內(nèi)燃機的多燃料系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】內(nèi)燃機的多燃料系統(tǒng)
[0001]相關申請
[0002]本申請要求2013年6月27日提交的美國臨時申請?zhí)?1/840，129的權益。
技術領域
[0003]本發(fā)明通常涉及內(nèi)燃機的燃料系統(tǒng)，尤其涉及使用柴油和天然氣兩種燃料的內(nèi)燃機的多燃料系統(tǒng)。
【背景技術】
[0004]經(jīng)估計，目前在美國的道路上有三億車輛。每天，普通美國人花將近1小時來開車。另外，在美國運輸?shù)呢浳锏拇蠹s百分之七十由商用車輛運送。顯然，汽車是美國日常生活中不可或缺的一部分。對世界上大多數(shù)國家同樣如此。世界對汽車的依賴形成對驅動這些汽車的燃料源的相似依賴。如今路上的大多數(shù)車輛使用汽油或柴油燃料作為燃料。大多數(shù)商用車輛使用柴油燃料作為燃料。
[0005]對化石燃料的依賴帶來大量問題。柴油燃料價格每天波動，但在燃料定價上有明確的上升趨勢。沒有任何跡象表明這些燃料價格將在可預見的未來下降。在以汽油為燃料以及柴油為燃料的內(nèi)燃機的操作中固有的空氣污染問題是眾所周知的。這些空氣污染物包括一氧化碳、二氧化氮、顆粒物、臭氧、二氧化硫以及鉛。所有這些污染物都是人類的各種健康問題以及環(huán)境中的臭氧消耗及酸雨的已知根源。許多人推測，空氣污染正引起全球逐漸地且不可逆地變暖。
[0006]出于這些原因，當前在用各種排放控制裝置，且依據(jù)聯(lián)邦法規(guī)，這些排放控制裝置可能是必須的，以減少內(nèi)燃機在大氣中排出的污染物量。這些排放控制裝置響應由環(huán)境保護局(Environmental Protect1n Agency ；EPA)制定的各種空氣質量標準，包括清潔空氣法。各州也有其自己的環(huán)境保護法規(guī)及實施方法。加州空氣資源委員會(California’ sAir Resources Board ;CARB)是全國最嚴格的污染監(jiān)管機構。由CARB制定的排放標準比聯(lián)邦EPA要求嚴格，尤其是關于變?yōu)闊熿F的碳氫化合物及氮氧化物排放。目前，16個其它州已采用或正在采用加州的嚴格排放標準。
[0007]不過，排放控制裝置僅去除污染物的部分，且隨著時間推移容易劣化。另外，它們常常阻止發(fā)動機以峰值效率操作。此類排放控制裝置也在某種程度上受限于其去除污染物的能力，并顯著增加汽車的成本。
[0008]吹漏氣的排出或燃燒也增加排放。在以柴油為動力的發(fā)動機中，使用機油(oil)潤滑曲軸和連桿軸承。曲軸箱主要由空氣和機油填充。進氣歧管自獨立的源頭接收并混合燃料和空氣。進氣歧管中的燃料/空氣混和物被吸入燃燒室中，在燃燒室中，該燃料/空氣混和物由火花塞點燃，或者因活塞軸的運動引起的燃燒室中的壓縮導致。盡管活塞汽缸內(nèi)圍繞活塞的外徑設置的活塞環(huán)意圖將注入燃燒室中的未燃燒及已燃燒的燃料和空氣與曲軸箱密封隔離，但該些活塞環(huán)無法完全密封活塞汽缸。因此，廢氣進入曲軸箱，該廢氣通常被稱為“吹漏氣(blow-by gas)”。
[0009]吹漏氣主要由污染物例如碳氫化合物(未燃燒燃料)、二氧化碳和/或水蒸氣組成，所有這些污染物都對發(fā)動機曲軸箱有害。將吹漏氣限制在曲軸箱中會使污染物凝結并隨著時間推移逐漸累積于發(fā)動機曲軸箱中。凝結后的污染物在曲軸箱的內(nèi)部形成腐蝕性酸和油泥。這降低曲軸箱中的發(fā)動機機油潤滑汽缸及曲軸的能力。無法正常潤滑曲軸組件的劣化機油可能成為增加發(fā)動機中的磨損以及降低發(fā)動機性能的一個因素。
[0010]業(yè)界已開發(fā)了曲軸箱通風系統(tǒng)來將吹漏氣排出曲軸箱強制通風(positivecrankcase ventilat1n ；PCV)閥門并進入進氣歧管以再燃燒。不過，自曲軸箱移除的此類吹漏氣常常包含較高含量的潤滑機油及類似物，該潤滑機油及類似物被引入進氣歧管并因此進入燃燒室中，從而增加車輛所產(chǎn)生的污染。
[0011]在柴油發(fā)動機中這些問題尤其嚴重，因為柴油發(fā)動機燃燒比汽油更油更重的柴油燃料。因此，由柴油發(fā)動機的曲軸箱產(chǎn)生的吹漏氣比汽油吹漏氣更油更重。當然，此類柴油吹漏氣的燃燒弓I起更大的污染擔憂。
[0012]近來，美國國內(nèi)已發(fā)現(xiàn)大量的天然氣來源。有時，天然氣也被用作內(nèi)燃機的燃料。在沒有復雜的排放控制裝置的情況下，天然氣能夠產(chǎn)生更少的燃燒污染物并降低發(fā)動機操作成本。預計天然氣的使用將降低世界化石燃料消耗的速率。
[0013]由于當前的運輸基礎設施不包括針對車輛的大量分散的天然氣零售供應商，因此由于范圍限制，生產(chǎn)僅使用氣體燃料如天然氣的車輛是不切實際的。相反，為車輛提供液體燃料例如柴油燃料的供給以及氣體燃料例如天然氣的輔助供給更切合實際。
[0014]因此，一直需要一種系統(tǒng)，其不僅能夠燃燒柴油燃料，而且能夠燃燒與天然氣組合的柴油燃料，以降低柴油燃燒發(fā)動機的排放。還需要此類系統(tǒng)在對現(xiàn)有的燃料進氣系統(tǒng)及配置作盡可能少的改造的情況下這樣做，以降低系統(tǒng)的復雜度及成本并且也使現(xiàn)有的柴油發(fā)動機得以改造。另外，需要此類系統(tǒng)過濾柴油發(fā)動機曲軸箱的吹漏氣，以在曲軸箱內(nèi)保持潔凈的且經(jīng)過濾的潤滑機油，同時降低被引入燃燒室中的吹漏氣的環(huán)境影響。本發(fā)明實現(xiàn)了這些需求并提供其它相關優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明涉及多燃料發(fā)動機系統(tǒng)。該多燃料發(fā)動機系統(tǒng)開始于具有通過第一供應管道與燃燒室流體連接的柴油箱的柴油發(fā)動機。該柴油發(fā)動機可包括燃料噴射器導軌以及延伸至該燃燒室中的燃料噴射器，在這種情況下，該第一供應管道經(jīng)由該燃料噴射器導軌及燃料噴射器與該燃燒室流體連接。該燃料噴射器響應如下所述的微控制器。
[0016]較佳地，該發(fā)動機具有與該發(fā)動機中的任意數(shù)目的多個活塞對應的多個燃燒室。在具有多個活塞及燃燒室的情況下，該發(fā)動機也可包括自該燃料噴射器導軌延伸至各燃燒室中的多個燃料噴射器。
[0017]該系統(tǒng)還具有通過第二供應管道與該燃燒室流體連接的天然氣箱。在存在該燃料噴射器導軌及燃料噴射器的情況下，該第二供應管道也可穿過該燃料噴射器導軌及燃料噴射器。較佳地，該天然氣箱由抗穿刺材料或碳纖維制成。較佳地，該天然氣箱及該第二供應管道被加壓。
[0018]該系統(tǒng)還具有與該第一及第二供應管道串聯(lián)(in-line)設置的混合室，其中，該混合室混合來自該柴油箱的柴油燃料與來自該天然氣箱的天然氣，以在該燃燒室前形成多燃料混合物。微控制器與監(jiān)控該柴油發(fā)動機的操作特性的傳感器耦接，尤其是，操作特性為發(fā)動機溫度、電池充電、發(fā)動機轉速、加速度、排放特征或PCV閥門位置。
[0019]該混合室響應該微控制器以選擇性調(diào)節(jié)該多燃料混合物的形成。較佳地，該混合室通過膨脹、充氣、加壓、加熱或冷卻來處理該多燃料混合物，所執(zhí)行的該處理響應來自該微控制器的信號。另外，響應來自該微控制器的信號，該混合室較佳地在從純柴油至1:1比例的范圍內(nèi)混合該柴油燃料與該天然氣。
[0020]較佳地，該系統(tǒng)包括吹漏氣系統(tǒng)，該吹漏氣系統(tǒng)包括與自該柴油發(fā)動機的曲軸箱延伸至該混合室的再循環(huán)管道串聯(lián)設置的PCV閥門。該吹漏氣系統(tǒng)還包括位于該