[发明专利]直喷式气体发动机和方法

说明书

技术领域

本发明公开总体上涉及内燃机，尤其是直喷式柴油发动机和直喷式气体发动机的热管理运转模式。

背景技术

有各种不同类型的发动机，其使用不止一种燃料。其中一种已知的是直喷式气体发动机(DIG)，在这种发动机中，当源自柴油引燃的在气缸中的燃烧已经进行时，诸如LPG等的气体燃料在高压下注入到气缸中。DIG发动机依靠气体燃料运转，柴油引燃提供气体燃料的点燃。另一类型的使用不止一种燃料的发动机被称为双燃料发动机，该双燃料发动机使在相对低压的气体燃料，例如天然气，其在相对较低的压力下和准许进入发动机气缸的进入空气混合。双燃料发动机典型地能够利用诸如柴油或汽油的液体燃料以全功率运转。在稳态运转期间，提供气体燃料来替代一定量的液体燃料。在一定运转条件下向气缸提供的空气/气体燃料混合物被压缩，然后类似于汽油发动机，用火花点燃，或者用注入到在气缸中原有的空气/气体燃料混合物中的压燃燃料、例如柴油点燃。

在双燃料发动机中，气体燃料在加压状态下存储在压力罐中，在供给发动机前，气体燃料以气体状态从压力罐中离开。因此，在发动机起动过程中，没有提供气体状态的燃料的问题。尽管如此，在DIG发动机中，气体燃料在低压(诸如大气压)及低温下，以液态存储在液体储存罐中。当离开液体储存罐时，在提供给发动机气缸之前或提供给发动机气缸时，液化的气体燃料需要加热到最终蒸发并达到气体状态。

帮助液化的气体燃料最终蒸发所需的热量通常通过使用来自发动机的热冷却液被提供给经过热交换器或加热器的液化燃料流。以这种方法，当发动机是热的时，使用发动机热量帮助液化的气体燃料最终蒸发。然而，当发动机缸刚开始起动或在寒冷气候下运转时，发动机的冷却系统可能没有足够的热量使液化的气体燃料以足够使发动机以所需的功率输出运转的速度蒸发。因此，没有充足的燃料可以利用来使发动机运转，在某些情况下，加热器和/或气体燃料供给的其他组件会发生冻结。

对于给正在起动的发动机或冷的发动机提供气体状态下的液化的气体燃料，过去建议的一种解决方法包含当发动机中没有充足的热量可以利用时，避免燃料一起加热。相反，将限定量的燃料以气态的加压的状态存储在与发动机很近的蓄能器中。在发动机先前的热运转期间，这些蓄能器被填充气体状态下的气体燃料，并在高压、如200或300bar下存储，直到发动机起动。这种系统的一个缺点是在蓄能器中只有有限的气体燃料从而使发动机在这种模式下的运转只能维持有限的时间，在这段时间里发动机可能有或可能没有足够的加热来提供为了加热足够量的液化的气体燃料而需要的热量。

发明内容

本发明一方面描述了一种直喷式气体发动机系统。该系统包括具有至少一个气缸的发动机、运转以循环冷却液的冷却系统、包括加热器和气体燃料喷射器的气体燃料系统和包含有液体燃料喷射器的液体燃料系统。气体燃料系统的加热器适用于通过从发动机冷却液中汲取发动机热量并将其提供给经过加热器的液化的气体燃料流来加热液化的气体燃料。液化的气体燃料加热到超临界气体状态，喷射器适用于将其直接注入到气缸中。液体燃料喷射器能够将液体燃料直接注入到气缸中。

在一种实施例中，冷却液温度传感器被设置成测量从加热器出来的出口冷却液温度并提供出口冷却液温度信号。控制器被设置成控制气体燃料喷射器和液体燃料喷射器，还被设置成接收和处理出口冷却液温度信号。在运转过程中，当出口冷却液温度信号在阈限温度之上时，控制器在正常发动机运转模式期间命令将正常量的液体燃料和正常量的气体燃料注入到气缸中。当出口冷却液温度信号处于阈限温度或者低于阈限温度时，控制器在发动机热管理模式期间命令将比正常量的液体燃料更多量的液体燃料和比正常量的气体燃料更少量的气体燃料量注入到气缸中，使得减少从发动机冷却液中汲取的发动机热量。

另一方面，本发明描述了一种用于直喷式气体发动机的热管理系统，所述直喷式气体发动机用柴油引燃来点燃直接注入的气体燃料，诸如液化石油或天然气，该气体燃料存储在低温储罐中并且在加热器中加热以便在发动机中使用。在一个实施例中，加热器运转来从发动机冷却液中汲取热量，并将热量提供给气体燃料。热管理系统在与发动机相关联的控制器中运转，并包括柴油燃料系统和气体燃料系统，该柴油燃料系统包括与柴油燃料喷射器流体连通的柴油燃料轨道，该柴油燃料喷射器能够将柴油燃料直接注入到发动机气缸中，该气体燃料系统包括能够使气体燃料直接注入到发动机气缸中的气体燃料喷射器。