雙燃料共軌瞬變壓力控制及使用其的發(fā)動(dòng)的制造方法
【專利摘要】公開一種雙燃料共軌瞬變壓力控制及使用其的發(fā)動(dòng)機(jī)。具體地，壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)從共軌燃料噴射器加燃料，共軌燃料噴射器主要噴射天然氣燃料，天然氣燃料通過液體柴油燃料的少量先導(dǎo)噴射壓燃。在快速負(fù)載損失瞬變之前和之后，基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載控制液體軌壓力和氣體軌壓力朝向相應(yīng)壓力。在瞬變過程中，相對(duì)于氣體軌壓力控制液體軌壓力，以便在瞬變過程中保持液體軌壓力大于氣體壓力，以避免氣體燃料移入系統(tǒng)的液體燃料側(cè)。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明整體涉及雙燃料壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)，更具體地，涉及一種在負(fù)載損失瞬變過程中 的共軌壓力控制策略。 雙燃料共軌瞬變壓力控制及使用其的發(fā)動(dòng)機(jī)

【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣逐漸成為用于為內(nèi)燃機(jī)加燃料的有吸引力的替代。在一個(gè)具體例子中，壓 燃發(fā)動(dòng)機(jī)主要利用直接噴射到每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的源自氣體燃料共軌的天然氣和來自液 體燃料共軌的液體柴油燃料加燃料。兩種燃料從同一燃料噴射器噴射，并且通過壓燃液體 柴油燃料的少量先導(dǎo)噴射來點(diǎn)燃相對(duì)大充量的氣體燃料。當(dāng)兩種燃料從單個(gè)燃料噴射器噴 射時(shí)，存在氣體燃料移入液體側(cè)的可能性，反之亦然，這會(huì)導(dǎo)致對(duì)燃料系統(tǒng)的適當(dāng)操作的不 利影響。共有的美國(guó)專利申請(qǐng)公開No. 2012/0285417示出這種雙燃料系統(tǒng)的例子。在典型 的操作過程中，液體燃料壓力保持大于氣體燃料壓力，以抑制氣體燃料移入燃料系統(tǒng)的液 體燃料側(cè)。液體燃料共軌中的壓力能夠由于液體燃料的相對(duì)不可壓縮性而快速變化。但是， 改變氣體燃料共軌中的壓力由于氣體燃料的高度可壓縮特性而大不相同。在保持抑制氣體 燃料移入燃料系統(tǒng)的液體燃料側(cè)的壓差的同時(shí)，在負(fù)載損失瞬變過程中減小氣體燃料共軌 中的壓力而不將大量氣體通至大氣是困難的。
[0003] 本發(fā)明指向上述問題中的一個(gè)或多個(gè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] -方面，一種操作發(fā)動(dòng)機(jī)的方法包括將氣體燃料和液體燃料分別從燃料噴射器的 氣體噴嘴出口組和液體噴嘴出口組直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中。噴射的液體燃料被壓燃以便 又點(diǎn)燃?xì)怏w燃料。通過保持液體軌壓力大于氣體軌壓力來抑制在燃料噴射器內(nèi)氣體燃料移 入液體燃料。遷移抑制步驟包括在瞬變之前和之后執(zhí)行第一軌壓力控制算法，并且在瞬變 過程中執(zhí)行第二軌壓力控制算法。瞬變是通過從第一速度和負(fù)載的高燃料需求狀態(tài)變化為 第二速度和負(fù)載的低燃料需求狀態(tài)開始的。
[0005] 另一方面，一種發(fā)動(dòng)機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，發(fā)動(dòng)機(jī)殼體限定多個(gè)氣缸，多個(gè)對(duì)應(yīng)的活 塞在多個(gè)氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)以限定大于14:1的壓縮比。氣體燃料共軌和液體燃料共軌流體 地連接到多個(gè)燃料噴射器中的每個(gè)，每個(gè)燃料噴射器包括定位用于直接噴射到氣缸之一中 的氣體噴嘴出口組和液體噴嘴出口組。用于抑制在燃料噴射器內(nèi)氣體燃料移入液體燃料的 機(jī)構(gòu)包括電子控制器，電子控制器能夠在瞬變之前和之后執(zhí)行第一軌壓力控制算法以保持 液體軌壓力大于氣體軌壓力，并且在瞬變過程中執(zhí)行第二軌壓力控制算法以保持液體軌壓 力大于氣體軌壓力。瞬變包括從第一速度和負(fù)載的高燃料需求狀態(tài)變化為第二速度和負(fù)載 的低燃料需求狀態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；
[0007] 圖2是圖1中所示發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的立體圖；
[0008] 圖3是經(jīng)過圖2中所示發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的剖視立體圖；
[0009] 圖4是用于向單獨(dú)的燃料噴射器供給氣體燃料和液體燃料的同心套筒組件的側(cè) 剖視圖；
[0010] 圖5是用于圖2-5的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射器的前剖視圖；
[0011] 圖6是圖5的燃料噴射器的控制部分的放大剖視圖；
[0012] 圖7是在快速負(fù)載損失瞬變事件之前、過程中和之后的液體軌壓力和氣體軌壓力 與時(shí)間的曲線圖；以及
[0013] 圖8是示出在瞬變之前和之后使用的第一軌壓力控制算法和在瞬變過程中使用 的第二軌壓力控制算法的邏輯流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 最初參照?qǐng)D1-4,雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)20包括限定多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸22的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體21。 雖然在圖1中不可見，發(fā)動(dòng)機(jī)20可以以本領(lǐng)域熟知的方式支撐在機(jī)器主體上?；钊?3在每 個(gè)氣缸22中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以限定大于14:1的壓縮比，這通常與適合于壓燃噴射的液體柴油燃 料的壓縮比相關(guān)聯(lián)。在圖示的實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)20包括二十個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸22。但是，本 領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，具有任意數(shù)量的氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)也落入本發(fā)明的指定范圍內(nèi)。雙燃料 共軌系統(tǒng)29確切地包括定位用于直接噴射到多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸22的每個(gè)中的一個(gè)燃料噴射 器30。雙燃料共軌系統(tǒng)29包括分別流體地連接到每個(gè)燃料噴射器30的氣體燃料入口 101 和液體燃料入口 102的氣體燃料共軌40和液體燃料共軌41。雙燃料共軌系統(tǒng)29包括氣體 供給和壓力控制裝置43,其將氣體燃料供給到氣體燃料共軌40并控制氣體燃料共軌40中 的壓力。氣體供給和壓力控制裝置43可以包括加壓低溫液化天然氣罐31，其出口流體地連 接到可變輸送低溫泵36,并且還可以包括換熱器32、貯存器33、氣體過濾器34和控制氣體 燃料共軌40中的氣體燃料的壓力的燃料調(diào)節(jié)模塊35。液體供給和壓力控制裝置44可以包 括柴油燃料罐37、燃料過濾器38和向液體燃料共軌41供給液體燃料并且控制液體燃料共 軌41中的壓力的電子控制的高壓燃料泵39。截止閥45可以定位成使氣體燃料共軌40與 氣體燃料供給和壓力控制裝置43的供給部分（S卩，貯存器33和低溫泵36)隔離。電子控制 器50可以與截止閥45、液體供給和壓力控制裝置44、氣體供給和壓力控制裝置43以及每 個(gè)燃料噴射器30控制通信。壓力傳感器47和48可以分別將液體和氣體燃料壓力通信至 電子控制器50。
[0015] 雖然不是必須的，氣體燃料共軌40和液體燃料供給41可以由與液體燃料管線52 和氣體燃料管線53串聯(lián)相連的多個(gè)菊鏈塊51組成。可以利用包括定位在外部套筒56內(nèi) 的內(nèi)部套筒55的同軸套筒組件54將液體燃料和氣體燃料供給到單獨(dú)的燃料噴射器30。液 體燃料通過內(nèi)部套筒55供給到燃料噴射器30,并且氣體燃料在內(nèi)部套筒55和外部套筒54 之間的空間中供給到燃料噴射器30。每個(gè)塊51可以利用負(fù)載調(diào)節(jié)夾具57來推同軸套筒組 件54,使得內(nèi)部套筒55和外部套筒56落座在每個(gè)燃料噴射器30的共同的錐形座27上。
[0016] 另外參照?qǐng)D5和6,圖示用在發(fā)動(dòng)機(jī)20中的示例性燃料噴射器30。燃料噴射器30 包括噴射器主體100,其限定均通過共同的錐形座27 (圖4)打開的用于氣體燃料的氣體燃 料入口 101和用于液體燃料的液體燃料入口 102。氣體燃料入口 101經(jīng)由在圖5的剖視圖 中不可見的通道流體地連接到布置在噴射器主體100內(nèi)的氣體噴嘴室114。類似地，液體燃 料入口 102經(jīng)由在圖5的剖視圖中不可見的通道流體地連接到液體噴嘴室115。在所示實(shí) 施方式中，液體噴嘴室115通過與氣體單向閥構(gòu)件110相關(guān)聯(lián)的單向引導(dǎo)區(qū)域118而與氣 體噴嘴室114分離。雖然存在其他位置，諸如同軸套筒54接觸噴射器主體100的共同的錐 形座27的位置，在單向引導(dǎo)區(qū)域118中存在的引導(dǎo)間隙中可能出現(xiàn)一種燃料移入另一種燃 料。如在【背景技術(shù)】中討論的，通過保持液體燃料共軌41中的液體燃料壓力高于氣體燃料共 軌40中的壓力，能夠抑制來自氣體噴嘴室114的氣體燃料移入液體噴嘴室115。例如，在額 定條件下，液體燃料軌41可能保持在大約40MPa，而氣體燃料共軌可能保持在大約35MPa。 怠速時(shí)，相應(yīng)的液體軌壓力和氣體軌壓力可能分別保持在25和20MPa。該壓差可以抑制氣 體燃料移入液體燃料，但可以允許少量液體燃料沿著引導(dǎo)區(qū)域118從液體噴嘴室115移到 氣體噴嘴室114。該少量泄漏對(duì)于潤(rùn)滑與氣體單向閥構(gòu)件110相關(guān)聯(lián)的單向引導(dǎo)區(qū)域118 和座108可能是有益的。
[0017] 噴射器主體100限定氣體噴嘴出口組103、液體噴嘴出口組104和排放出口 105。 第一控制室106和第二控制室107布置在噴射器主體100內(nèi)。氣體單向閥構(gòu)件110具有暴 露于第一控制室106中的流體壓力的閉合液壓表面112。氣體單向閥構(gòu)件110可以在如圖 所示與第一噴嘴座108接觸以使氣體燃料入口 101與氣體噴嘴出口組103流體地阻隔的閉 合位置和不與第一噴嘴座108接觸以將氣體燃料入口 101流體地連接至氣體噴嘴出口組 103的打開位置之間運(yùn)動(dòng)。第一控制室106可以部分地由第一套管111限定。
[0018] 液體單向閥構(gòu)件120具有暴露于第二控制室107中的流體壓力的閉合液壓表面 121。液體單向閥構(gòu)件120可以在如圖所示與第二噴嘴座113接觸以使液體燃料入口 102 與液體噴嘴出口組104流體地阻隔的閉合位置和不與第二噴嘴座113接觸以將液體燃料入 口 102流體地連接至液體噴嘴出口組104的打開位置之間運(yùn)動(dòng)。第二控制室107可以部分 地由第二套管122限定。因此，通過氣體單向閥構(gòu)件110的運(yùn)動(dòng)有利于氣體燃料經(jīng)過氣體 噴嘴出口組103的噴射，同時(shí)通過液體單向閥構(gòu)件120的運(yùn)動(dòng)有利于液體燃料經(jīng)過液體噴 嘴出口組104的噴射。
[0019] 第一控制閥構(gòu)件130定位在噴射器主體100中，并且可以沿著共同的中心線125 在第一控制室106與排放出口 105被流體地阻隔的與第一閥座150接觸的第一位置和第一 控制室106流體地連接到排放出口 105的第二位置之間運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)谝豢刂剖?06流體地連 接到排放出口 105時(shí)，第一控制室106中的壓力下降，釋放閉合液壓表面112上的壓力以允 許氣體單向閥構(gòu)件110提升，以利于氣體燃料經(jīng)過氣體噴嘴出口組103的噴射。第二控制 閥構(gòu)件135定位在噴射器主體100中，并且可以沿著共同的中心線125在第二控制室107 與排放出口 105被流體地阻隔的與第二閥座155接觸的第一位置和第二控制室107流體地 連接至排放出口 105的第二位置之間運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)诙刂剖?07流體地連接到排放出口 105 時(shí)，作用在閉合液壓表面121上的流體壓力被釋放以允許液體單向閥構(gòu)件120提升至打開 位置，以利于液體柴油燃料經(jīng)過液體噴嘴出口組104的噴射。
[0020] 在圖示的實(shí)施方式中，第一控制閥構(gòu)件130和第二控制閥構(gòu)件135通過共同的中 心線125相交。對(duì)應(yīng)的控制閥構(gòu)件130U35可以通過分別包括第一線圈147和第二線圈 148的第一電子致動(dòng)器和第二電子致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)到它們的相應(yīng)第一位置和第二位置之一?？?制閥構(gòu)件130U35可以通過共享的偏置彈簧146被偏置到它們的相應(yīng)第一位置。第一電樞 141可以附接到與第一控制閥構(gòu)件130接觸的推動(dòng)器145。第二電樞142可以被可操作地 聯(lián)接以借助于推動(dòng)器143使第二控制閥構(gòu)件135運(yùn)動(dòng)。共享的定子144容納第一線圈147 和第二線圈148并且使第一電樞141與第二電樞142分離。
[0021] 在圖示的實(shí)施方式中，第一控制室106可以總是經(jīng)由F孔口 160和Z孔口 161流體 地連接到液體燃料入口 102中的高壓。對(duì)應(yīng)的F孔口 160和Z孔口 161的上游端可以經(jīng)由 在剖視圖中不可見的通道流體地連接到液體燃料入口 102。第一控制室106經(jīng)由所謂的A 孔口 163流體地連接到控制通道133。因此，當(dāng)?shù)谝豢刂崎y構(gòu)件130提升離開第一閥座150 時(shí)，第二燃料入口 102通過彼此流體地平行的Z-A徑路116和F徑路117變?yōu)榱黧w地連接 到排出出口 105。
[0022] 第二控制室107可以總是經(jīng)由F孔口 170和Z孔口 171流體地連接到液體燃料入 口 102中的高壓。對(duì)應(yīng)的F孔口 170和Z孔口 171的上游端可以經(jīng)由在剖視圖中不可見的 通道流體地連接到液體燃料入口 102。第二控制室107經(jīng)由所謂的A孔口 173流體地連接 到控制通道134。因此，當(dāng)?shù)诙刂崎y構(gòu)件135運(yùn)動(dòng)離開第二閥座155時(shí)，第二燃料入口 102 通過彼此流體地平行的Z-A徑路126和F徑路127變?yōu)榱黧w地連接到排出出口 105。
[0023] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，圖示的實(shí)施方式利用液體柴油燃料來控制氣體單向閥構(gòu) 件110和液體單向閥構(gòu)件120的運(yùn)動(dòng)，以利于分別控制氣體燃料噴射事件和液體柴油燃料 噴射事件。
[0024] 除包括用于在各種速度和負(fù)載下以雙燃料模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)20的各種控制算法的 電子控制器50之外，本發(fā)明還教導(dǎo)裝備具有用于抑制在燃料噴射器30內(nèi)氣體燃料移入液 體燃料的機(jī)構(gòu)的電子控制器。該機(jī)構(gòu)包括被構(gòu)造成執(zhí)行第一軌壓力控制算法以在瞬變之前 和之后保持液體軌壓力大于氣體軌壓力并且執(zhí)行第二軌壓力控制算法以在瞬變過程中保 持液體軌壓力大于氣體軌壓力的電子控制器50。雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解存在許多不同 的發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變，根據(jù)本發(fā)明的瞬變包括從第一速度和負(fù)載的高燃料需求狀態(tài)變化至第二速 度和負(fù)載的低燃料需求狀態(tài)。
[0025] 在一個(gè)具體例子中，根據(jù)本發(fā)明的瞬變可能包括從液體軌壓力和氣體軌壓力分別 被控制朝向40MPa和35MPa的額定發(fā)動(dòng)機(jī)條件轉(zhuǎn)變至對(duì)應(yīng)的液體燃料壓力和氣體燃料壓 力被控制為25和20MPa的空載條件。這些相應(yīng)的目標(biāo)壓力可以是總的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的一部 分并且以現(xiàn)有技術(shù)中熟知的方式基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載存儲(chǔ)在電子控制器50可用的查找 表中。一般而言，液體燃料共軌41或氣體燃料共軌40中的壓力通常要求噴射事件，以便減 小壓力。液體燃料的幾乎不可壓縮特性使得即使僅利用小體積的噴射燃料也能快速降低壓 力。但是，氣體燃料的可壓縮特性對(duì)于類似的壓降可能要求顯著更大體積的燃料噴射。
[0026] 第一軌壓力控制算法可以被構(gòu)造成在瞬變之前基于第一發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載控制 液體軌壓力朝向第一預(yù)定目標(biāo)壓力，并且控制氣體軌壓力朝向低于第一預(yù)定目標(biāo)壓力的第 一氣體壓力。第一軌壓力控制算法還被構(gòu)造成在瞬變之后基于第二發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載控制 液體軌壓力朝向第二預(yù)定目標(biāo)壓力，并且控制氣體軌壓力朝向低于第二預(yù)定目標(biāo)壓力的第 二氣體壓力。第二軌壓力控制算法被構(gòu)造成在瞬變過程中控制液體軌壓力朝向等于氣體軌 壓力加偏置壓力的瞬變目標(biāo)壓力，并且控制氣體軌壓力朝向第二氣體壓力。
[0027] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，降低液體軌壓力或氣體軌壓力可以包括減小或暫時(shí)停止 分別從液體供給和壓力控制裝置44和氣體供給和壓力控制裝置43的輸出。在一些情況中， 根據(jù)所選擇的硬件，低溫泵以及可能的貯存器33可以響應(yīng)于氣體燃料共軌40的暫時(shí)停止 再供給而減緩。因此，本發(fā)明還可能教導(dǎo)被構(gòu)造成在瞬變過程中關(guān)閉截止閥45的第二壓力 控制算法。這種策略能夠快速地停止氣體燃料到氣體燃料共軌40的再供給，允許更快速的 壓力減小。截止閥45可以接近瞬變結(jié)束而再打開。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明可以采用的另一種策略將是在瞬變過程中在不到所有的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸 中噴射燃料。換句話說，氣缸關(guān)斷策略能夠?qū)е略诮o定的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中成比例的更多燃料 被配給氣體燃料而非液體燃料，假設(shè)在幾乎所有發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件下以最小的可控液體噴射 量或接近最小的可控液體噴射量進(jìn)行噴射是期望的。如果利用氣缸關(guān)斷策略，電子控制器 50將可能循環(huán)經(jīng)過啟用和停用氣缸22的不同組。第二壓力控制算法被優(yōu)選地構(gòu)造成在作 為用于減小壓力的策略的一部分的瞬變過程中避免來自氣體燃料共軌的氣體通至大氣。但 是，在本發(fā)明的較不優(yōu)選的型式中，第二壓力控制算法可能包括通至大氣的一些氣體，而不 背離本發(fā)明。
[0029] 現(xiàn)在參照?qǐng)D7,在有和沒有本發(fā)明的壓力控制教導(dǎo)的情況下，在瞬變之前、過程中 和之后，相應(yīng)的氣體軌壓力和液體軌壓力與時(shí)間的關(guān)系被標(biāo)繪。點(diǎn)線示出利用已知的典型 軌壓力控制技術(shù)，液體軌壓力能夠快速地降至新的低目標(biāo)壓力。但是，粗實(shí)線示出利用傳統(tǒng) 控制策略并且截止閥45打開或不包括截止閥45,氣體軌壓力響應(yīng)于期望的壓降較慢。這些 壓力描繪能夠?qū)е轮丿B區(qū)域83,在該重疊區(qū)域83的過程中，氣體軌壓力在瞬變過程中簡(jiǎn)單 地超過液體軌壓力，可能導(dǎo)致在燃料噴射器30內(nèi)氣體燃料經(jīng)過單向引導(dǎo)區(qū)域118不期望地 移入液體燃料。如之前討論的，在預(yù)瞬變期間80過程中，并且在后瞬變時(shí)間82過程中，相 應(yīng)的氣體軌壓力和液體軌壓力基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載被控制為預(yù)定目標(biāo)壓力。在瞬變81 過程中，液體軌壓力（細(xì)實(shí)線）可以通過驅(qū)動(dòng)液體軌壓力朝向等于瞬時(shí)氣體軌壓力加在瞬變 81過程中的ΛΡ的壓力而被相對(duì)于氣體軌壓力控制，以避免出現(xiàn)重疊區(qū)域83。粗虛線示出 截止閥45的閉合能夠潛在地加速根據(jù)本發(fā)明的瞬變事件81的持續(xù)時(shí)間，但不是必需的。
[0030] 工業(yè)實(shí)用性
[0031] 本發(fā)明廣泛地應(yīng)用于利用兩種不同流體的共軌以將氣體燃料和液體燃料輸送至 與每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸相關(guān)聯(lián)的單個(gè)燃料噴射器的任何發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明可特別地應(yīng)用于作為瞬 變壓力控制策略的一部分的用于控制共軌中的壓力的策略。最后，本發(fā)明涉及在瞬變過程 中的液體軌壓力控制策略，其對(duì)使天然氣通至大氣以便轉(zhuǎn)換經(jīng)過快速負(fù)載損失瞬變的需求 的依賴減小并且可能消除。
[0032] 氣體燃料通過相應(yīng)的同軸套筒組件54從氣體燃料共軌40供給至多個(gè)燃料噴射器 30中的每個(gè)。類似地，來自液體燃料共軌41的液體燃料通過同一相應(yīng)的同軸套筒組件54 供給至多個(gè)燃料噴射器30中的每個(gè)。當(dāng)在操作中時(shí)，氣體燃料響應(yīng)于從電子控制器50通信 至燃料噴射器30的氣體燃料噴射信號(hào)從每個(gè)燃料噴射器30噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸22中。特 別地，氣體燃料噴射事件通過激勵(lì)上部電致動(dòng)器(上部線圈147)以使電樞141和第一控制 閥構(gòu)件130向下運(yùn)動(dòng)以與第一閥座150脫離接觸而開始。這將控制室106流體地連接至排 出出口 105,以減小作用在閉合液壓表面112上的壓力。接著，氣體燃料單向閥構(gòu)件110提 升至與第一噴嘴座108脫離接觸，以開始從氣體噴嘴出口組103噴出氣體燃料。噴射事件 通過對(duì)上部電致動(dòng)器去激勵(lì)以允許電樞141和控制閥構(gòu)件130在彈簧146的作用下向上運(yùn) 動(dòng)回到接觸以閉合第一閥座150而結(jié)束。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，控制室106中作用在閉合液壓表面 112上的壓力突然上升，以向下推氣體單向閥構(gòu)件110回到與座108接觸，以結(jié)束氣體燃料 噴射事件。
[0033] 同樣，來自燃料噴射器30的液體燃料響應(yīng)于來自電子控制器50的液體燃料噴射 信號(hào)從同一燃料噴射器30直接噴入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸22。特別地，液體燃料噴射事件通過激勵(lì)下 部線圈148以使電樞142向上沿著共同的中心線125運(yùn)動(dòng)而開始。這導(dǎo)致推動(dòng)器143使第 二控制閥構(gòu)件135運(yùn)動(dòng)以與第二閥座155脫離接觸。這又釋放控制室107中的壓力，允許 液體單向閥構(gòu)件120提升至與第二噴嘴座113脫離接觸，以開始從液體噴嘴出口組104離 開的液體燃料噴射事件。為了結(jié)束液體噴射事件，下部電致動(dòng)器(下部線圈148)被去激勵(lì)。 當(dāng)這完成時(shí)，共享的偏置彈簧146推動(dòng)電樞142和第二控制閥構(gòu)件135向上回到與第二閥 座155接觸，以閉合控制室107和排出出口 105之間的流體連接。當(dāng)這完成時(shí)，作用在閉合 液壓表面121上的壓力快速地上升，導(dǎo)致液體單向閥構(gòu)件120向下運(yùn)動(dòng)回到與第二噴嘴座 113接觸，以結(jié)束液體燃料噴射事件。液體噴射事件和天然氣噴射事件通過將相應(yīng)的控制室 107、106經(jīng)過流體地平行的對(duì)應(yīng)F孔口 160、170和Z孔口 161、171流體地連接至液體燃料 共軌22而結(jié)束。
[0034] 由于其高壓縮比(大于14:1)，噴射的液體燃料將在相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸22中的每 個(gè)中壓燃。噴射的氣體燃料響應(yīng)于液體燃料的壓燃在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的相應(yīng)的一個(gè)中點(diǎn)燃。
[0035] 本發(fā)明還教導(dǎo)較高的氣體燃料與液體燃料之比可以通過利用氣體燃料和液體燃 料在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中在不到所有的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸22中噴射的氣缸關(guān)斷策略而在給定發(fā)動(dòng)機(jī)循 環(huán)中噴射。如果可能僅一半的氣缸被啟用，那么成比例的更多的氣體燃料可以被噴射并燃 燒。如果利用該選擇，電子控制器50可以針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中熟知的原因在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中 循環(huán)經(jīng)過啟用和停用氣缸22的不同組合。
[0036] 現(xiàn)在參照?qǐng)D8,根據(jù)本發(fā)明的示例性流程圖包括第一軌壓力控制算法60和第二軌 壓力控制算法70。該邏輯在橢圓形框61處開始，并且進(jìn)行到框62,在該處，基于發(fā)動(dòng)機(jī)速 度和負(fù)載確定目標(biāo)液體軌壓力（TLRP)。在框63處，液體軌壓力被控制朝向目標(biāo)液體軌壓 力。這可以通過利用壓力傳感器47感測(cè)液體燃料共軌41中的壓力并且將該信息通信至電 子控制器50而以傳統(tǒng)的方式完成。接著，電子控制器50可以利用閉環(huán)控制算法來調(diào)節(jié)來 自高壓泵39的輸出，以驅(qū)動(dòng)液體軌壓力朝向目標(biāo)液體軌壓力。在框64處，目標(biāo)氣體軌壓力 被確定為比目標(biāo)軌壓力低一些ΛΡ，其可以在可能5MPa的數(shù)量級(jí)。接下來，在框65處，氣體 軌壓力被控制朝向目標(biāo)氣體軌壓力。該步驟可以基于通過感測(cè)氣體燃料共軌40中的壓力 的壓力傳感器48通信至電子控制器50的壓力信息來執(zhí)行。換句話說，氣體軌壓力也可以 利用通過電子控制器50執(zhí)行的適當(dāng)算法以閉環(huán)方式被控制，或者可以至少部分機(jī)械地簡(jiǎn) 單響應(yīng)于液體燃料共軌41中的壓力來控制。在框66處，電子控制器50生成液體噴射控制 信號(hào)和氣體噴射控制信號(hào)，以將液體燃料和氣體燃料噴射到每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸22中。在詢問 67處，該邏輯確定快速負(fù)載損失瞬變是否已經(jīng)開始。例如，如果發(fā)動(dòng)機(jī)20在大型采礦卡車 中被用于推進(jìn)，那么以滿負(fù)載到達(dá)山頂可以通過發(fā)動(dòng)機(jī)從高燃料需求第一速度和負(fù)載變化 為低燃料需求第二速度和負(fù)載而導(dǎo)致快速負(fù)載損失瞬變事件。如果查詢67答復(fù)為否定，那 么邏輯回環(huán)至框62并且繼續(xù)根據(jù)第一壓力控制算法60控制液體燃料共軌41和氣體燃料 共軌40中的液體軌壓力和氣體軌壓力。
[0037] 如果詢問67為肯定，指示快速負(fù)載損失瞬變，那么邏輯行進(jìn)到框71以執(zhí)行根據(jù)本 發(fā)明的第二軌壓力控制算法70。在框71處，基于新的較低發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載確定目標(biāo)液體 軌壓力。接下來，在框72處，通過從目標(biāo)液體軌壓力減去壓差ΛΡ (例如，5MPa)來確定目 標(biāo)氣體軌壓力。接下來，在框73處，氣體軌壓力被控制朝向目標(biāo)氣體軌壓力。該步驟可以 或不可以包括關(guān)閉截止閥45,并且可以包括氣缸關(guān)斷策略以將更多的燃料噴射從液體燃料 配給氣體燃料，以便滿足新的較低發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載加燃料需求。在任何事件中，該步驟主 要包括在瞬變81 (圖7)過程中盡可能多地噴射氣體燃料，以便從氣體燃料共軌移除氣體， 同時(shí)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的加燃料需求，以驅(qū)動(dòng)氣體軌壓力朝向新的較低目標(biāo)氣體軌壓力。在框74 處，液體軌壓力被控制朝向氣體軌壓力加 ΛΡ(例如，5MPa)。該步驟認(rèn)識(shí)到液體軌壓力可能 無法像液體系統(tǒng)起反作用一樣快地基于新的較低發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載朝向新的目標(biāo)液體軌 壓力降低。替代地，步驟74保持液體軌壓力比通過壓力傳感器48通信至電子控制器50的 瞬時(shí)氣體軌壓力大一些偏置壓力△ P。在框75處，電子控制器50將液體噴射控制信號(hào)和氣 體噴射控制信號(hào)通信至燃料噴射器30,以噴射液體燃料和氣體燃料。如之前所述，該步驟 可以包括氣缸關(guān)斷策略，但可能將引起在啟用氣缸中噴射最小的可控液體噴射，其中，最小 的可控噴射量與那時(shí)的液體軌壓力相關(guān)。在極限情況中，貯存的最小液體燃料噴射量可以 幾乎或完全滿足瞬時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)加燃料需求，引起在瞬變81過程中在一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán) 中僅液體燃料被暫時(shí)噴射。在詢問76處，邏輯詢問當(dāng)前氣體軌壓力是否接近新的較低目標(biāo) 氣體軌壓力。如果否，邏輯回環(huán)至框71并且繼續(xù)指示瞬變81尚未完成的第二軌壓力控制 算法70的執(zhí)行。如果詢問76答復(fù)為肯定，瞬變81接近完成并且現(xiàn)在可以向上回環(huán)到框62 并且開始執(zhí)行指示瞬變現(xiàn)在結(jié)束的第一軌壓力控制算法60。換句話說，并且參照?qǐng)D7,系統(tǒng) 現(xiàn)在已到達(dá)后瞬變階段82。
[0038] 由于液體軌壓力在瞬變81過程中是相對(duì)于氣體軌壓力控制的，液體軌壓力能夠 保持大于氣體軌壓力，甚至面對(duì)在瞬變81過程中通過發(fā)動(dòng)機(jī)20的不確定加燃料需求。該 策略應(yīng)當(dāng)避免如圖7中所示的重疊區(qū)域83的情況，在該處，氣體軌壓力可以簡(jiǎn)單地超過液 體軌壓力，導(dǎo)致在單獨(dú)的燃料噴射器30內(nèi)氣體燃料可能移入液體燃料。另外，通過在快速 負(fù)載損失瞬變過程中利用分離的第二軌壓力控制邏輯，雙燃料共軌系統(tǒng)29能夠在瞬變之 前、過程中和之后響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)20的加燃料要求，而不需要任何氣體燃料從氣體燃料共軌 40通至大氣，以便實(shí)現(xiàn)其中的壓力的降低。不過，本發(fā)明認(rèn)識(shí)到，很少的情況會(huì)要求氣體燃 料一些通至大氣，以便實(shí)現(xiàn)氣體燃料共軌中的壓降，并且天然氣通至大氣被本發(fā)明的范圍 包含，但是用于實(shí)現(xiàn)氣體燃料共軌40中的壓降的至少可期望的策略。
[0039] 應(yīng)當(dāng)理解，上述說明僅意欲示意目的，并且不意欲以任何方式限制本發(fā)明的范圍。 因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，通過研讀附圖、說明書和權(quán)利要求書能夠獲得本發(fā)明的其它 方面。
【權(quán)利要求】
1. 一種操作發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括以下步驟： 將氣體燃料和液體燃料分別從燃料噴射器的氣體噴嘴出口組和液體噴嘴出口組直接 噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中； 使噴射的液體燃料壓燃以點(diǎn)燃?xì)怏w燃料； 通過保持液體軌壓力大于氣體軌壓力來抑制在燃料噴射器內(nèi)氣體燃料移入液體燃 料； 所述抑制步驟包括在瞬變之前和之后執(zhí)行第一軌壓力控制算法，并且在瞬變過程中執(zhí) 行第二軌壓力控制算法； 通過從第一速度和負(fù)載的高燃料需求狀態(tài)變化為第二速度和負(fù)載的低燃料需求狀態(tài) 來開始瞬變。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一軌壓力控制算法的執(zhí)行包括： 在瞬變之前，基于第一發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載控制液體軌壓力朝向第一預(yù)定目標(biāo)壓力，并 且控制氣體軌壓力朝向低于第一預(yù)定壓力的第一氣體壓力；以及 在瞬變之后，基于第二發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載控制液體軌壓力朝向第二預(yù)定目標(biāo)壓力，并 且控制氣體軌壓力朝向低于第二預(yù)定壓力的第二氣體壓力；并且 第二軌壓力控制算法的執(zhí)行包括： 在瞬變過程中，控制液體軌壓力朝向等于氣體軌壓力加偏置壓力的瞬變目標(biāo)壓力，并 且控制氣體軌壓力朝向第二氣體壓力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在瞬變過程中關(guān)閉流體地定位在氣體燃料軌和氣 體燃料供給系統(tǒng)之間的截止閥的步驟。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在瞬變過程中在至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中將氣體燃 料和液體燃料噴射至不到所有的多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的步驟， 其中，第一軌壓力控制算法的執(zhí)行包括： 在瞬變之前，基于第一發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載控制液體軌壓力朝向第一預(yù)定目標(biāo)壓力，并 且控制氣體軌壓力朝向低于第一預(yù)定壓力的第一氣體壓力；以及 在瞬變之后，基于第二發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載控制液體軌壓力朝向第二預(yù)定目標(biāo)壓力，并 且控制氣體軌壓力朝向低于第二預(yù)定壓力的第二氣體壓力；并且 第二軌壓力控制算法的執(zhí)行包括： 在瞬變過程中，控制液體軌壓力朝向等于氣體軌壓力加偏置壓力的瞬變目標(biāo)壓力，并 且控制氣體軌壓力朝向第二氣體壓力。
5. -種發(fā)動(dòng)機(jī)，包括： 發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，其限定多個(gè)氣缸，多個(gè)對(duì)應(yīng)的活塞在所述多個(gè)氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)以限定大 于14:1的壓縮比； 流體地連接到多個(gè)燃料噴射器中的每個(gè)的氣體燃料共軌和液體燃料共軌，每個(gè)燃料噴 射器包括定位用于直接噴射到氣缸之一中的氣體噴嘴出口組和液體噴嘴出口組； 包括電子控制器的機(jī)構(gòu)，電子控制器能夠在瞬變之前和之后執(zhí)行第一軌壓力控制算法 以保持液體軌壓力大于氣體軌壓力，并且在瞬變過程中執(zhí)行第二軌壓力控制算法以保持液 體軌壓力大于氣體軌壓力，用于抑制在燃料噴射器內(nèi)氣體燃料移入液體燃料； 其中，瞬變包括從第一速度和負(fù)載的高燃料需求狀態(tài)變化為第二速度和負(fù)載的低燃料 需求狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，第一軌壓力控制算法能夠在瞬變之前基于第 一發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載控制液體軌壓力朝向第一預(yù)定目標(biāo)壓力，并且控制氣體軌壓力朝向低 于第一預(yù)定目標(biāo)壓力的第一氣體壓力；并且 能夠在瞬變之后基于第二發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載控制液體軌壓力朝向第二預(yù)定目標(biāo)壓力， 并且控制氣體軌壓力朝向低于第二預(yù)定壓力的第二氣體壓力；以及 第二軌壓力控制算法能夠在瞬變過程中控制液體軌壓力朝向等于氣體軌壓力加偏置 壓力的瞬變目標(biāo)壓力，并且控制氣體軌壓力朝向第二氣體壓力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，包括流體地定位在氣體燃料軌和氣體燃料供給系統(tǒng) 之間的截止閥； 其中，第二壓力控制算法能夠在瞬變過程中關(guān)閉截止閥。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，第二壓力控制算法能夠在瞬變過程中在至少 一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中將氣體燃料和液體燃料噴射至不到所有的多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，第二壓力控制算法能夠在瞬變過程中避免氣 體從氣體燃料軌通至大氣。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，第一軌壓力控制算法能夠在瞬變之前基于第 一發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載控制液體軌壓力朝向第一預(yù)定目標(biāo)壓力，并且控制氣體軌壓力朝向低 于第一預(yù)定壓力的第一氣體壓力；并且 能夠在瞬變之后基于第二發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載控制液體軌壓力朝向第二預(yù)定目標(biāo)壓力， 并且控制氣體軌壓力朝向低于第二預(yù)定壓力的第二氣體壓力；以及 第二軌壓力控制算法能夠在瞬變過程中控制液體軌壓力朝向等于氣體軌壓力加偏置 壓力的瞬變目標(biāo)壓力，并且控制氣體軌壓力朝向第二氣體壓力。
【文檔編號(hào)】F02D41/30GK104110314SQ201410158197
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月19日
【發(fā)明者】D·R·科爾德倫, S·T·格蘭特, F·羅姆巴迪, D·R·帕克特 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司