帶背壓控制的雙燃料發(fā)動機系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種雙燃料發(fā)動機系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種帶背壓控制的雙燃料發(fā)動機系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機燃燒燃料和空氣的混合物以連同熱排氣流一起產(chǎn)生機械動力輸出。增壓發(fā)動機包括被驅(qū)動以壓縮進入發(fā)動機的燃燒空氣的一個或多個壓縮機。通過迫使壓縮空氣進入至發(fā)動機中，可用于燃燒的空氣變得比在其它方面可通過發(fā)動機活塞的運動吸入發(fā)動機內(nèi)的空氣多。所述增加的空氣供給允許燃料供給的相應(yīng)增加，從而帶來增加的動力輸出。增壓發(fā)動機通常產(chǎn)生比不帶增壓的相同發(fā)動機更多的動力。
[0003]發(fā)動機可以采用不同方式進行增壓。例如，發(fā)動機可為經(jīng)渦輪增壓的，其中渦輪通過由發(fā)動機產(chǎn)生的熱排氣驅(qū)動并且機械地連接成驅(qū)動壓縮機。在另一示例中，壓縮機可與發(fā)動機的曲軸機械地連接并由發(fā)動機直接驅(qū)動。當(dāng)壓縮機與發(fā)動機的曲軸機械地連接時，發(fā)動機被稱為是經(jīng)機械增壓的(supercharged)。在一些情形中，發(fā)動機可既經(jīng)渦輪增壓又經(jīng)機械增壓。
[0004]壓縮機可以向發(fā)動機供給過多的空氣。例如，在低發(fā)動機負荷下，壓縮機實際上會供給足以過度冷卻發(fā)動機并由此降低燃燒效率和/或增加排氣排放的空氣。此外，當(dāng)發(fā)動機在低負荷設(shè)定下被供給氣態(tài)燃料時，該過量的空氣會使燃燒熄滅。
[0005]在1992年I月14日頒布的McCandless等人的美國專利5,079,921( “’921專利”)中公開了一種解決這些問題的嘗試。具體地，’921專利公開了一種在渦輪增壓器的排氣出口中具有閥的排氣背壓控制系統(tǒng)。該閥由微計算機控制以在發(fā)動機啟動期間關(guān)閉和限制排氣流。通過限制排氣流，發(fā)動機內(nèi)的背壓和摩擦增加，由此引起發(fā)動機以更大的負荷工作(work harder)并且比在其它方面可以實現(xiàn)的暖機更快地暖機。微計算機根據(jù)發(fā)動機冷卻劑溫度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機燃料消耗和實際背壓來使閥移動。
[0006]盡管’921專利的排氣背壓控制系統(tǒng)在一些狀況下可以勝任，但它不適用于雙燃料系統(tǒng)和/或具有混合增壓系統(tǒng)(即，既經(jīng)渦輪增壓又經(jīng)機械增壓的系統(tǒng))的系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的發(fā)動機系統(tǒng)解決了一個或多個上述問題和/或本領(lǐng)域中的其它問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在一方面，本發(fā)明涉及一種發(fā)動機系統(tǒng)。該發(fā)動機系統(tǒng)可包括具有多個氣缸的發(fā)動機，以及與多個氣缸中的每個氣缸相關(guān)聯(lián)且構(gòu)造成噴射液態(tài)燃料和氣態(tài)燃料的至少一個噴射器。該發(fā)動機系統(tǒng)還可包括渦輪增壓器和閥，所述渦輪增壓器由來自多個氣缸的排氣驅(qū)動以對被引入多個氣缸內(nèi)的空氣流加壓，所述閥與渦輪增壓器直列地配置(disposedinline)并且構(gòu)造成選擇性地增大排氣背壓。該發(fā)動機系統(tǒng)還可包括控制器，該控制器構(gòu)造成僅在至少一個噴射器正噴射氣態(tài)燃料時選擇性地引起所述閥朝向限流位置的移動。
[0009]在另一方面，本發(fā)明涉及另一種發(fā)動機系統(tǒng)。該發(fā)動機可包括具有多個氣缸和渦輪增壓器的發(fā)動機。該渦輪增壓器可具有由來自多個氣缸的排氣驅(qū)動的渦輪，和由渦輪或發(fā)動機選擇性地驅(qū)動以對被引入至多個氣缸中的空氣流加壓的壓縮機。該發(fā)動機系統(tǒng)還可包括閥和控制器，所述閥與渦輪直列地配置并且構(gòu)造成選擇性增大排氣背壓，所述控制器構(gòu)造成僅在渦輪增壓器的壓縮機由發(fā)動機驅(qū)動時選擇性地引起所述閥朝向限流位置的移動。
[0010]在又一方面，本發(fā)明涉及一種控制發(fā)動機的方法。該方法可包括使用渦輪或發(fā)動機中的一者選擇性地驅(qū)動壓縮機以壓縮被引入至發(fā)動機中的空氣，并且選擇性地將液態(tài)燃料和氣態(tài)燃料引入至發(fā)動機中。該方法還可包括使空氣和燃料的混合物在發(fā)動機中燃燒以產(chǎn)生動力和被引導(dǎo)經(jīng)過渦輪的排氣流，并確定發(fā)動機的負荷。該方法還可包括僅在氣態(tài)燃料正被噴射至發(fā)動機中以及僅在渦輪增壓器的壓縮機由發(fā)動機驅(qū)動時基于所述負荷而選擇性地增大發(fā)動機的排氣背壓。
【附圖說明】
[0011]圖1是公開的示例性發(fā)動機的示意圖。
【具體實施方式】
[0012]圖1示出了發(fā)動機系統(tǒng)10。出于本發(fā)明的目的，發(fā)動機系統(tǒng)10示出和描述為包括雙燃料發(fā)動機12。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，發(fā)動機12可為構(gòu)造成燃燒液態(tài)燃料(例如，柴油)和氣態(tài)燃料(例如，天然氣(natural gas,NG))的任何類型的雙燃料發(fā)動機，例如二沖程或四沖程發(fā)動機。發(fā)動機系統(tǒng)10可與移動應(yīng)用(例如，列車編組)或靜止應(yīng)用(例如，發(fā)電廠)相關(guān)。當(dāng)與移動應(yīng)用相關(guān)時，設(shè)想發(fā)動機12可與液態(tài)燃料和/或氣態(tài)燃料的供給裝置分開定位，例如位于牽引容納有燃料供給裝置的補給車的機車上。
[0013]發(fā)動機12可包括至少部分地限定多個氣缸16的發(fā)動機缸體14?；钊?未示出)能夠可滑動地配置在各氣缸16內(nèi)以在上死點位置與下死點位置之間往復(fù)運動，并且氣缸蓋(未不出)可與各氣缸16相關(guān)聯(lián)。各氣缸16、活塞和氣缸蓋可共同至少部分地限定燃燒室。在示出的實施例中，僅出于例述的目的，發(fā)動機12包括兩個氣缸16?？稍O(shè)想的是，發(fā)動機12可包括數(shù)目更大或更小的氣缸16并且氣缸16可按需成直列構(gòu)型、對置活塞構(gòu)型、V形構(gòu)型或另一構(gòu)型排列。氣缸16內(nèi)發(fā)生的燃燒可形成驅(qū)動活塞以使曲軸18旋轉(zhuǎn)的機械功輸出。
[0014]發(fā)動機12可配備有將液態(tài)燃料和氣態(tài)燃料分開輸送至氣缸16中的液態(tài)燃料回路20和氣態(tài)燃料回路22。液態(tài)燃料回路20可尤其包括燃料箱24、泵26、共軌28和與各氣缸16相關(guān)聯(lián)的至少一個燃料噴射器30。泵26可箱24吸入液態(tài)燃料，對液態(tài)燃料加壓，并且將經(jīng)加壓的液態(tài)燃料引入至共軌28中以分配至不同的燃料噴射器30。氣態(tài)燃料回路22可類似地包括燃料箱32、調(diào)節(jié)器34和與各氣缸16相關(guān)的至少一個燃料噴射器36。容納于箱32內(nèi)的經(jīng)加壓的氣態(tài)燃料可由調(diào)節(jié)器34選擇性地計量經(jīng)過各噴射器36并進入至氣缸16中。在一些實施例中，可使用共用噴射器(未示出)來噴射液態(tài)燃料和氣態(tài)燃料兩者。在所公開的實施例中，液態(tài)燃料沿軸向噴射至各氣缸16中，而氣態(tài)燃料分開地沿徑向噴射(例如，經(jīng)由位于氣缸16的環(huán)形壁內(nèi)的一個或多個進氣口)。然而設(shè)想的是，兩種燃料流均可按需擇一地沿軸向噴射或兩者都沿徑向噴射。
[0015]可基于發(fā)動機12的運轉(zhuǎn)狀況來協(xié)調(diào)液態(tài)燃料和氣態(tài)燃料的噴射。例如，在啟動時，發(fā)動機12可主要由液態(tài)燃料供給。當(dāng)?shù)拓摵蛇\轉(zhuǎn)(例如，等級設(shè)定(notch setting)為4或以下)時，發(fā)動機12可由液態(tài)燃料和氣態(tài)燃料的混合物供給。而在高發(fā)動機負荷下(例如，等級設(shè)定為6或以上)，發(fā)動機12可主要由氣態(tài)燃料供給。也可采用其它燃料供給策略?？山柚谟烷T桿38手動選擇與發(fā)動機12的燃料供給相關(guān)聯(lián)的等級設(shè)定?？稍O(shè)想的是，也可或替代地基于一個或多個不同的操作參數(shù)(例如，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和/或行駛速度)來自動選擇等級設(shè)定。
[0016]發(fā)動機12還可配備有增壓空氣系統(tǒng)40。增壓空氣系統(tǒng)40可尤其包括渦輪增壓器42和背壓閥44。渦輪增壓器42可包括位于氣缸16的排氣流路徑46內(nèi)的渦輪54，和由渦輪54驅(qū)動以壓縮被引入氣缸16內(nèi)的進氣的壓縮機52。渦輪54可經(jīng)由軸43與壓縮機52機械地連接，并且渦輪54、壓縮機52和軸43可共同位于共用殼體45內(nèi)。在所公開的實施例中，壓縮機52也可由發(fā)動機12通過直接連接選擇性地驅(qū)動。具體地，不管排氣流是否經(jīng)過相關(guān)聯(lián)的渦輪54，壓縮機52都可與曲軸18機械地連接并被驅(qū)動以將空氣壓縮。壓縮機52可通過齒輪系(在圖1中示出)、帶和帶輪構(gòu)型、齒和帶構(gòu)型或本領(lǐng)域中已知的另一構(gòu)型與曲軸18連接。在一些實施例中，離合器機構(gòu)(未示出)可僅在渦輪54在其它方面提供不足以驅(qū)動壓縮機52的推力時的低負荷狀態(tài)期間選擇性地將渦輪增壓器42的壓縮機52與曲軸18連接。背壓閥44可在渦輪54的上游和/或下游位于排氣流路徑46內(nèi)。
[0017]背壓閥44可在第一位置與第二位置之間自動移動。當(dāng)處于第一位置時，背壓閥44可完全打開，并且對經(jīng)過它的排氣流的影響小。當(dāng)處于第二位置時，背壓閥44可減小排氣流路徑46的有效面積，由此形成增大上游排氣壓力的限制?？稍O(shè)想的是，當(dāng)背壓閥44處于第二位置時，一些排氣仍可允許流過背壓閥44。換言之，背壓閥從未完全地阻塞排氣流路徑46。雖然作為蝶型閥44示出，但是還可設(shè)想的是，背壓閥44可為本領(lǐng)域中已知的任何其它類型的閥。致動器(未示出)可與背壓閥44相關(guān)聯(lián)并在通電時引起背壓閥44移動。
[0018]控制器48可構(gòu)造成基于發(fā)動機12的一個或多個運轉(zhuǎn)狀況而選擇性地使致動器通電并引起背壓閥44在第一和第二位置之間的移動?？刂破?8可體現(xiàn)為單個處理器或多個處理器，所述單個處理器或多個處理器包括用于控制發(fā)動機系統(tǒng)10的操作的裝置。許多商售處理器可執(zhí)行控制器48的功能?？刂破?8可包括用于存儲諸如發(fā)動機系統(tǒng)10的運轉(zhuǎn)狀況、設(shè)計極限、性能特性或規(guī)格、操作指令和背壓閥44的相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)的存儲器或與該存儲器相關(guān)聯(lián)。該數(shù)據(jù)可按需以一個或多個查找表的形式存儲在控制器48的存儲器內(nèi)。各種其它已知的電路可與控制器48相關(guān)聯(lián)，包括供電電路、信號調(diào)節(jié)電路、螺旋管驅(qū)動器電路、通信電路和其它適當(dāng)?shù)碾娐?。此外，控制?8能夠經(jīng)由有線或無線傳輸與發(fā)動機10的其它構(gòu)件(例如，發(fā)動機12的燃料回路20和/或22、渦輪增壓器42的離合器、油門桿38、與背壓閥44等)通信。因此，控制器48可與發(fā)動機12連接或替代地配置在遠離發(fā)動機12的位置。
[0019]控制器48可依賴于來自一個或多個傳感器50的信號來確定被用作背壓閥44移動的基礎(chǔ)的發(fā)動機12的運轉(zhuǎn)狀況。這些傳感器50可包括例如環(huán)境氣溫傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、冷卻劑溫度傳感器、排氣溫度、壓力和/或流量傳感器、渦輪增壓器離合器狀態(tài)傳感器等的任何組合。由傳感器50產(chǎn)生的信號可引導(dǎo)至控制器48以進行進一步的處理。可設(shè)想的是，控制器48可按需將這些信號的值直接地與存儲在存儲器中的查找表對照以確定背壓閥44的相應(yīng)的移動，或控制器48可替代地使用所述信號的值來計算其它參數(shù)，然后將所述參數(shù)與查找表對照。例如，控制器48可使用環(huán)境氣溫信號和