气态燃料氢发动机系统中的优化的活塞温度控制的制作方法

本发明总体上涉及操作气态氢燃料发动机系统，并且更具体地涉及基于操作用于活塞的喷油设备来将活塞的冠部表面温度保持在高温极限与预点火减轻温度极限之间。

背景技术：

1、内燃是众所周知的，并且在世界范围内广泛用于从为移动车辆提供动力到产生电力和压缩或输送流体的各种目的。传统的内燃机操作技术包括将空气和燃料输送到燃烧气缸中并可控地点燃其中的混合物以移动联接到曲轴的活塞。传统的液体燃料以及气态烃燃料的燃烧倾向于产生各种不期望的排放物，包括氮氧化物或“nox”以及各种有机和无机种类的颗粒物质。大多数发动机配备有后处理设备以捕获或化学转化排放物。

2、近年来，各种替代燃料受到越来越多的关注。某些替代燃料，特别是氢，提供了显著减少排放物的希望。氢燃料在各种方面不同于传统的烃燃料，然而，在适应现有平台或开发实际依靠氢运行的新平台方面，给工程师和燃烧学家带来挑战。氢倾向于具有比某些其它燃料更快的火焰速度，且也在较低温度下燃烧。长期以来，所有发动机平台中的温度控制都提出了一系列挑战，既关于效率和排放，又关于部件最佳操作的能力。此外，发动机的不同部分可能需要完全不同的冷却设备和策略。berlinger的美国专利第5,267,534号公开了一种用于活塞冷却喷嘴的示例性策略，该喷嘴采用冷却射流，用于在发动机运行期间将油喷射到活塞的下侧。

技术实现思路

1、在一个方面，一种操作气态燃料发动机系统的方法包括在气态燃料发动机系统中的发动机的气缸中燃烧包含气态氢燃料和空气的混合物，以及改变气缸内的活塞的冠部表面温度所响应的发动机的操作参数。该方法还包括基于改变的操作参数的值填充温度模型，以及基于填充的温度模型操作喷油设备以将油喷到活塞上。该方法还包括基于喷油设备的操作将活塞的冠部表面温度保持在高温极限和预点火减轻温度极限之间。

2、在另一方面，一种气态燃料发动机系统包括发动机，该发动机具有形成在其中的气缸和气缸内的活塞。发动机系统还包括用于发动机的燃料供应和喷油系统，燃料供应包含气态氢燃料。喷油系统包括定向成将油喷到活塞上的油喷射器喷嘴、流体连接到油喷射器喷嘴的油阀以及与油阀控制连通的喷油控制单元。喷油控制单元被构造成监测活塞的冠部表面温度所响应的发动机的操作参数，并且被构造成基于监测的操作参数的值确定油阀控制信号。喷油控制单元还被构造成将油阀控制信号输出到油阀，以将油可控地喷到活塞上，以将冠部表面温度保持在高温极限和预点火减轻温度极限之间。

3、在又一方面，一种用于气态燃料发动机系统的喷油控制系统包括喷油控制单元，该喷油控制单元被构造成接收指示发动机的操作参数的数据，并且通过存储的温度模型确定油阀控制信号，该温度模型将发动机中的气缸中的活塞的温度与操作参数相关联。喷油控制单元还被构造成将油阀控制信号输出到用于油喷射器喷嘴的油阀，以可控制地将油喷到活塞上，使得活塞的温度保持在预点火减轻温度极限以上。

技术特征：

1.一种操作气态燃料发动机系统(10)的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述改变操作参数包括改变所述发动机(12)的负载水平；以及

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述保持所述冠部表面温度还包括根据渐近曲线增加或降低所述冠部表面温度。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述改变操作参数包括改变含有所述气态氢燃料和空气的所述混合物的组成；以及

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述操作所述喷油设备(54)包括改变油阀(62)的位置，所述油阀(62)流体连接到油喷射器喷嘴(58)，所述油喷射器喷嘴(58)定向成在所述活塞(18)的下侧喷油。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：

7.一种气态燃料发动机系统(10)，包括：

8.根据权利要求7所述的发动机系统(10)，其中：

9.一种用于气态燃料发动机系统(10)的喷油控制系统(64)，包括：

10.根据权利要求9所述的喷油控制系统(64)，其中：

技术总结
操作气态燃料发动机系统(10)包括在发动机(10)的气缸(16)中燃烧包含气态氢燃料和空气的混合物，改变气缸(16)内的活塞(18)的冠部表面温度所响应的发动机(12)的操作参数，以及基于改变的操作参数的值填充温度模型。操作气态燃料发动机系统(10)还包括基于填充的温度模型操作喷油设备(54)以将油喷到活塞(18)上，以及基于喷油设备(54)的操作将活塞(18)的冠部表面温度保持在高温极限和预点火减轻温度极限之间。还公开了相关设备和控制逻辑。

技术研发人员：M·R·博沙尔,J·辛格,P·塞勒,E·L·施勒德
受保护的技术使用者：卡特彼勒公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29