[发明专利]用于减少气体燃料发动机中的气门沉陷的方法

说明书

背景技术

内燃发动机(诸如车辆推进系统中的内燃发动机)在整个操作中连续地暴露在高温下。在燃烧期间产生的大量的热被排气吸收并且在整个排气系统中传输。在高负荷操作期间发动机汽缸的排气门暴露于最高温下。这些温度可以影响发动机内的金属气门和气门座的结构完整性。经过一定时间，减少的结构完整性和来自气门打开和关闭的反复的碰撞可以引起气门或气门座的变软和扭曲。连续的磨损可能使气门座沉陷到发动机内并且远离该气门。气门座沉陷(recession)可以导致发动机过热，降低燃料效率、增加排放物和气门衰退。

由于许多原因在天然气(NG)发动机中气门座沉陷增加。天然气具有比汽油更高的比热并且因此在更高的温度燃烧。天然气还具有比汽油发动机明显更小的氢碳比。因此，NG发动机产生很少的碳烟以提供热隔离和润滑。以峰值操作时，浓混合气/富燃运行的汽油发动机可以以高达40％浓混合气操作以减轻气门过热。比较而言，NG发动机在峰值状况下以大约10％的混合气操作。稀混合气运行的NG发动机也不能利用提前火花正时降低在高负荷状况期间的发动机温度。为了这些理由，防止气门沉陷的传统的汽油发动机方法对于NG发动机具有减弱的效果。因此，本发明人研发另外的措施，以增加NG发动机的隔热和润滑作用，从而减少气门沉陷。

发明内容

本文的发明人发现，添加剂可以在操作期间被喷射到NG发动机中，以产生增加的润滑和热保护。发明人还发现，通过响应于发动机气门温度而喷射添加剂，气门保护可以被增加，而没有过度减少NG发动机的增加的效率和减少的排放物。

已知施加于诸如铝或钢的铁类金属或非铁类金属的磷酸锌涂层与诸如硬脂酸钠和硬质酸钾的某些硬脂酸盐化合物相互作用，以在该涂层的晶格内形成硬脂酸锌。这种反应在该金属的表面上形成紧密结合的润滑剂和保护涂层。发明人发现，通过用磷酸锌涂覆金属气门或气门座，并且周期性地将该气门暴露于硬脂酸盐溶液中，可以在该气门的表面上形成润滑和保护涂层。这种涂层既用作气门的物理屏障又用作气门的热屏障，因此减轻气门沉陷现象。

在另一个实施例中，发明人发现，通过在燃烧之前将碳氢化合物/烃添加剂喷射到发动机中，可以增加碳烟生成物。但是，NG发动机的优点是通过减少产生的颗粒物物质(碳烟)部分地导致的清洁排放。因此，通过响应于发动机或气门温度而喷射一定质量的添加剂，可以在有利的工况期间形成保护性碳烟，并且当不期望增加气门保护时结束添加剂喷射。

在另一个实施例中，提供一种用于操作发动机的方法。该方法包括：将第一量的气体燃料喷射到发动机；将第二量的溶液喷射到发动机中；该溶液包括基于期望的碳烟量而被调节的可变量的添加剂。

在另一个实施例中，用于操作发动机的该方法还包括将添加剂喷射到稀释剂中，形成溶液，并且将该溶液喷射到发动机中。

在另一个实施例中，用于操作发动机的该方法还包括，响应于添加剂的质量超过携带能力阈值，增加该溶液中稀释剂的量。

在另一个实施例中，用于操作发动机的该方法还包括确定作为期望的AFR、发动机温度和发动机爆震指示的函数的溶液中的稀释剂的量。

在另一个实施例中，将第二量的溶液喷射到发动机中包括将该溶液直接喷射到该发动机的一个或多个汽缸中。

在另一个实施例中，用于操作发动机的该方法还包括通过增加发动机汽缸内的芳烃含量增加在燃烧期间产生的碳烟。

在另一个实施例中，一种用于操作天然气发动机的方法包括作为期望的碳烟的质量的函数，将一定质量的添加剂喷射到发动机中。

在另一个实施例中，该方法还包括响应于温度超过上阈值而增加期望的碳烟的质量，和响应于该温度下降到低于下阈值而减少期望的碳烟的质量。

在另一个实施例中，该方法还包括将天然气供给到发动机以与添加剂混合并燃烧。

应当明白，提供上面的发明内容是为了以简化的形式引入选择的构思，这种构思在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键的或必要的特征，要求保护的主题的范围由随附的权利要求唯一地限定。而且，要求保护的主题不限于解决上面指出的或在本公开的任何部分指出的任何缺点的实现方式。

附图说明

图1示出发动机系统的示例性实施例。

图2示意地示出发动机和添加剂供给系统的示例性实施例。

图3至图6示出用于发动机和添加剂供给系统的示例性的操作程序。

具体实施方式