用于燃料噴射和動態燃燒控制的方法和設備技術

實現在擴散燃燒模式下燃燒氣體燃料的被供以氣體燃料的內燃機的排放目標，諸如NOx水平越來越更有挑戰性。一種用于被供以氣體燃料的內燃機的燃料噴射方法包括：在第一燃料噴射階段引入第一引燃燃料量；在第二燃料噴射階段引入第一主燃料(氣體燃料)量；以及在第三燃料噴射階段引入第二主燃料量。所述第一和第二主燃料量有助于所述內燃機的負荷和速度需求。可以在發動機的負荷和速度范圍的不同區域中使用針對不同發動機性能校準的發動機特性圖。當所述發動機在兩個區域之間轉變時結合所述發動機特性圖；且至不同區域中的瞬時偏移不會改變發動機校準。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利摘要】實現在擴散燃燒模式下燃燒氣體燃料的被供以氣體燃料的內燃機的排放目標，諸如NOx水平越來越更有挑戰性。一種用于被供以氣體燃料的內燃機的燃料噴射方法包括：在第一燃料噴射階段引入第一引燃燃料量；在第二燃料噴射階段引入第一主燃料(氣體燃料)量；以及在第三燃料噴射階段引入第二主燃料量。所述第一和第二主燃料量有助于所述內燃機的負荷和速度需求。可以在發動機的負荷和速度范圍的不同區域中使用針對不同發動機性能校準的發動機特性圖。當所述發動機在兩個區域之間轉變時結合所述發動機特性圖；且至不同區域中的瞬時偏移不會改變發動機校準。【專利說明】用于燃料噴射和動態燃燒控制的方法和設備
本申請涉及將引燃燃料和氣體燃料引入至內燃機中以及動態地控制燃燒的技術。專利技術背景已知在被供以氣體燃料的柴油循環內燃機中使用引燃燃料來起始燃燒。典型的氣體燃料(諸如天然氣)的十六烷值低，從而使得在使用常規壓縮比的氣缸中自動點燃是困難的。在壓縮沖程后期引入引燃燃料(諸如柴油)，其中引燃燃料因為氣缸中的壓力和溫度而自動點燃，進而產生適合于氣體燃料點燃的環境。一般來說，引燃燃料可以是在正常操作期間在燃燒室內產生的條件下可靠地按所要定時自動點燃的任何燃料。舉例來說，在被設計以被供以柴油燃料的發動機中，柴油是合適的引燃燃料，因為它將在正常發動機循環期間在燃燒室內產生的溫度和壓力下自動點燃。已知在多個階段在柴油循環內燃機中引入氣體燃料。2003年11月4日向Ancimer等人頒布的申請者自己的美國專利N0.6,640,773公開了一種均質充量直接噴射發動機，所述發動機在三個階段引入氣體燃料和引燃燃料。在第一階段，在壓縮沖程中直接噴射氣體燃料，使得其與空氣混合從而形成均質充量。在第二階段，在壓縮沖程后期引入引燃燃料以起始均質充量的燃燒。在第一階段引入的氣體燃料的量限于減小且優選地防止過早燃燒(諸如發動機爆震)的可能性。對于發動機的負荷和速度范圍中的一些部分，在第一階段并不引入足夠的氣體燃料以滿足發動機的負荷需要，而且在此類操作條件下在第三階段在引燃燃料之后直接噴射氣體燃料使得發動機的負荷需要得以滿足。以上技術具有若干優點。發動機爆震的可能性減小。第一階段氣體燃料的燃燒中的氮氧化物(NOx)形成率非常小，這是因為預先混合的氣體燃料和空氣在非常稀薄的狀態下燃燒。其通過在同一發動機循環中使用分層充量(引燃煙流)、稀薄燃燒和擴散燃燒模式全部來提供有效操作，并且與常規操作方法相比維持高發動機輸出同時減少NOx排放。盡管如此，但在一些實現方式中，這種技術存在缺點，諸如燃燒穩定性、有限的發動機功率和發動機校準困難。未燃燒的烴類排放可因為預先混合的充量過度稀薄而增加。在僅僅在擴散模式下燃燒氣體燃料的被供以氣體燃料的柴油循環內燃機中，已知因為燃燒溫度和壓力，在發動機的負荷和速度范圍的某些區域中NOx形成率可以是過量的。舉例來說，參看圖1，示出一個內燃機實現方式的特性區域10，在特性區域10中NOx形成率過高。技術現狀是缺乏用于降低在擴散燃燒模式下操作的被供以氣體燃料的內燃機中的NOx形成率的技術。本方法和設備提供用于改進在擴散燃燒模式下操作的被供以氣體燃料的柴油循環內燃機的操作的技術。專利技術概要—種用于被供以氣體燃料的內燃機的改進的燃料噴射方法包括:在第一燃料噴射階段引入第一引燃燃料量;在第二燃料噴射階段引入第一主燃料量；以及在第三燃料噴射階段引入第二主燃料量。所述第一和第二主燃料量有助于所述內燃機的負荷和速度需求。所述主燃料是所述氣體燃料，且所述引燃燃料和所述主燃料都在擴散燃燒模式下燃燒。所述第一燃料噴射階段可在上止點前50度(°BTDC)與10°BTDC之間發生。所述第二燃料噴射階段可在30° BTDC與0°BTDC之間發生。所述第三燃料噴射階段可在20°BTDC與上止點后20度(°ATDC)之間發生。在所述第一燃料噴射階段中所使用的燃料噴射脈沖的下降沿(結束)與在所述第二燃料噴射階段中所使用的燃料噴射脈沖的上升沿(開始)之間的間隔定時可以在200與400微秒之間。如本文中所使用，上升沿表示燃料噴射脈沖的開始，且下降沿表示燃料噴射脈沖的結束。在替代實施方案中，上升沿可以表示燃料噴射脈沖的結束，且下降沿可以表示燃料噴射脈沖的開始(即，使用負邏輯)。在所述第二燃料噴射階段中所使用的燃料噴射脈沖的下降沿(結束)與在所述第三燃料噴射階段中所使用的燃料噴射脈沖的上升沿(開始)之間的間隔定時可以在500與750微秒之間。所述方法可以進一步包括在第四燃料噴射階段引入第二引燃燃料量。所述第四燃料噴射階段可以在0° ATDC與50° ATDC之間發生。在優選實施方案中，當所述內燃機的操作點在所述第一、第二和第三燃料噴射階段中的至少一者中從第一特性區域轉變至第二特性區域時，所述方法進一步包括在所述操作點轉變至所述第二特性區域中之后在第一所測量參數小于第一預定閾值時，使用來自第一發動機特性圖的校準。當所述第一所測量參數在所述第一預定閾值與第二預定閾值之間時，所述方法進一步包括結合來自所述第一發動機特性圖和第二發動機特性圖的校準；以及使用所述所結合的校準。當所述第一所測量參數大于所述第二預定閾值時，所述方法包括使用來自所述第二發動機特性圖的校準。所述第一和第二發動機特性圖中的所述校準包括燃料供給和定時校準。可以使用比率來結合所述第一和第二發動機特性圖，或替代地可以通過針對每一特性圖使用單獨的加權因子來結合第一和第二發動機特性圖。可以在所述第一特性區域中使用所述第一發動機特性圖。在優選實施方案中，所述第一所測量參數是時間且所述第一和第二預定閾值分別是第一和第二預定時間閾值。在另一優選實施方案中，所述第一所測量參數是表示燃燒溫度的溫度且所述第一和第二預定閾值分別是第一和第二預定溫度閾值。—種被供以氣體燃料的內燃機中的改進的燃料噴射設備包括直接噴射設備，所述直接噴射設備用于將引燃燃料和主燃料直接引入至所述內燃機的燃燒室中。所述主燃料是所述氣體燃料。引燃燃料供應系統將所述引燃燃料遞送至所述直接噴射設備，且主燃料供應系統將所述主燃料遞送至所述直接噴射設備。被配置用來致動方向噴射設備以將所述引燃燃料和所述主燃料引入至所述燃燒室中的控制器被編程以執行以下操作:(I)在第一燃料噴射階段致動所述直接噴射設備以引入第一引燃燃料量；(2)在第二燃料噴射階段致動所述直接噴射設備以引入第一主燃料量；以及(3)在第三燃料噴射階段致動所述直接噴射設備以引入第二主燃料量。所述第一和第二主燃料量有助于所述內燃機的負荷和速度需求。所述引燃燃料和所述主燃料在擴散燃燒模式下燃燒。所述第一燃料噴射階段可在上止點前50度(° BTDC)與10° BTDC之間發生。所述第二燃料噴射階段可在30° BTDC與0° BTDC之間發生。所述第三燃料噴射階段可在20°BTDC與上止點后20度(°ATDC)之間發生。在所述第一燃料噴射階段中所使用的燃料噴射脈沖的下降沿(結束)與在所述第二燃料噴射階段中所使用的燃料噴射脈沖的上升沿(開始)之間的間隔定時可以在200與400微秒之間。在所述第二燃料噴射階段中所使用的燃料噴射脈沖的下降沿(結束)與在所述第三燃料噴射階段中所使用的燃料噴射脈沖的上升沿(開始)之間的間隔定時可以在500與本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于被供以氣體燃料的內燃機的燃料噴射方法，其包括：在第一燃料噴射階段引入第一引燃燃料量；在第二燃料噴射階段引入第一主燃料量；以及在第三燃料噴射階段引入第二主燃料量，所述第一和第二主燃料量有助于所述內燃機的負荷和速度需求；其中所述主燃料是所述氣體燃料，且所述引燃燃料和所述主燃料在擴散燃燒模式下燃燒。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：W·費，J·D·沃爾克，G·P·麥克塔格特考恩，K·R·曼恩，
申請(專利權)人：西港電力公司，
類型：發明
國別省市：加拿大;CA