專利名稱：向氣態(tài)燃料直噴式內(nèi)燃機(jī)提供高廢氣再循環(huán)的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制氣態(tài)燃料直噴式內(nèi)燃機(jī)的排放和發(fā)動(dòng)機(jī)性能從而提供高EGR程度的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)盡管有很多優(yōu)點(diǎn)，但是也有明顯的缺點(diǎn)。在擴(kuò)散燃燒模式下充分燃燒時(shí)，柴油會(huì)產(chǎn)生很多污染物。諸如氮氧化物(NOx)和顆粒物質(zhì)(PM)的污染物都會(huì)帶來問題。清潔燃燒的氣態(tài)燃料，如天然氣、氫氣、乙烷、丙烷、諸如天然氣和氫氣的混合物的氣態(tài)混合燃料等等，在內(nèi)燃機(jī)中燃燒時(shí)往往會(huì)比柴油排出更少的污染物。據(jù)測定，在例如四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮沖程完成時(shí)或接近作功沖程開始時(shí)、高壓下進(jìn)行直噴時(shí)，一些氣態(tài)燃料同樣能提供類似的功率輸出。
雖然在排放方面受益，但是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)采用柴油機(jī)的壓縮比時(shí)氣態(tài)燃料需要一些點(diǎn)火器來引燃。一種普通點(diǎn)火器是在工質(zhì)中提供引導(dǎo)燃料以形成自動(dòng)可燃工質(zhì)，當(dāng)氣態(tài)燃料直噴時(shí)，該工質(zhì)可用于幫助氣態(tài)燃料的引燃，如上所述。
最后，雖然在排放方面受益，但是氣態(tài)燃料的燃燒確實(shí)會(huì)產(chǎn)生NOx。特別地，與預(yù)混氣態(tài)工質(zhì)的燃燒相比，氣態(tài)燃料直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的擴(kuò)散燃燒趨向產(chǎn)生更多量的NOx。然而，可利用一些技術(shù)手段在這種發(fā)動(dòng)機(jī)中降低NOx。人們發(fā)現(xiàn)廢氣再循環(huán)(EGR)是在壓燃直噴機(jī)中減少NOx的一種重要方法。
理想地，在氣態(tài)燃料直噴機(jī)內(nèi)需不斷增加進(jìn)氣工質(zhì)中EGR的濃度。即，更多的EGR往往會(huì)減少NOx。然而，當(dāng)EGR濃度增加時(shí)，會(huì)產(chǎn)生其他的排氣。特別地，不斷提高EGR的程度，碳?xì)浠衔?HC)、一氧化碳(CO)和顆粒物質(zhì)(PM)都開始增多。因此，壓燃直噴機(jī)的EGR趨于限制在30％，以防其他排放達(dá)到限制標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明公開了一種方法，該方法可應(yīng)用于氣態(tài)燃料壓燃直噴機(jī)(或使用主燃料的直噴機(jī)，該主燃料需要自動(dòng)可燃引導(dǎo)燃料來輔助主燃料的引燃)，以通過使用高EGR程度(在進(jìn)氣工質(zhì)中的質(zhì)量濃度超過30％)來減少全面排放物，同時(shí)控制在EGR程度較高時(shí)常常會(huì)產(chǎn)生的其他排放。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種為穩(wěn)固高EGR率同時(shí)控制由這種高EGR導(dǎo)致的排放的方法和設(shè)備。高程度EGR時(shí)的排放根據(jù)EGR濃度通過控制氣態(tài)燃料直噴機(jī)引導(dǎo)燃料噴射時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。
一次，本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種操作氣態(tài)燃料直噴內(nèi)燃機(jī)的方法。該方法包括確定一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷。在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)過程中，進(jìn)氣工質(zhì)被直接導(dǎo)入燃燒室，進(jìn)氣工質(zhì)具有廢氣再循環(huán)(EGR)濃度。進(jìn)氣工質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮沖程期間在燃燒室內(nèi)被壓縮。在主燃料時(shí)間，氣態(tài)燃料直接噴射進(jìn)燃燒室，在相對于主燃燒時(shí)間的引導(dǎo)燃料時(shí)間直接將一些引導(dǎo)燃料噴射入所述燃燒室，所述主燃料時(shí)間參考EGR濃度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)載荷的指示器而選定。引導(dǎo)燃料能夠當(dāng)活塞位于或接近所述燃燒室內(nèi)上止點(diǎn)時(shí)、在第一噴射曲柄角自動(dòng)點(diǎn)燃。氣態(tài)燃料和引導(dǎo)燃料在燃燒室內(nèi)燃燒，在這里引導(dǎo)燃料的燃燒導(dǎo)致氣態(tài)燃料的點(diǎn)燃。
在其他的實(shí)施例中，上述指示器包括進(jìn)氣工質(zhì)中的氧氣濃度，或二氧化碳濃度，或指定的EGR濃度，或發(fā)動(dòng)機(jī)中通過EGR管的廢氣氣流，或排氣閥門時(shí)間和發(fā)動(dòng)機(jī)前一最接近循環(huán)中的發(fā)動(dòng)機(jī)載荷中的至少一個(gè)。
在此外的實(shí)施例中，主燃料噴射先于引導(dǎo)燃料噴射。在另外的實(shí)施例中，廢氣濃度高于30％或在30％和50％之間。
在此外的實(shí)施例中，所用方法的氣態(tài)燃料包括天然氣、甲烷、丙烷、液化石油氣、氫氣和乙烷的至少一個(gè)。
此外的實(shí)施例中，所用方法的氣態(tài)燃料包括甲烷、丙烷和氫氣中的至少兩個(gè)的混合物。
在本發(fā)明此外的實(shí)施例中，公開了一種能夠使用廢氣再循環(huán)EGR的氣態(tài)燃料直噴內(nèi)燃機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括控制器、由活塞限定的燃燒室、和用來將進(jìn)氣工質(zhì)引進(jìn)燃燒室的進(jìn)氣管。還包括主燃料噴嘴，用來在氣態(tài)燃料時(shí)間將氣態(tài)燃料引入燃燒室，所述氣態(tài)燃料時(shí)間是當(dāng)活塞接近發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮沖程完成、位于上止點(diǎn)附近時(shí)。也包括引導(dǎo)燃料噴嘴，用來在引導(dǎo)燃料時(shí)間將自動(dòng)可燃引導(dǎo)燃料引入燃燒室，該引導(dǎo)燃料噴嘴能夠調(diào)整引導(dǎo)燃料時(shí)間，該引導(dǎo)燃料時(shí)間是當(dāng)活塞接近發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮沖程完成、位于上止點(diǎn)附近時(shí)。發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一種傳感器，用來在發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)過程中監(jiān)測指示進(jìn)氣工質(zhì)中的EGR濃度的信號(hào)，所述至少一個(gè)傳感器與所述控制器通信，該控制器與引導(dǎo)燃料噴嘴通信。因此該控制器能夠響應(yīng)于所述信號(hào)調(diào)整引導(dǎo)燃料時(shí)間。
下面將描述本發(fā)明更多的方面和特定實(shí)施例的特征。


附圖示出了本發(fā)明的非限制性實(shí)施例。
圖1提供了四沖程氣態(tài)燃料直噴內(nèi)燃機(jī)的燃燒室的五個(gè)橫截面視圖。圖1a示出發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中的進(jìn)氣沖程。圖1b示出發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中的壓縮沖程。圖1c示出燃燒事件完成時(shí)直噴入燃燒室的燃料。圖1d示出發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中作功沖程。圖1e示出發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中的排氣沖程。
圖2是氣態(tài)燃料直噴內(nèi)燃機(jī)的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。
圖3是熱釋放率相對于曲柄角的曲線圖，說明氣態(tài)燃料直噴機(jī)中引導(dǎo)燃料時(shí)間對EGR程度變化的影響。
圖4是EGR濃度下的PM和CO濃度的曲線圖，示出引導(dǎo)燃料時(shí)間在兩條曲線之間改變時(shí)排放的改善，一條曲線示出在沒有進(jìn)行引導(dǎo)時(shí)間調(diào)整的情況下的較高EGR濃度，一條曲線示出在相同的高EGR濃度時(shí)的引導(dǎo)時(shí)間調(diào)整。
具體實(shí)施例方式
本公開內(nèi)容教導(dǎo)了一種在氣態(tài)燃料直噴機(jī)中通過響應(yīng)目標(biāo)EGR程度調(diào)整引導(dǎo)(pilot)時(shí)間從而保持高EGR程度的方法和設(shè)備。
參考圖1，圖中示出了一種典型的氣態(tài)燃料直噴機(jī)循環(huán)中各進(jìn)程的橫截面剖視圖。圖1a提供了在方向12上通過進(jìn)氣管14引入燃燒室10的進(jìn)氣工質(zhì)。進(jìn)氣工質(zhì)可以包括新鮮空氣、EGR、水和氣態(tài)燃料的任意混合物。同時(shí)，在進(jìn)氣沖程，活塞16在方向17上運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離噴嘴18，該噴嘴位于點(diǎn)火板(firedeck)中并與燃燒室10流體流通。同時(shí)示出的是排氣管20。圖1b說明發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮沖程中活塞16在方向22上運(yùn)動(dòng)以在燃燒室內(nèi)壓縮工質(zhì)。參考圖1c，當(dāng)活塞位于或接近上止點(diǎn)時(shí)，引導(dǎo)燃料24可被引入到燃燒室10。為此應(yīng)用目的，位于或接近上止點(diǎn)的引導(dǎo)燃料的噴射通常處于上止點(diǎn)任何一側(cè)30度的曲柄角內(nèi)。通常，緊跟著被引入到燃燒室的引導(dǎo)燃料24，主燃料噴射(未顯示)被提供到燃燒室。
參考圖1d，當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，引導(dǎo)燃料和氣態(tài)燃料燃燒，從而推動(dòng)活塞16在方向25上運(yùn)動(dòng)，如燃燒產(chǎn)物26所示。氣態(tài)燃料在引導(dǎo)燃料24點(diǎn)燃后被引導(dǎo)燃料24點(diǎn)燃。
為了公開的目的，由于引導(dǎo)燃料24直噴進(jìn)燃燒室并接近壓縮沖程的上止點(diǎn)，該燃料趨向于在擴(kuò)散燃燒模式下燃燒。
最后，發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)以排氣沖程結(jié)束，其中，通過活塞在方向28的運(yùn)動(dòng)，燃燒產(chǎn)物26在方向30上從燃燒室被排進(jìn)排氣管20。
參考圖2，示出典型的EGR系統(tǒng)，其中，覆蓋一個(gè)或多個(gè)燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)組50在方向52上通過管51和最終管55排出廢氣。于是，一些廢氣在方向58上穿過閥門54進(jìn)入管56，在這里與從方向62穿過管60的進(jìn)氣空氣在管61中混合。管61引導(dǎo)進(jìn)氣空氣/EGR工質(zhì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)組50。冷卻器64和66可在管56和60中用來冷卻進(jìn)氣空氣和部分EGR并使其密度增加。同時(shí)，可變速度渦輪68和渦輪增壓器70可以合并。
參考圖3，提供有實(shí)例來說明引導(dǎo)燃料時(shí)間對熱釋放率(HRR)的影響。這里，繪制出HRR與氣態(tài)燃料直噴內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中曲柄角的曲線圖。曲線150提供了進(jìn)氣工質(zhì)中沒有EGR時(shí)的名義HRR。在同樣的引導(dǎo)噴射時(shí)間，HRR曲線152示出EGR程度的改變對HRR的影響。HRR曲線154示出EGR濃度50％(進(jìn)氣工質(zhì)中50％是廢氣)循環(huán)中典型的HRR，其中初始引導(dǎo)燃料時(shí)間t(P)in通過引導(dǎo)燃料時(shí)間調(diào)整t(P)adj進(jìn)行調(diào)整。
參考圖4，相對于EGR的增加繪制出PM和CO的曲線。曲線200和202分別代表PM和CO排放，此處沒有調(diào)整引導(dǎo)燃料時(shí)間。曲線204和206分別在曲線200和202基礎(chǔ)上調(diào)整引導(dǎo)燃料時(shí)間，并提供排放程度的結(jié)果。
引導(dǎo)燃料噴射時(shí)間可使用曲柄角度相對于發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中的固定曲柄角(通常為上止點(diǎn))，或相對于氣態(tài)燃料噴射時(shí)間(RIT)的方式來表達(dá)。RIT是引導(dǎo)燃料噴射和氣態(tài)燃料噴射開始之間的那段時(shí)間。即，對于氣態(tài)燃料噴射保持不變的絕對時(shí)間，調(diào)整引導(dǎo)燃料噴射時(shí)間是RIT調(diào)整，也是相對上止點(diǎn)的引導(dǎo)時(shí)間調(diào)整。如果主燃料噴射和引導(dǎo)燃料噴射的時(shí)間比較相近，那么引用RIT可更清楚地說明本主題發(fā)明。為了公開的目的，指代引導(dǎo)燃料時(shí)間也是指代RIT，反之亦然。即，引導(dǎo)燃料時(shí)間的改變意味著RIT的改變，RIT的改變意味著引導(dǎo)燃料時(shí)間的改變。
參考圖2，示出EGR系統(tǒng)。這里，閥門54和EGR冷卻器64用來控制進(jìn)氣工質(zhì)中的EGR濃度，其將通過管60引進(jìn)的空氣和通過管58引進(jìn)的廢氣混合后通過管61提供。在這種情況下，目標(biāo)EGR濃度轉(zhuǎn)化為進(jìn)氣工質(zhì)中的目標(biāo)氧氣濃度，并且可部分地被冷卻器64、66和閥門54所控制。
注意，根據(jù)下面將討論的測定的EGR率和目標(biāo)引導(dǎo)時(shí)間之間的標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)性，進(jìn)氣工質(zhì)中測量的氧氣濃度當(dāng)時(shí)可用來調(diào)整引導(dǎo)燃料時(shí)間。
當(dāng)使用一種EGR系統(tǒng)時(shí)，在瞬間或各氣缸之間，進(jìn)氣工質(zhì)的性能會(huì)發(fā)生變化。使用本主題發(fā)明和下面討論的對進(jìn)氣工質(zhì)性能的閉環(huán)控制，可計(jì)及這些變化帶來的影響。
參考圖3，本發(fā)明說明下述情況，即，對于曲線152來說，RIT保持常數(shù)，同時(shí)進(jìn)氣工質(zhì)性能得以改變以包括程度提高的EGR，由此得到曲線150。
圖3中曲線154說明與導(dǎo)致HRR曲線152的循環(huán)相同的進(jìn)氣工質(zhì)性能，除了程度高的EGR(質(zhì)量濃度50％)是通過調(diào)整RIT而進(jìn)行的補(bǔ)償。降低RIT以使HRR與原始曲線150類似。通過例子和上述內(nèi)容，進(jìn)氣工質(zhì)中程度為50％的EGR得到支持。
允許高EGR程度所需的RIT強(qiáng)度提供了作用于排放和性能的機(jī)制。如圖3所示，通過降低RIT調(diào)整EGR將導(dǎo)致HRR近似于沒有EGR的HRR，從而有助于阻止有害排放的產(chǎn)生(或不必要的性能降低)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本方法包括對EGR程度進(jìn)行的調(diào)整，從而控制性能限制，并滿足所討論發(fā)動(dòng)機(jī)需求的排放要求。
參考圖4可知，引導(dǎo)時(shí)間的改變降低了高EGR程度時(shí)常見的排放代價(jià)。即，在高EGR程度下，當(dāng)引導(dǎo)燃料時(shí)間延遲(減少RIT)時(shí)，CO和PM濃度降低。曲線200和202都被減小至較低的PM和CO濃度，如曲線204和206所示。通過實(shí)例，圖3和圖4所示的50％EGR導(dǎo)致低NOx，程度而且較少的PM和CO。這里，RIT減少到負(fù)數(shù)。即，當(dāng)引導(dǎo)燃料的引入晚于主氣態(tài)燃料的噴射時(shí)，能發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢。在EGR程度高時(shí)，這一負(fù)RIT是優(yōu)選的。在給出的實(shí)例中，大概-0.4ms的RIT(適于大概1200RPM的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速)是適合于在高EGR程度下降低非氮氧化物的排放。
注意，當(dāng)引導(dǎo)燃料在上止點(diǎn)附近噴射時(shí)，點(diǎn)火(SOC)趨向于由噴射時(shí)間來規(guī)定。即，當(dāng)足夠的引導(dǎo)燃料在上止點(diǎn)壓縮附近噴射時(shí)，工質(zhì)溫度的升高一般足以引起在引導(dǎo)噴射的開始和SOC之間的短而且可預(yù)言的點(diǎn)火遲滯(根據(jù)進(jìn)氣工質(zhì)的變化，如EGR程度等)。因此，考慮到主燃料時(shí)間，引導(dǎo)燃料時(shí)間通常與SOC緊密相關(guān)。即，主燃料時(shí)間和引導(dǎo)燃料時(shí)間相對壓縮沖程完成附近上止點(diǎn)的移動(dòng)對SOC提供了一種有效杠桿。最后，當(dāng)相對于主燃料時(shí)間或其他設(shè)置引導(dǎo)時(shí)間的時(shí)候，需要關(guān)注SOC。重要的是，控制SOC從而確保所希望的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。然而，由于在尋求高EGR程度的情況下RIT是一種控制排放的有效杠桿，所以引導(dǎo)燃料時(shí)間和主燃料時(shí)間的相對移動(dòng)可有效地控制SOC。同樣地，當(dāng)不完全獨(dú)立時(shí)，可利用各杠桿來保持發(fā)動(dòng)機(jī)處于性能和排放的運(yùn)行參數(shù)范圍內(nèi)。事實(shí)上，因此，由于SOC也需要控制，所以隨著使用所公開的方法改變EGR，也可能對于RIT和引導(dǎo)燃料與主燃料的結(jié)合時(shí)間二者進(jìn)行調(diào)整。
利用引導(dǎo)燃料時(shí)間以允許高程度的EGR可有效地調(diào)整能量的釋放，從而將發(fā)動(dòng)機(jī)載荷和轉(zhuǎn)速需求適配在可接受的性能范圍，同時(shí)產(chǎn)生可接受的排放。當(dāng)試探到EGR程度增加時(shí)，主燃料的燃燒率減慢。因此，通過接近或在引導(dǎo)燃料的點(diǎn)火之后允許主燃料填充燃燒室，減少的PITT和負(fù)PIT有助于加速燃燒，由此允許主燃料的預(yù)混燃燒(而不是擴(kuò)散燃燒)。
事實(shí)上，發(fā)動(dòng)機(jī)趨向于按照校準(zhǔn)圖運(yùn)行，該圖將目標(biāo)EGR程度與PIT相關(guān)聯(lián)(或過渡到高EGR濃度時(shí)在前一時(shí)間基礎(chǔ)上的PIT調(diào)整-無論如何兩者都要考慮引導(dǎo)時(shí)間)。選定的PIT將被校正以提供可接受的排放組分(profile)-即通常為可接受濃度的NOx、HC、CO和PM。本方法要求對EGR系統(tǒng)進(jìn)行控制。參考圖2，閥門54和EGR冷卻器64可用來控制進(jìn)氣工質(zhì)中EGR濃度，其在將通過管60引入的空氣與通過管58引進(jìn)的廢氣混合后通過管61供給。在這種情況下，目標(biāo)EGR濃度，轉(zhuǎn)化成進(jìn)氣工質(zhì)中氧氣濃度，能夠部分地被冷卻器64、66和閥門54控制。
可選擇地，閉環(huán)控制將被合并，其中進(jìn)氣工質(zhì)中氧氣水平或EGR中CO2濃度(EGR濃度的指標(biāo))二者連同排放程度一起被監(jiān)測，其中引導(dǎo)燃料時(shí)間和EGR程度被調(diào)整以提供可接受的排放組分，平衡低NOx的排放要求和可接受的關(guān)于HC、CO和PM的排放代價(jià)。這些值將依據(jù)監(jiān)測的氧氣濃度、CO2濃度或其他EGR濃度指標(biāo)的度量值從而為給定速度和載荷提供RIT。
在EGR濃度可發(fā)生變化的情況下，同樣可利用閉環(huán)控制來有效地控制不同氣缸的噴嘴。各氣缸進(jìn)氣工質(zhì)中氧氣濃度(或氧氣濃度的指標(biāo)值)可被監(jiān)測。通過使測量的氧氣濃度(或?qū)?yīng)于氧氣濃度的指示值)與適合于所得的EGR濃度(所得氧氣濃度)的RIT值相關(guān)聯(lián)，各氣缸間的變化能被調(diào)整，。
同樣，在目標(biāo)進(jìn)氣工質(zhì)組分比較易于控制和預(yù)測的情況下，閉環(huán)控制可包括根據(jù)該組分測量和調(diào)整引導(dǎo)燃料時(shí)間，這在使用EGR策略的發(fā)動(dòng)機(jī)中是典型的。
同樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解可使用開環(huán)和閉環(huán)控制的結(jié)合。
為了這項(xiàng)應(yīng)用的目的，對EGR濃度所作的引用是對質(zhì)量濃度的引用。即，進(jìn)氣工質(zhì)中30％EGR濃度指進(jìn)氣工質(zhì)質(zhì)量中30％是再循環(huán)的廢氣。
如上面所討論，EGR可通過從排氣管輸送廢氣到進(jìn)氣管而形成，如圖2所示。然而，“內(nèi)部EGR”可在下述情況下使用，即排氣閥門關(guān)閉得早從而增加了進(jìn)氣沖程開始時(shí)燃燒室中剩余廢氣的量。這里，不可使用提供測量進(jìn)氣工質(zhì)中氧氣濃度的傳感器開環(huán)控制，但是可考慮其他提供EGR濃度指示值的其他閉環(huán)技術(shù)，所以該值能與(可能制成圖表的)引導(dǎo)燃料RIT值相關(guān)聯(lián)(通過實(shí)例考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的速度和載荷)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到需注意所提到的時(shí)間是指令時(shí)間。
典型的引導(dǎo)燃料包括柴油和其他高十六烷值燃料，其在燃燒室10條件下更易于自動(dòng)點(diǎn)燃。
氣態(tài)燃料包括天然氣、甲烷、氫氣、乙烷、丙烷、諸如液化石油氣的丙烷混合物、諸如天然氣和氫氣混合物的氣態(tài)燃料混合物等等。
RIT中的變化包括對包括RIT變化的引導(dǎo)時(shí)間變化進(jìn)行的指代。
雖然上下文中討論的上述實(shí)施例是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，但是實(shí)施例也適合二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)或旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)。任何對進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、作功沖程和排氣沖程的指代都包括旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)(進(jìn)氣事件(event)、壓縮事件、作功事件和排氣事件)和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。
雖然本發(fā)明的詳細(xì)零件、實(shí)施例和應(yīng)用都已經(jīng)示出和描述，但是應(yīng)該理解本發(fā)明不局限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，尤其是根據(jù)前述教導(dǎo)，進(jìn)行改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種操作氣態(tài)燃料直噴內(nèi)燃機(jī)的方法，所述方法包括a.為所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)載荷；b.在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述循環(huán)中i.將進(jìn)氣工質(zhì)導(dǎo)入所述燃燒室，所述進(jìn)氣工質(zhì)具有廢氣再循環(huán)(EGR)濃度，ii.在所述發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮沖程中在所述燃燒室內(nèi)壓縮所述進(jìn)氣工質(zhì)，iii.在主燃料時(shí)間將氣態(tài)燃料直接噴射入所述燃燒室，iv.在相對于所述主燃燒時(shí)間的引導(dǎo)燃料時(shí)間直接將一些引導(dǎo)燃料噴射入所述燃燒室，所述主燃料時(shí)間參考所述EGR濃度、所述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和所述發(fā)動(dòng)機(jī)載荷的指示器而選定，所述引導(dǎo)燃料能夠當(dāng)活塞位于或接近所述燃燒室內(nèi)上止點(diǎn)時(shí)、在第一噴射曲柄角自動(dòng)點(diǎn)燃，所述燃燒室由所述活塞部分地限定，v.燃燒所述氣態(tài)燃料和所述引導(dǎo)燃料，通過所述引導(dǎo)燃料的燃燒點(diǎn)燃所述氣態(tài)燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述指示器包括所述進(jìn)氣工質(zhì)中的氧氣濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述指示器包括所述進(jìn)氣工質(zhì)中二氧化碳濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述指示器包括指定的EGR濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述指示器包括通過EGR管的廢氣流，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括EGR管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述指示器包括所述發(fā)動(dòng)機(jī)先前最接近循環(huán)的排氣閥門時(shí)間和發(fā)動(dòng)機(jī)載荷中的至少一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述主燃料噴射先于所述引導(dǎo)燃料噴射。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述廢氣濃度高于30％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述廢氣濃度在30％和50％之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣態(tài)燃料包括至少下列燃料之一a.天然氣，b.甲烷，c.丙烷，d.液化石油氣，e.氫氣，f.乙烷，g.自然界混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣態(tài)燃料是混合物，包括甲烷、丙烷和氫氣中的至少兩種。
12.一種能夠使用廢氣再循環(huán)EGR的氣態(tài)燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括a.控制器，b.由活塞限定的燃燒室，c.進(jìn)氣管，用來將進(jìn)氣工質(zhì)引進(jìn)所述燃燒室，d.主燃料噴嘴，用來在氣態(tài)燃料時(shí)間將氣態(tài)燃料引入所述燃燒室，所述氣態(tài)燃料時(shí)間是當(dāng)所述活塞接近所述發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮沖程完成、位于或接近上止點(diǎn)時(shí)。e.引導(dǎo)燃料噴嘴，用來在引導(dǎo)燃料時(shí)間將自動(dòng)可燃引導(dǎo)燃料引入所述燃燒室，所述引導(dǎo)燃料噴嘴能夠調(diào)整所述引導(dǎo)燃料時(shí)間，所述引導(dǎo)燃料時(shí)間是當(dāng)所述活塞接近所述發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮沖程完成、位于或接近上止點(diǎn)時(shí)。f.至少一種傳感器，用來在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)過程中監(jiān)測指示所述進(jìn)氣工質(zhì)中的EGR濃度的信號(hào)，所述至少一個(gè)傳感器與所述控制器通信，所述控制器與所述引導(dǎo)燃料噴嘴通信并且能夠響應(yīng)于所述信號(hào)調(diào)整所述引導(dǎo)燃料時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高程度EGR的操作氣態(tài)燃料直噴式內(nèi)燃機(jī)相對于主燃油噴射時(shí)間調(diào)整引導(dǎo)燃料噴射時(shí)間的方法和設(shè)備。一套確定發(fā)動(dòng)機(jī)載荷和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和進(jìn)氣工質(zhì)中的EGR濃度指示器被監(jiān)控。然后根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)調(diào)整相對于主燃油噴射時(shí)間的引導(dǎo)燃料噴射時(shí)間。通過減少引導(dǎo)燃料與主燃油噴射時(shí)間相比的相對噴射時(shí)間，與通常在高EGR中出現(xiàn)的其他排放相比，所示的高程度EGR所付出的其他排放的代價(jià)相對受到限制。
文檔編號(hào)F02B1/06GK1871414SQ200480031143
公開日2006年11月29日 申請日期2004年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者桑迪普·芒什, 戈登·麥克塔格特-考恩, 肯達(dá)爾·布希, 史蒂文·羅加克 申請人:韋斯特波特研究公司, 英屬哥倫比亞大學(xué)