[发明专利]具有可变空燃比的双燃料发动机

说明书

技术领域

本发明总体上涉及基于两种不同燃料运行并且能够利用不同空燃比以不同模式运行的内燃发动机的设计和控制。

背景技术

内燃发动机是基于如下原理运行的：即，点燃气缸内的空气和汽油(或其他燃料)的混合物，以在气缸内引起燃烧，其中，通过使用气缸内的对曲轴进行驱动的活塞，由此释放的能量被转换成机械能。内燃发动机通常为自然吸气式的，意思是空气在大气压力下被抽吸到发动机内。由于空气燃料混合物在发动机的气缸内燃烧，所以气缸中产生不同类型的不需要的有毒且污染的气体，并且这些气体流动通过排气系统到通常被称为催化转化器的装置。

催化转化器包括某些物质和催化剂，以使所述物质与有毒污染的废气之间发生化学反应，将这些有害气体转化成危害较小的排放物。一些有害气体包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物或挥发性有机化合物和氮氧化物(称为NO_x排放物)。为了有效使用催化转化器，期望的是，空气燃料混合物保持处于所使用的燃料的化学计量空燃比。即，对于由化学计量空燃比产生的废气，催化转化器最好设计成将这些类型的有害废气转化成危害较小的排放物。对于理想燃烧，用于在发动机的腔室中燃烧的空气和燃料的量会使得在燃烧后腔室中没有剩余残余的氧气或燃料，该特定的空燃比被称为化学计量空燃比。化学计量空燃比取决于所使用的燃料的类型，例如，对于汽油来说，化学计量空燃比为14.7lbs的空气对1lb的汽油。通常用化学计量空燃比来表示发动机的实际空燃比，符号λ(兰姆达)通常用于表示实际空燃比与化学计量空燃比之间的比值。对λ的数学表达式因而为：

基于上面λ的定义，内燃发动机理想地设计成在λ＝1下运行，意思是将发动机气缸中的空燃比保持为化学计量空燃比或者保持成相对接近化学计量空燃比，以实现通过催化转化器的有害气体的降低达到最大程度。

发明内容

本发明提供一种用于对双燃料内燃发动机进行控制的装置、系统和方法以及一种用于对发动机进行改装以将发动机转换成双燃料发动机的平台套件，在双燃料发动机中，燃料中的一种可以为非碳基燃料。

根据本发明，用于对双燃料发动机进行控制的装置，该装置包括：处理器，该处理器联接于发动机；空气泵，该空气泵联接于发动机和处理器，并且所述空气泵通过处理器控制以向发动机提供空气，其中，所述处理器还对发动机燃料引入装置进行控制，以利用主燃料在容许的λ值下避免禁止的λ值优选地以稀薄模式来操作发动机，并且处理器基于一个或更多个发动机参数值控制燃料引入装置以将适量的主燃料和副燃料喷射到发动机内，以在容许的λ值下优选地以稀薄模式来操作发动机，以及避免在禁止的λ值下进行操作，其中，λ为实际空燃比与化学计量空燃比之比。

另外，根据本发明的用于对双燃料发动机进行操作的方法包括：借助于处理器利用主燃料在容许的λ值下对发动机进行控制，其中，λ为实际空燃比与化学计量空燃比之比；以及借助于处理器响应于利用主燃料和副燃料的混合物在对于λ的容许值下操作所述发动机，而同时避免λ的禁止的值的发动机参数，将适量的所述副燃料和所述主燃料喷射到所述发动机内。

根据本发明的用于对双燃料发动机进行控制的系统包括：处理器；以及空气泵，该空气泵通过处理器控制以向发动机提供空气，并且处理器对发动机燃料引入装置进行控制，以基于主燃料来操作发动机，其中，处理器能够基于发动机的一个或更多个参数值对发动机燃料引入装置进一步控制，以将适量的副燃料喷射到发动机内，以达到容许的空燃比以及避免禁止的空燃比。

根据本发明，用于对发动机进行改装以将发动机转换成双燃料发动机的跨平台套件，在双燃料发动机，燃料中的一种可以为非碳基燃料，该套件包括处理器、空气泵和燃料引入组件，其中，处理器、空气泵和燃料引入组件安装在发动机上，使得处理器对空气泵和燃料引入组件进行控制，以操作发动机。

显然，装置包括联接于发动机且彼此联接的处理器和空气泵，由此处理器能够对空气泵和发动机的燃料引入装置进行控制。通过处理器对空气泵、发动机的燃料引入装置和发动机参数进行控制，以在发动机的操作期间满足发动机的动力需求，达到容许的空燃比以及避免禁止的空燃比。空燃比用λ来表示。