时，在所述液体燃料工作模式期间 选择性地致动所述第一燃料喷射器。
44. 根据权利要求42所述的设备，其中，所述预设条件为排放临界水平，所述设备还 包含排放传感器，所述计算机被编程为响应于所述排放传感器的输出，当所述输出达到或 超过所述排放临界水平时，在所述液体燃料工作模式期间选择性地致动所述第一燃料喷射 器。
45. 根据权利要求35所述的设备，其中，所述计算机被进一步编程以选择双燃料工作 模式并在所述双燃料工作模式期间选择性地致动所述第一燃料喷射器和所述第二燃料喷 射器，在所述双燃料工作模式期间，所述气体/液体燃料比值是在数学上限定的且为大于〇 的值。
46. -种向内燃机的燃烧室输送两种燃料的方法，该方法包含： 根据输入值指令气体/液体燃料比值，该输入值包含气体燃料储存压力、气体燃料喷 射压力、气体燃料质量、发动机速度、发动机扭矩、入口空气温度、入口空气湿度、进气空气 歧管压力、进气空气质量、爆燃检测、运行历史、扭矩指令及排放中的至少一个； 根据所述气体/液体燃料比值将气体燃料直接喷射进所述燃烧室；以及 根据所述气体/液体燃料比值将液体燃料在进气阀上游喷射。
47. 根据权利要求46所述的方法，其中，所述气体燃料从由天然气和甲烷组成的组中 选择。
48. 根据权利要求46所述的方法，其中，所述液体燃料从由汽油和乙醇/汽油混合物组 成的组中选择。
49. 根据权利要求46所述的方法，进一步包含在10巴和300巴之间调节所述气体燃料 喷射压力。
50. 根据权利要求46所述的方法，进一步包含在10巴和40巴之间调节所述气体燃料 喷射压力。
51. 根据权利要求46所述的方法，进一步包含在10巴和20巴之间调节所述气体燃料 喷射压力。
52. 根据权利要求46所述的方法，进一步包含在2巴和10巴之间调节所述液体燃料喷 射压力。
53. 根据权利要求46所述的方法，进一步包含在2巴和6巴之间调节所述液体燃料喷 射压力。
54. 根据权利要求46所述的方法，进一步包含将所述内燃机在空转达到预设空转时间 临界值之后关闭。
55. 根据权利要求46所述的方法，进一步包含在所述内燃机冷启动期间将分层燃料供 送引入所述燃烧室，引起排放降低和稳定性提高中至少之一。
56. 根据权利要求46所述的方法，进一步包含： 选择气体燃料工作模式和液体燃料工作模式之一； 在所述气体燃料工作模式期间将所述气体燃料直接喷射入所述燃烧室，所述气体/液 体燃料比值在所述气体燃料工作模式期间是在数学上未限定的；以及 在所述液体燃料工作模式期间在进气阀上游喷射所述液体燃料，所述液体燃料被喷射 入进气中，所述气体/液体燃料比值在所述液体燃料工作模式期间具有为〇的值。
57. 根据权利要求56所述的方法，进一步包含在与所述燃烧室相关联的压缩冲程期 间，所述气体燃料以在上死点之前不小于40°喷射。
58. 根据权利要求56所述的方法，进一步包含在与所述燃烧室相关联的压缩冲程期 间，所述气体燃料以在上死点之前不小于60°喷射。
59. 根据权利要求56所述的方法，其中，根据输入值选择所述气体燃料工作模式和所 述液体燃料工作模式之一，该输入值包含气体燃料存储压力、气体燃料质量、液化气体燃料 液位、液化气体燃料体积、液化气体燃料质量和气体燃料喷射压力中的至少一个。
60. 根据权利要求56所述的方法，进一步包含在所述进气阀关闭后喷射所述气体燃 料。
61. 根据权利要求56所述的方法，进一步包含在所述进气阀关闭前开始喷射所述气体 燃料。
62. 根据权利要求56所述的方法，其中，喷射所述气体燃料进一步包含： 在所述气体燃料工作模式期间检测预设条件； 在数学上限定所述气体/液体燃料比值；以及 在所述气体燃料工作模式期间选择性地喷射所述液体燃料。
63. 根据权利要求62所述的方法，其中，所述预设条件是润滑时间临界值、冷却时间临 界值、清洁时间临界值或液体燃料循环时间临界值中的至少一个，当达到或超过至少一个 所述临界值时，所述预设条件被检测到。
64. 根据权利要求62所述的方法，其中，在所述气体燃料工作模式期间选择性地喷射 所述液体燃料进一步包含： 测量平均曲轴转速、消耗的气体燃料、平均扭矩、入口温度、质量空气流量、发动机温 度、冷却剂温度以及自从所述第二燃料供给装置被充满后的时间中的至少一个； 由此当所述测量达到或超过一个临界值时，则满足所述预设条件。
65. 根据权利要求56所述的方法，其中，喷射所述液体燃料进一步包含： 在所述液体燃料工作模式期间检测预设条件； 响应于所述预设条件指令所述气体/液体燃料比值具有一个大于〇的值；以及 在所述液体燃料工作模式期间选择性地喷射所述气体燃料。
66. 根据权利要求65所述的方法，其中，所述预设条件为发动机爆燃临界水平。
67. 根据权利要求65所述的方法，其中，所述预设条件为排放临界水平。
68. 根据权利要求56所述的方法，进一步包含： 选择双燃料工作模式，在所述双燃料工作模式期间，所述气体/液体燃料比值是在数 学上限定的且为大于0的值； 在所述双燃料工作模式期间将所述气体燃料直接喷射入所述燃烧室；以及 在所述双燃料工作模式期间在进气阀上游喷射所述液体燃料，所述液体燃料被喷射入 进气中。
69. 根据权利要求68所述的方法，其中，根据输入值选择所述双燃料工作模式，所述输 入值包含气体燃料存储压力、气体燃料喷射压力、气体燃料存储温度、气体燃料质量、液化 气体燃料液位和液化气体燃料质量中的至少一个。
70. 根据权利要求68所述的方法，进一步包含在所述气体燃料存储压力和所述气体燃 料喷射压力中至少一个降低的基础上，在所述双燃料工作模式期间降低所述气体/液体燃 料比值。
71. 根据权利要求68所述的方法，进一步包含在所述双燃料工作模式期间选择所述气 体/液体燃料比值以将排放维持在临界水平以下。
【文档编号】F02D19/08GK104066960SQ201280067662
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2012年11月20日 优先权日:2011年11月22日
【发明者】M·E·邓恩, J·M·莱普茨, A·B·韦尔奇 申请人:西港能源有限公司