高压液体LPG燃料供应和双燃料或混合燃料供应系统的生产和安装方法

摘要

一种高蒸汽压力液体燃料(例如LPG)喷射系统通过采用至少2.5MPa的高压泵来保持燃料在所有的预期运行温度下为液态。所述燃料能通过轴向或者底部供给式喷射器被直接喷入汽缸或者喷入发动机的进气歧管，也能够和低蒸汽压力燃料(例如柴油)混合来进行类似的喷射。混合或者未混合的燃料能在高压下被存储在蓄能器中从而在燃料转换期间帮助维持发动机的运行，以及在发动机重启一段时间后的喷射。同样的喷射器可以被用于喷射任何一种燃料或者它们的混合物。

说明书

发明领域

[0001]本发明涉及一种用于高蒸汽压力燃料，比如LPG的喷射系统，或者 涉及混合燃料的喷射系统以及从一种燃料到另一种的转换系统。

技术领域

[0002]本发明提出一种采用高压泵和蓄能器的方法，该方法能确保LPG单 独地或者在燃料混合物中的稳定充足的高压燃料供应，所述混合物比如混合了 汽油或者柴油的较低蒸汽压力的燃料，它们被保持在液态，并且被供给到轴向 或者底部的供应液体燃料喷射器，该喷射器把燃料喷射到火花点火内燃机的进 气歧管或者汽缸中，或者直接喷射到柴油发动机或者压缩发动机的汽缸中，以 保持所述发动机运行在其临界可用功率输出水平上。

[0003]在火花点火发动机中本发明允许从一种高蒸汽压力燃料到另一种较 低蒸汽压力燃料的无缝转换，例如从LPG转换到汽油。

[0004]如此构造的所述系统，受到电子设备的控制。

背景技术和发明内容

[0005]如果液化石油气(LPG)能以液态被供给到发动机是最好的，这样 获得的优点是，由从液相变化到气相的容积效应提供了更好的燃烧。

[0006]现有技术(已获授权的澳大利亚专利647561，647857)已经披露了 输送液态LPG到火花点火(SI)发动机的进气歧管的能量效率低压方法。

[0007]另一个优点是克服了LPG的高蒸汽压力，这样使得LPG以十分令 人满意的液态被输送到进气歧管或者直接到汽缸。图1画出了这样的一种设备。

[0008]省去了燃料到油箱的回流对于简化安装是十分有益的。另一个额外 的好处是不会提高LPG的油箱温度。

[o009]上述公开内容都集中在以LPG作燃料时的使用上，它还可以使用混 合燃料，在混合燃料中，LPG只是组份之一，使用位于高压泵入口之前的混合 器。或者，所述泵和燃料测量装置可以是一个具有混合器的单元，所述混合器 在蓄能器之前或者与蓄能器集成到一起，如图2所示。

[0010]描述了一种用于生产和安装内燃机的高压液体LPG燃料供给系统 的经济方法。LPG从LPG油箱供给，以蒸汽压力供给，或者在油箱中的低压 液下泵的辅助下供给，在油箱蒸汽压力下，由液下泵加上250kPa，将LPG提 供给能以至少2.5MPa的压力传送的高压泵。使用低压泵的目的是避免高压泵 入口侧出现气穴。

[0011]LPG以液态从油箱到高压泵入口侧的泵送可包括到LPG油箱的回 流管以及单向阀形式的压力调节装置，这种阀具有一定断裂压力的固定弹簧并 位于到油箱的返回入口上，如前面所引用的现有技术所述，已授权的澳大利亚 专利647561，647857。也能采用用于柴油的回流管的类似系统。

[0012]在优选实施例中的高压泵以2.5MPa的压力输送液体LPG到燃料 管，然后送到其建议容积能以峰值转数给发动机供燃料一分钟的蓄能器。

[0013]所述一分钟的时间对于实现从一种燃料类型到另一种燃料类型的转 换是充裕的。发动机管理系统将会计算第一燃料从燃料管和蓄能器中被几乎全 部排出所需要的时间，测量燃料管中的燃料压力和温度，之后在最优压力下变 为第二燃料，该最优压力用于通过相同喷射器被喷射的该第二燃料以输送液体 燃料。

[0014]高压泵和蓄能器能在任何压力下被设置，该压力保证LPG保持在液 态下，用于直接喷射到发动机中或者喷射到发动机进气歧管中。

[0015]按照需求，通过分配歧管以及柔性高压燃料管将液体LPG供给到多 个喷射器，发动机上轴向的或者底部的供给喷射器，将LPG提供铪每个喷射器。 或者采用现代柴油发动机中的共轨系统，该方法适合直接到汽缸的燃料喷射。

[0016]压力开关根据蓄能器中的压力产生作用，当达到设定压力时(这里 是2.5MPa)，该压力开关直接或者通过发动机管理系统(EMS)关闭高压泵。 一旦蓄能器中的压力下降一百kPa，或者在其他的优选压力差值的情况下，开 关就会打开高压泵以恢复设定压力。

[0017]或者，高压泵的速度能通过EMS来调节，以便于使输送率和发动机 的要求相匹配，从而保持恒定的压力。

[0018]蓄能器可以用于确保LPG在所有的运行时间都以液体的形式被恒 定地输送到喷射器，以及用于在发动机停机的时间段后辅助发动机启动，或者， 出于选择，蓄能器可以被省去，这能减少当从一种燃料变化成另一种燃料时排 出蓄能器内的旧燃料所需的时间，并且通过高压泵在所有的运行时刻提供充足 的高压燃料，以确保发动机的平滑运行。利用将液体LPG从泵引导到喷射器的 管道的弹性可以帮助实现蓄能器的省却。

[0019]由于在发动机停止的同时LPG在燃料管中蒸发，所以热启动不是瞬 间的。

[0020]在本发明中高压蓄能器被用于保持LPG处于液态，为发动机的立即 启动或者再启动做好准备。

[0021]所述多个喷射器被设计为以高至20MPa甚至更高的压力来输送 LPG，优选是在2.5MPa左右操作，这样能限制驱动所述系统所需的能量，但 是仍然允许直接到汽缸的喷射或者喷入发动机歧管。

[0022]喷射压力例如把液体燃料保持在喷射器的顶端，用于喷射到发动机 的进气歧管内或直接喷射到发动机气缸内。

[0023]所述系统受到部件的热屏蔽和高蒸汽压力燃料的冷却的辅助，所述 冷却通过车辆的空调系统或者其他设备实现。

[0024]现有技术中遇到了LPG由其通过发动机燃料管和喷射器的连续再 循环所引起的加热问题。

[0025]优选地，LPG可以从高压泵供给到发动机，而不需要到LPG油箱 的回流管，这样能避免油箱中LPG的温度升高，热量能提高蒸汽压力并且影响 填充LPG油箱所花费的时间，这导致成本增加和回流管道的复杂性。

[0026]本发明主要针对液化石油气供料车辆进行讨论，该液化石油气供料 车辆作为高蒸汽压力燃料系统的一个例子，但是本发明并不限于这种燃料。

[0027]本发明提供一种装置，其中发动机具有这样的优点，该发动机具有 尺寸等于或者小于通常使用的汽油喷射器的底部供给式或者轴向供给式高压喷 射器。本发明所讨论的底部供给式喷射器不需要被设置在壳体或者外壳(pod) 中，喷射器的外壳起着该作用。它们不位于构成燃料轨的一系列外壳中，但是 在优选实施例中，通过柔性的高压燃料管从泵或者蓄能器被连接到喷射器。普 通的共轨系统或者具有塑料涂层的钢燃料管可用于供送喷射器。

[0028]在本发明中，将液体LPG输送到喷射器的喷射口是有益的，并被指 定为所需的选择，通过高压泵施加足够的压力以在所有普通运行环境下将LPG 保持为液体，所期望的压力是2.5MPa。

[0029]在同一实施例中采用轴向喷射器，燃料通过喷射器顶部被供给。采 用底部供给喷射器，燃料被供给到喷射器的底部，并且如果需要的话通过与所 用的柔性管道相连的刚性臂从那里移走，或者使用共轨系统。

[0030]喷射器的喷嘴相对较小，其直径为8或9mm，并且可以安装有轴环， 以确保喷射器在由发动机制造商提供的进气歧管中的孔中紧密配合。这有助于 提高组装的速度和经济性。

[0031]在位置靠近的点采集LPG的压力和温度，从而由查询表通过EMS 来确定LPG的组份。然后该信息被用于设置专门针对该燃料组份的基本喷射脉 冲宽度和点火正时，所述信息是用于之后被氧气传感器和其他用于通过EMS 以普通的方式有效地运行发动机所需的其他输入来修改的读数，如同澳大利亚 专利647857所披露的。

双燃料系统

[0032]使用通过底部供给喷射器喷射液态的燃料的双燃料系统，如澳大利 亚专利647561“A Method of Fuel Injection”(一种燃料喷射方法)和 647857“Dual Fuel Injection System”(双燃料喷射系统)所述，存在确定所需喷 射器，用于高压LPG的相对低流量喷射器和用于低压汽油喷射的相对高流量喷 射器的尺寸问题。

[0033]当单独使用汽油或者其他低蒸汽压力燃料运行时，采用一个高压泵 和一组高压喷射器能消除对第二组低压喷射器的需求。

[0034]本发明通过以2.5MPa的相对高压来喷射两种燃料克服上述问题。 所用的燃料可以通过在燃料管上小心地使用锁闭螺线管来选择，以确保不会有 一种燃料流到另一种燃料的油箱。

[0035]可以借助混合器来使用不同燃料的混合填料，混合器能按设定的比 例混合燃料，所述比例可以改变。

[0036]在优选实施例中，如图2所示，示出对多种或一种燃料的加压，其 还对燃料的相对容积进行整体测量。

[0037]图3中示出了采用安装在同一根轴上的两个泵进行整体测量的系统。

[0038]燃料充分的混合也可以利用位于蓄能器之前的混合器或者作为蓄能 器的整体部件的混合器来实现。

[0039]如果LPG油箱中的泵能被省却的话是具有经济性的，该经济性取决 于在高压泵的入口处避免气穴的能力，所以取决于所遇到的运行工况。

[0040]在本发明之前从高蒸汽压力燃料变换成低蒸汽压力燃料的一种通常 方法是在切断高蒸汽压力燃料后，允许燃料轨中的压力降低，所述的高蒸汽压 力燃料在澳大利亚或欧洲主要是指LPG，在美国主要是指丙烷。对于燃料轨中 的压力，使其下降到低于250kPa的水平，或者下降到燃料泵正常地泵送低蒸汽 压力燃料(如汽油)的水平，可能花费2分钟的时间，在该期间，发动机将不 会以有效的方式运行。

[0041]如果发动机是在机动车内，汽车在燃料转换期间一般是静止的，这 将会导致烦扰和不便，甚至危险。

[0042]由于所有燃料以相似的压力被喷射，所述问题得以避免，从而不需 要压力调节的时间。

[0043]一个创新点是使用高压泵来喷射两种燃料的混合物，或者其他合适 的替代燃料，用于喷射通过一组喷射器，或者以汽油或者LPG作为单一燃料， 对所选择的燃料使用螺线管控制。

[0044]在这样一种系统中，在任何燃料转换中功率输出的改变将会是最小， 并且两种燃料能被成功地以高压喷射。

[0045]对于LPG或汽油，或者汽油LPG的混合物，发动机是一种火花点 火发动机，对于柴油或者柴油LPG混合物，发动机是一种压缩点火发动机，但 是具有火花点火的可变压缩发动机，比如英国专利覆盖同族4，EPA号 03792495.8，PCT号PCT/GB2003/003643所披露的，可以使用上述所有燃料。

[0046]使用燃料的温度和压力被输入的发动机管理系统的计算设备，能够 计算用于喷射器的合适的脉冲宽度。发动机使用的燃料混合物的确认可以来自 于排气传感器，其被读回到发动机管理系统并对燃料计量误差作出补偿。

[0047]所以，本发明涉及一种高压单燃料喷射或双燃料系统，所述双燃料 系统采用能从一种燃料切换到另一种的高低蒸汽压力燃料，或者采用混合燃料 操作，不用中断发动机的有效运行。

[0048]尽管所述混合燃料通常是LPG和汽油，或者乙醇，但也可能使用 LPG和柴油的混合物，其包括生物柴油，其中发动机为压缩点火发动机，在该 情况下，燃料混合物以最大效率直接喷入汽缸中。

[0049]虽然本发明的各种形式被描述，但是应该注意本发明并不限于此， 而是还包括落入本发明精神和范围内的其他改变和修改。

最佳模式

[0050]最佳模式如图2和3所示，如果视为一种组合系统的话。

本发明的模式

[0051]该模式对于汽车工业是机械的，从而减少排放并能最佳地利用可用 燃料来给用户提供更好的经济性和满意度。

工业适用性

[0052]最主要的应用是在交通工具中，主要是个人交通工具和卡车，但是 在比如叉车、清扫车、抛光机和发电机单元的领域中也有重要应用，。