[发明专利]控制终端使用设备中的压力偏差的高压流体控制系统和方法

说明书

公开了一种用于控制两种可变压力流体的输送以维持终端使用设备内两种流体之间的压力偏差的流体控制系统和方法。该系统采用主动控制排放阀，所述主动控制排放阀在优选的实施方式中可以集成到流体控制模块中，并且当所确定的反向压差超过预定的反向压差阈值时，所述主动控制排放阀被致动到开启位置，以降低第一流体供应管线中的流体压力。所公开的系统在第一燃料是气体燃料并且第二燃料是液体燃料的高压直接喷射(HPDI)多燃料发动机系统中特别有用。流体控制系统及其控制方法提供了改进的排放控制，同时使系统部件免受较高背压和流体的交叉污染的影响。

技术领域

本公开内容涉及用于控制可变压力流体的输送以维持终端使用设备中的压力偏差的流体控制系统。更特别地，在内燃发动机系统中，所公开的流体控制系统以被设计成减少气体第一燃料经主动控制气体排放阀的排放的方式并且以相对于液体第二燃料的压力的压力偏差控制气体第一燃料的压力。

背景技术

对提高燃料经济性和减少排放的需求已经导致了在开发高压燃料喷射系统和相关联的替代性燃料供应系统方面的针对性的努力。清洁燃烧燃料正在越来越多地被用来取代更传统的柴油燃料。替代性气体燃料系统输送例如天然气、纯甲烷、丁烷、丙烷、生物气、氢气及其混合物。然而，比这些示例更宽泛地，在本公开内容中，“气体燃料”被定义为在大气压和室温下处于气相的任何可燃燃料。因为气体燃料在与诸如柴油燃料之类的液体燃料一样低的温度下通常不会自燃，所以可以将少量液体燃料引入燃烧室中以自燃气体燃料以及触发气体燃料的点燃。然而，开发采用两种或更多种不同燃料的系统具有一些独特的挑战，包括为这样的系统的所有部件找到物理空间，所述部件可以包括例如用于每个发动机汽缸的两个或更多个燃料喷射阀、两个或更多个高压燃料轨、用于带走从液压致动燃料喷射阀的控制室中排出的燃料的一个或多个排放轨、以及用于将燃料供应到发动机的两个或更多个燃料供应系统。为了解决空间挑战，已经开发了这样的系统，其利用单个喷射器将两种燃料以喷射时足以克服燃烧室内的压力的足够高的压力彼此分开地并且独立地输送到发动机燃烧室中，如Touchette等人的美国专利第6,073,862号和Lennox等人的美国专利第7,373,931号中所公开的，上述两篇专利均通过参引并入本文。

这种方法的挑战之一是使供给到发动机系统的两种或更多种燃料的燃料供给压力一致且均匀以便实现可靠的发动机性能和排放控制。当一种或多种燃料处于气体形式而不是液体形式时，控制到发动机系统的燃料的供应压力的能力变得更具挑战性，并且相比以液体形式输送燃料所需的流体处理和控制系统而言，需要更严格的流体处理和控制系统。另一个挑战是当向发动机系统输送两种或更多种燃料时保持不同的燃料分离。此外，当一种或多种燃料处于气体形式而不是液体形式时甚至更具挑战性，诸如当在与采用液体引燃燃料的相同的喷射器内采用气体主燃料时就是如此。出于许多原因，不希望气体燃料泄漏到液体燃料供应管线中，原因包括其可以导致发动机的喷射故障和/或点火问题，以及导致未燃烧的碳氢化合物排放量的增加。

通过将气体燃料压力维持在预定的较液体引燃燃料压力更低的压力下，可以防止气体燃料泄漏到液体燃料的喷射器腔和通道中。这种压力差被称为偏差压力，此偏差可以通过使用液体引燃燃料压力作为参考压力的压力调节器来维持。替代地，可以基于所需的气体燃料压力校准发动机系统，并且随后可以控制液体引燃燃料压力以维持比气体燃料压力更高的压力。在这两种替代方案中，压力调节器与系统流体供应部中的至少一者相关联，以维持两种流体之间的压力偏差，进而防止第一流体泄漏到第二流体中。