直噴式氣體發(fā)動機和方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及直噴式氣體發(fā)動機和方法，具體涉及一種具有液體和氣體燃料系統(tǒng)的發(fā)動機系統(tǒng)，這兩種燃料系統(tǒng)的任一種都直接將燃料注入到發(fā)動機氣缸中。控制器在正常模式下以及在跛行模式下監(jiān)控和控制發(fā)動機的運轉(zhuǎn)，在正常模式下，發(fā)動機產(chǎn)生額定功率，而當(dāng)氣體燃料系統(tǒng)存在異常運轉(zhuǎn)情況時，使用跛行模式。在跛行模式運轉(zhuǎn)期間，相對于正常模式，發(fā)動機使用更多的液體燃料和更少的氣體燃料或者不使用氣體燃料，并產(chǎn)生低于額定功率的功率。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
直噴式氣體發(fā)動機和方法
本專利技術(shù)總體上涉及內(nèi)燃機，尤其是直噴式柴油發(fā)動機和直噴式氣體發(fā)動機的緊急或跛行操作模式。
技術(shù)介紹
有各種不同類型的發(fā)動機，其使用不止一種燃料。其中一種已知的是直噴式氣體發(fā)動機(DIG)，在這種發(fā)動機中，當(dāng)源自柴油引燃的在氣缸中的燃燒已經(jīng)進行時，諸如LPG等的氣體燃料在高壓下被注入到氣缸中。DIG發(fā)動機依靠氣體燃料運轉(zhuǎn)，柴油引燃提供氣體燃料的點燃。另一類型的使用不止一種燃料的發(fā)動機被稱為雙燃料發(fā)動機，該雙燃料發(fā)動機使在相對低壓的氣體燃料，例如天然氣，其在相對較低的壓力下和準許進入發(fā)動機氣缸中的進入空氣混合。雙燃料發(fā)動機典型地能夠利用諸如柴油或汽油的液體燃料在全功率運轉(zhuǎn)。在穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)期間，提供氣體燃料來替代一定量的液體燃料。在一定運轉(zhuǎn)條件下向氣缸提供的空氣/氣體燃料混合物被壓縮，然后類似于汽油發(fā)動機，用火花點燃，或者用注入到在氣缸中原有的空氣/氣體燃料混合物中的壓燃燃料例如柴油點燃。當(dāng)雙燃料發(fā)動機中的燃料傳送系統(tǒng)中的一個發(fā)生故障時，例如，當(dāng)氣體燃料供給不能提供足夠量的氣體燃料時，依據(jù)發(fā)動機的類型，調(diào)整其運轉(zhuǎn)將有不同程度的難度系數(shù)。例如，在雙燃料發(fā)動機中氣體燃料供給是在低壓力下的，調(diào)整發(fā)動機的運轉(zhuǎn)相對容易，因為這些發(fā)動機已經(jīng)能夠在沒有氣體燃料的情況下正常運轉(zhuǎn)。因此在發(fā)動機故障阻止氣體燃料的供給到達氣缸的情況下，發(fā)動機僅繼續(xù)依靠液體燃料運轉(zhuǎn)。這樣發(fā)動機結(jié)構(gòu)的一個例子可以在于2004年2月17號授權(quán)的美國專利6，694，242中找到。在這個例子中，發(fā)動機包括兩個控制器，一個控制發(fā)動機在雙燃料模式中運轉(zhuǎn)，另一個控制在單一的液體燃料模式中運轉(zhuǎn)。發(fā)動機能夠在單燃料控制器的命令下在純柴油模式下運轉(zhuǎn)。雙燃料模式下的運轉(zhuǎn)在第二個控制器的控制下發(fā)生。當(dāng)在這種模式下運轉(zhuǎn)時，在低壓下提供的氣體燃料與空氣混合進入發(fā)動機氣缸，在氣缸中這些氣體燃料在柴油被注入氣缸而開始點燃前被壓縮。正如所看到的，例如，當(dāng)在氣體燃料傳送系統(tǒng)中檢測到故障時，發(fā)動機在純柴油模式下運轉(zhuǎn)的能力允許發(fā)動機轉(zhuǎn)換到這種運轉(zhuǎn)模式。在2007年5月24號公布的國際公布號為WO2007/056845A1中看到，具有在發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間替代液體燃料的燃料供給的雙燃料發(fā)動機的另一例子。在這個例子中，氣體燃料傳送系統(tǒng)被設(shè)計為用于在現(xiàn)有柴油發(fā)動機上進行改進，并且包括安裝在發(fā)動機的現(xiàn)有電熱塞開口中的氣體燃料噴射器。氣體燃料被直接注入到發(fā)動機氣缸中，就像目前的柴油噴射器所做的一樣。使用加熱器預(yù)先處理進入到氣缸中的空氣來完成燃燒，其中加熱器提高進入空氣的溫度來創(chuàng)造有利于氣體燃料燃燒的條件。發(fā)動機可以在雙燃料或者在加熱器的幫助下在純氣體燃料或純柴油燃料的操作下運轉(zhuǎn)。盡管都已知使用不止一種燃料的發(fā)動機，在某些運轉(zhuǎn)模式下這些發(fā)動機使用氣體燃料來替代一些量的液體燃料諸如柴油。因此，當(dāng)檢測到氣體燃料故障時，發(fā)動機能夠在沒有任何氣體燃料下運轉(zhuǎn)。然而，這不是DIG發(fā)動機的情況，在DIG發(fā)動機中主燃料是氣體燃料，次要的燃料是液體燃料，例如柴油，其如前面所述用于引起燃燒。在這些發(fā)動機中，氣體燃料系統(tǒng)的故障將會使發(fā)動機不動，其中安裝有此發(fā)動機的車輛也這樣不動，因為氣體燃料是發(fā)動機的主要燃料供給，液體燃料僅僅是用作點火源。當(dāng)這種發(fā)動機安裝在大型設(shè)備例如礦用卡車上時，特別不希望有這樣的不能動的情況，因為一個車隊中單一個不能動的卡車能停止整個采礦的運轉(zhuǎn)。例如，在礦山中到挖掘場和從挖掘場出來的道路是隨著挖掘場的移動而開創(chuàng)的，通常在一定程度上用于運輸?shù)膯我卉嚨辣粩嚅_。一個全負載的卡車滯留在其中一個陡峭的道路上，將會導(dǎo)致其他進入或離開挖掘場的卡車滯留，這將會產(chǎn)生危險的交通情況，產(chǎn)生長時間的耽擱，并增加礦山開采運轉(zhuǎn)的成本。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)一方面描述了一種直噴式氣體(DIG)發(fā)動機系統(tǒng)。該DIG發(fā)動機系統(tǒng)包括具有至少一個氣缸的發(fā)動機，該氣缸在往復(fù)式活塞、孔和火焰擋板之間形成一個可變?nèi)萸弧Ｒ后w燃料系統(tǒng)包括與液體燃料噴射器流體連通的液體燃料軌道，該液體燃料噴射器能夠?qū)⒁后w燃料直接注入到可變?nèi)萸恢凶鳛辄c燃源。氣體燃料系統(tǒng)包括與氣體燃料噴射器流體連通的氣體燃料軌道，該氣體燃料噴射器能夠?qū)怏w燃料直接注入到可變?nèi)萸恢凶鳛楣β试础？刂破鞅辉O(shè)置為監(jiān)控和控制在正常模式下或跛行模式下發(fā)動機的運轉(zhuǎn)。在一種實施例中，當(dāng)不存在系統(tǒng)的異常運轉(zhuǎn)情況時，正常模式存在，當(dāng)控制器確定異常運轉(zhuǎn)情況存在時，跛行模式存在。當(dāng)在正常模式下運轉(zhuǎn)時，正常量的液體燃料和正常量的氣體燃料被注入到氣缸中來產(chǎn)生額定發(fā)動機功率。當(dāng)在跛行模式下運轉(zhuǎn)時，比正常量的液體燃料多的液體燃料量和比正常量的氣體燃料少的氣體燃料被注入到氣缸中來產(chǎn)生比額定功率低的跛行功率，但足夠使發(fā)動機繼續(xù)以有效的功率輸出運轉(zhuǎn)。另一方面，本專利技術(shù)描述了一種適用于直噴式氣體(DIG)發(fā)動機的故障緩解系統(tǒng)，該直噴式氣體發(fā)動機使用柴油引燃來點燃直接注入的氣體燃料，諸如液化石油或天然氣等，這些氣體燃料存儲在低溫儲罐中并被加熱以便在發(fā)動機中使用。這個系統(tǒng)包括至少一個發(fā)動機氣缸，該氣缸在活塞、孔和火焰擋板之間形成一個可變?nèi)萸弧２裼腿剂舷到y(tǒng)包括和柴油燃料噴射器流體連通的柴油燃料軌道，該柴油燃料噴射器能夠?qū)⒉裼腿剂现苯幼⑷氲娇勺內(nèi)萸恢凶鳛辄c燃源。氣體燃料系統(tǒng)包括與氣體燃料噴射器流體連通的氣體燃料軌道，該氣體燃料噴射器能夠?qū)怏w燃料直接注入到可變?nèi)萸恢凶鳛楣β试础？刂破鞅辉O(shè)置為監(jiān)控和控制在正常模式下和跛行模式下發(fā)動機的運轉(zhuǎn)。在一種實施例中，當(dāng)不存在異常運轉(zhuǎn)情況時，正常模式存在，當(dāng)控制器確定異常運轉(zhuǎn)情況存在時，跛行模式存在。當(dāng)以正常模式運轉(zhuǎn)時，正常量的柴油燃料和正常量的氣體燃料被注入到氣缸中來產(chǎn)生額定發(fā)動機功率。當(dāng)在跛行模式下運轉(zhuǎn)時，比正常量的柴油燃料更多的柴油燃料量和比正常量的氣體燃料更少的氣體燃料量被注入到氣缸中來產(chǎn)生比額定功率低的跛行發(fā)動機功率。在又一個方面，本專利技術(shù)描述了一種用于緩解在直噴式氣體(DIG)發(fā)動機中的氣體燃料系統(tǒng)故障或異常運轉(zhuǎn)情況的方法。該方法包括：使氣體燃料供給系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)包括適用于存儲低溫液化狀態(tài)下的氣體燃料的儲存罐、適用于從儲存罐中吸取氣體燃料并且對其壓縮以產(chǎn)生壓縮氣體燃料的氣體泵、適用于增加壓縮氣體燃料的焓的加熱器和適用于收集壓縮氣體燃料的氣體燃料軌道。控制器監(jiān)控指示氣體燃料供給的運轉(zhuǎn)情況的傳感器信號。傳感器信號包括下列中的至少一種：指示氣體燃料軌道中壓縮氣體燃料狀態(tài)的軌道狀態(tài)信號，指示在加熱器出口處的氣體燃料狀態(tài)的加熱器狀態(tài)信號，指示在加熱器進口處的氣體燃料狀態(tài)的液體狀態(tài)信號，指示在存儲罐中低溫液化狀態(tài)下的氣體燃料的液位的液位信號。當(dāng)控制器基于對軌道狀態(tài)信號、加熱器狀態(tài)信號、液體狀態(tài)信號和液位信號中的至少一種確定異常運轉(zhuǎn)情況存在時，將會使發(fā)動機運轉(zhuǎn)從正常模式轉(zhuǎn)換到跛行模式。當(dāng)在正常模式下運轉(zhuǎn)時，正常量的液體燃料和正常量的氣體燃料被注入到發(fā)動機氣缸中來產(chǎn)生額定發(fā)動機功率。當(dāng)在跛行模式下運轉(zhuǎn)時，比正常量的液體燃料更多的液體燃料量和比正常量的氣體燃料更少的氣體燃料量被注入到發(fā)動機氣缸中來產(chǎn)生比額定功率低的跛行發(fā)動機功率。附圖說明圖1示出了根據(jù)本專利技術(shù)的用于發(fā)動機的直噴式氣體(DIG)系統(tǒng)和液態(tài)燃料系統(tǒng)的框圖，圖2示出了根據(jù)本專利技術(shù)的DIG發(fā)動機氣缸的剖視圖，圖3示出了根據(jù)本本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種直噴式氣體發(fā)動機系統(tǒng)，包括：具有至少一個氣缸的發(fā)動機，該氣缸在往復(fù)式活塞、孔和火焰擋板之間形成一個可變?nèi)萸唬灰后w燃料系統(tǒng)，其包括與液體燃料噴射器流體連通的液體燃料軌道，該液體燃料噴射器能夠?qū)⒁后w燃料直接注入到可變?nèi)萸恢凶鳛辄c燃源；氣體燃料系統(tǒng)，其包括氣體燃料噴射器，該氣體燃料噴射器能夠?qū)怏w燃料直接注入到可變?nèi)萸恢凶鳛楣β试矗灰约翱刂破鳎溆脕肀O(jiān)控和控制正常模式下或跛行模式下發(fā)動機的運轉(zhuǎn)，當(dāng)不存在異常運轉(zhuǎn)情況時，正常模式存在，當(dāng)控制器確定異常運轉(zhuǎn)情況存在時，跛行模式存在，從而使：當(dāng)以正常模式運轉(zhuǎn)時，正常量的液體燃料和正常量的氣體燃料被注入到氣缸中來產(chǎn)生額定發(fā)動機功率，以及當(dāng)以跛行模式運轉(zhuǎn)時，比正常量的液體燃料多的液體燃料量和比正常量的氣體燃料少的氣體燃料量被注入到氣缸中以產(chǎn)生比額定功率低的跛行發(fā)動機功率。

【技術(shù)特征摘要】
2012.05.17 US 13/474,0791.一種直噴式氣體發(fā)動機系統(tǒng)，包括：具有至少一個氣缸的發(fā)動機，該氣缸在往復(fù)式活塞、孔和火焰擋板之間形成一個可變?nèi)萸唬灰后w燃料系統(tǒng)，其包括與液體燃料噴射器流體連通的液體燃料軌道，該液體燃料噴射器能夠?qū)⒁后w燃料直接注入到可變?nèi)萸恢凶鳛辄c燃源；氣體燃料系統(tǒng)，其包括氣體燃料噴射器，該氣體燃料噴射器能夠?qū)怏w燃料直接注入到可變?nèi)萸恢凶鳛楣β试矗灰约翱刂破鳎溆脕肀O(jiān)控和控制正常模式下或跛行模式下發(fā)動機的運轉(zhuǎn)，當(dāng)不存在異常運轉(zhuǎn)情況時，正常模式存在，當(dāng)控制器確定異常運轉(zhuǎn)情況存在時，跛行模式存在，從而使：當(dāng)以正常模式運轉(zhuǎn)時，正常量的液體燃料和正常量的氣體燃料被注入到氣缸中來產(chǎn)生額定發(fā)動機功率，以及當(dāng)以跛行模式運轉(zhuǎn)時，比正常量的液體燃料多的液體燃料量和比正常量的氣體燃料少的氣體燃料量被注入到氣缸中以產(chǎn)生比額定功率低的跛行發(fā)動機功率；其中，所述液體燃料系統(tǒng)包括液體燃料泵，該液體燃料泵能夠從液體燃料容器中吸取液體燃料并向與液體燃料噴射器流體連通的液體燃料軌道提供加壓的液體燃料，加壓的液體燃料被增壓到軌道壓力；其中，所述氣體燃料系統(tǒng)包括能夠以液體狀態(tài)存儲氣體燃料的低溫儲罐，以及與氣體燃料噴射器流體連通的氣體燃料供給線；其中，所述氣體燃料系統(tǒng)還包括氣體燃料泵，該氣體燃料泵能夠從低溫儲罐中吸取液化的氣體燃料并向加熱器提供壓縮的液化的氣體燃料，該加熱器能夠提高液化的氣體燃料的溫度；還包括布置在加熱器和氣體燃料供給線之間的壓力控制模塊，該壓力控制模塊能夠控制氣體燃料的壓力。2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其中，所述液體燃料和氣體燃料相繼地被注入到氣缸中。3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其中，當(dāng)發(fā)動機系統(tǒng)正在以正常模式運轉(zhuǎn)時，所述氣體燃料的壓力和壓縮液體燃料的軌道壓力基本是相等的。4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機系統(tǒng)，還包括下列傳感器中的至少一種：布置在氣體燃料供給線和壓力控制模塊之間的氣體狀態(tài)傳感器，該氣體狀態(tài)傳感器能夠向控制器提供指示壓縮液體燃料的狀態(tài)的軌道狀態(tài)信號；布置在燃料過濾器和壓力控制模塊之間的燃料過濾器狀態(tài)傳感器，該燃料過濾器狀態(tài)傳感器能夠向控制器提供指示被過濾的氣體燃料狀態(tài)的過濾器狀態(tài)信號；布置在燃料過濾器和加熱器之間的加熱器狀態(tài)傳感器，該加熱器狀態(tài)傳感器能夠向控制器提供指示氣體燃料狀態(tài)的加熱器狀態(tài)信號；布置在氣體燃料泵出口處的液體狀態(tài)傳感器，該液體狀態(tài)傳感器能夠向控制器提供指示壓縮氣體燃料狀態(tài)的液體狀態(tài)信號；以及與低溫儲罐相關(guān)聯(lián)的液位傳感器，該液位傳感器能夠向控制器提供指示在低溫儲罐內(nèi)液體狀態(tài)下的氣體燃料的液位的液位信號。5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其中，所述控制器能夠監(jiān)控軌道狀態(tài)信號、過濾器狀態(tài)信號、加熱器狀態(tài)信號、液體狀態(tài)信號和液位信號中的一個或多個來確定異常運轉(zhuǎn)情況的存在出現(xiàn)，以及當(dāng)一個或多個異常運轉(zhuǎn)情況存在時，使發(fā)動機運轉(zhuǎn)從正常模式轉(zhuǎn)到跛行模式。6.一種用于直噴式氣體發(fā)動機的故障緩解系統(tǒng)，所述直噴式氣體發(fā)動機用柴油引燃來點燃直接注入的氣體燃料，其存儲在低溫儲罐中并且在加熱器中加熱以便在發(fā)動機中使用，所述故障緩解系統(tǒng)在與DIG發(fā)動機相關(guān)的控制器中運行，所述DIG發(fā)動機包括：至少一個發(fā)動機氣缸，該氣缸在布置在孔內(nèi)的活塞、孔的一部分和火焰擋板之間形成一個可變?nèi)萸唬徊裼腿剂舷到y(tǒng)，該柴油燃料系統(tǒng)包括與柴油燃料噴射器流體連通的柴油燃料軌道，該柴油燃料噴射器能夠?qū)⒉裼腿剂现苯幼⑷氲娇勺內(nèi)萸恢凶鳛辄c燃源；以及氣體燃料系統(tǒng)，該氣體燃料系統(tǒng)包括氣體燃料噴射器，該氣體燃料噴射器能夠?qū)怏w燃料直接注入到可變?nèi)萸恢凶鳛楣β试矗黄渲校龅目刂破饔脕肀O(jiān)控和控制在正常模式下或跛行模式下發(fā)動機的運轉(zhuǎn)，當(dāng)不存在異常運轉(zhuǎn)情況時，正常模式存在，當(dāng)控制器確定異常運轉(zhuǎn)情況存在時，跛行模式存在，使得：當(dāng)以正常模式運轉(zhuǎn)時，正常量的柴油燃料和正常量的氣體燃料被注入到氣缸中以產(chǎn)生額定發(fā)動機功率；以及當(dāng)以跛行模式運轉(zhuǎn)時，比正常量的柴油燃料多的柴油燃料量和比正常量的氣體燃料少的氣體燃料量被注入到氣缸中以產(chǎn)生比額定功率低的跛行發(fā)動機功率；其中，所述氣體燃料系統(tǒng)還包括氣體燃料泵，該氣...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：A·斯托克納，F·隆巴迪，
申請(專利權(quán))人：卡特彼勒公司，
類型：發(fā)明
國別省市：