[发明专利]将气体燃料递送至内燃发动机的进气系统中的方法和系统

说明书

本文公开了一种用于将气体状态的低温贮存的燃料递送至燃气内燃发动机的进气系统中的方法和系统。所述方法包括：确定所述发动机系统的燃料递送线路中的流率能力，将所述确定的流率能力与所需的流率需求进行比较，以及当所述流率能力等于或高于所述所需的流率需求时，将气体状态的燃料直接从低温贮存容器的蒸汽空间供应至所述燃料递送线路，所述燃料递送线路供应燃料至所述发动机。所述方法进一步包括：致动低温泵，以便当所述确定的流率能力低于所述所需的流率需求时，将燃料从所述低温贮存容器的液体空间递送至所述内燃发动机。

技术领域

本公开涉及用于将低温贮存的燃料递送至燃气内燃发动机的进气系统中的方法和系统。

背景技术

用于被供以气体燃料(如天然气)的内燃发动机的燃料贮存和递送系统是特别适于所公开的方法和系统的应用的一个实例。将天然气用于为车辆发动机供燃已有很多年。供应至天然气驱动车辆的燃料被贮存在液化天然气(LNG)罐或压缩天然气(CNG)缸中。

CNG通常在达3600磅/平方英寸的压力下贮存在环境温度下，而LNG通常在约-240℉与-175℉(约-150℃与-115℃)之间的温度以及15psig与200psig之间的压力下贮存在低温贮存容器中。CNG一直是更为广泛采用的燃料贮存形式，但是与LNG相比，其具有较低能量密度。既然天然气作为用于交通运输的燃料逐渐获得了更为广泛的接受，那么LNG具有较高能量密度的益处对于需要较长的燃料补给时间间隔的车辆是有吸引力的。在上述贮存条件下，LNG提供的能量密度为CNG的能量密度的约四倍。对于天然气发动机增多的需求促使需要研发将天然气贮存为LNG而非CNG的改进型车载燃料供应系统。

被供以天然气的发动机可通过将燃料喷射至发动机的进气歧管中或通过将燃料直接喷射至发动机的燃烧室中来运作。在将燃料喷射至发动机的进气系统中的系统中，所需的燃料供应压力相对较低，例如为约100psig。在将燃料直接喷射至发动机的燃烧室中以及燃料喷射压力需要高于缸内压力的系统中，燃料供应系统必须在较高压力下(例如，在至少3000psig的压力下)将天然气递送至喷射器。

现有技术中描述的LNG低压供燃系统通常包括液体导管，该液体导管经由包括汽化器的供应线路将液体燃料从贮存容器供应至发动机。在约150psi的压力下将燃料贮存在贮存容器中，该约150psi的压力高于达至发动机的燃料递送压力，该燃料递送压力可在70psi至100psi之间。

在这些系统中，将热传递至LNG燃料贮存容器，并且所贮存的液体燃料的一部分可汽化，从而增大容器内的压力。减轻LNG贮存容器内的压力的一种方法是将气体排放至大气中。然而，此方法并不经济，并且可能会带来风险。作为替代方案，用于低压发动机的现有递送系统设置有包括蒸汽导管的节约器(economizer)回路，蒸汽可通过该蒸汽导管从贮存容器中的蒸汽顶部空间被抽出，并且可供应至发动机。在设置有节约器回路的发动机供应系统中，大多数时候，发动机利用从贮存容器中的液体空间供应的LNG燃料运作，并且仅当贮存容器中的压力上升高于由放置在蒸汽导管中的调节器设定的预定极限时，从蒸汽顶部空间吸出蒸汽。此种系统的一个实例在美国专利No.5,421,161中有所描述，该美国专利说明了一种节约器回路，该节约器回路包括用于在液体抽出导管中提供固定背压的装置，以使得当贮存容器中的压力增大到超过预定量时，具有最小阻抗力的路径通过蒸汽导管，并且蒸汽优先地从贮存容器的蒸汽顶部空间抽出，从而更快地降低LNG贮存罐内的压力。

已知的使用LNG贮存容器来将燃料供应至被供以天然气的低压内燃发动机的系统依靠贮存容器中的高饱和压力将燃料推出贮存容器的液体空间并推送至发动机。当将热量从周围环境传递至贮存容器时，LNG的饱和压力增大，并且可足以将燃料推出容器。当发动机在高负载下运作时，贮存容器中的LNG的饱和压力会下降到低于为将燃料推出贮罐所需的水平。在这些情况下，发动机变得燃料匮乏，且运行性能可能会欠佳。在这些情况下，驾驶员不得不停止车辆，并等待贮存容器中的压力增大，直至其可重新起动车辆。