CN101421500A - 向内燃发动机供给氢气和甲烷作燃料的方法和装置 - Google Patents

向内燃发动机供给氢气和甲烷作燃料的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101421500A
CN101421500A CNA2007800117988A CN200780011798A CN101421500A CN 101421500 A CN101421500 A CN 101421500A CN A2007800117988 A CNA2007800117988 A CN A2007800117988A CN 200780011798 A CN200780011798 A CN 200780011798A CN 101421500 A CN101421500 A CN 101421500A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gaseous fuel
fuel mixture
hydrogen
motor
firing chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007800117988A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101421500B (zh
Inventor
S·芒希
G·P·麦克塔格特-科万
S·N·罗加克
W·K·布希
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of British Columbia
Westport Power Inc
Original Assignee
University of British Columbia
Westport Power Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of British Columbia, Westport Power Inc filed Critical University of British Columbia
Publication of CN101421500A publication Critical patent/CN101421500A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101421500B publication Critical patent/CN101421500B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/10—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B69/00—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types
    • F02B69/02—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types for different fuel types, other than engines indifferent to fuel consumed, e.g. convertible from light to heavy fuel
    • F02B69/04—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types for different fuel types, other than engines indifferent to fuel consumed, e.g. convertible from light to heavy fuel for gaseous and non-gaseous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/021—Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/022—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel pressure, temperature or composition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/021—Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/023—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
    • F02D19/024—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow by controlling fuel injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0602—Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/0605—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel pressure or temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0642—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions
    • F02D19/0644—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions the gaseous fuel being hydrogen, ammonia or carbon monoxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0686—Injectors
    • F02D19/0689—Injectors for in-cylinder direct injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/081—Adjusting the fuel composition or mixing ratio; Transitioning from one fuel to the other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/10—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels peculiar to compression-ignition engines in which the main fuel is gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0215—Mixtures of gaseous fuels; Natural gas; Biogas; Mine gas; Landfill gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0221—Fuel storage reservoirs, e.g. cryogenic tanks
    • F02M21/0224—Secondary gaseous fuel storages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00—Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F02M43/04—Injectors peculiar thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/16—Indirect injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645—Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/0654—Thermal treatments, e.g. with heating elements or local cooling
    • F02B23/0657—Thermal treatments, e.g. with heating elements or local cooling the spray interacting with one or more glow plugs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0696—W-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/045—Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
    • F02B29/0468—Water separation or drainage means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10—Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

提供了一种气体燃料的内燃发动机和一种运行该发动机的方法，该发动机和方法用于提高燃烧稳定性和减少NOx、PM和未燃烧碳氢化合物的排放。该方法包括供给氢气和天然气作内燃发动机的燃料，该氢气和天然气可共同直接喷射进燃烧室或者分开引入。传输到该发动机的总气体燃料中，在标准温度和压力下按体积计至少5％为氢气。对于至少一种发动机运行条件，燃料轨压力与峰值缸内压力的比率为至少1.5∶1。该发动机包括由气缸、气缸盖、以及气缸内可移动的活塞限定的燃烧室；以及一个燃料喷射阀，其可操作以将气体燃料混合物直接引入该燃烧室，或者两个分开的燃料喷射阀，其可操作以分开引入甲烷和氢气。电子控制器与燃料喷射阀的致动器通信以控制操作燃料喷射阀的定时。该发动机具有至少14∶1的压缩比。

Description

向内燃发动机供给氢气和甲烷作燃料的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种向狄塞尔循环内燃发动机供给氢气和甲烷作燃料从而提高燃烧稳定性并减少氮氧化物(NOX)、未燃烧碳氢化合物和颗粒物质(PM)排放的方法和装置。
发明背景
因为诸如天然气、丙烷、氢气及其混合物的气体燃料与诸如柴油的液体燃料相比是更加清洁的燃料，当前的注意力已转向研发能够在匹配发动机操作者常常期望从柴油发动机得到的功率和性能的同时燃烧此类气体燃料的发动机。
使用稀燃火花点火(LBSI)的以天然气作燃料的发动机用相对较低的压力将燃料引入进气歧管或进气口。为避免由燃烧室内燃料的过早爆燃引起的发动机爆震，这样的发动机通常以不高于约12：1的压缩比运行，该压缩比相比于压缩比至少为14：1的狄塞尔循环发动机较低，并且这影响了发动机的性能和效率。因此，虽然从LBSI发动机的燃烧室排出的废气与相等尺寸的柴油发动机相比可以有较低的NOX和PM排放，但是这样的LBSI发动机也具有较低性能和能量效率，这意味着：为了做同样数量的功，在能量基础上却消耗了更多燃料，并且为了匹配柴油发动机的满量程功率和性能，需要更大的LBSI发动机。
最近，研究已转向将天然气和氢气混合以用于均质火花点火的发动机。涉及这类研究的有代表性的出版物包括，由M.R.Swain、M.J.Yusuf、Z.Dulger和M.N.Swain所著的1993年由美国汽车工程师协会(“SAE”)出版的SAE技术论文932775“添加氢气对天然气发动机运行的影响”(The Effects of Hydrogen Addition On Natural GasEngine Operation)；由R.Sierens和E.Rousseel于2000年发表在ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power第122卷第135-140页的“可变组分的氢气/天然气混合物以增加发动机效率和减少排放”(Variable Composition Hydrogen/Natural Gas Mixtruesfor Increased Engine Efficiency and Decreased Emissions)；由S.R.Munshi、C.Nedelcu、J.Harris等人在2004年发表的SAE技术论文2004-01-2956“重型涡轮增压稀燃火花点火发动机的氢气混合天然气运行”(Hydrogen Blended Natural Gas Operation of a Heavey DutyTurbocharged Lean Burn Spark Ignition Engine)；由S.Allenby、W-C.Chang、A.Megaritis和M.L.Wyszynski于2001年发表在机械工程师协会学报Part D第215卷第405-418页的“氢富集：一种在具有废气循环的以天然气作燃料的发动机中维持燃烧稳定性的方法，燃料转换的潜力”(Hydrogen Enrichment：A Way to Maintain CombustionStability in a Natural Gas Fuelled Engine with Exhaust GasRecirculation，the Potential of Fuel Reforming)；由K.Collier、N.Mulligan、D.Shin和S.Brandon在2005年发表的SAE技术论文2005-010235“关于新研制的专用富集氢天然气重型发动机的排放效果”(Emission Results from the New Development of a DedicatedHydrogen-Enriched Natural Gas Heavy-Duty Engine)；由J.F.Larsen和J.S.Wallace于1997年发表在ASME Journal of Engineering forGas Turbines and Power的第119卷第218-226页的“使用涡轮增压稀燃天然气与以氢气甲烷作燃料的发动机的排放和效率的比较”(Comparisons of Emissions and Efficiency of a TurbochargedLean-Burn Natural Gas and Hythane-Fuelled Engine)；由CG.Bauer和T.W.Forest于2001年发表在国际氢气能源杂志第26卷第55-70页上的“向以甲烷作燃料的汽车添加氢气对其性能的影响.第一部分：对S.I.发动机性能的影响”(Effects of hydrogen addition on theperformance of methane-fuelled vehicle.Part I：effect on S.I.engine performance)；由G.A.Kar im、I.Wierzba和Y.A1-Alousi于1996年发表在国际氢气能源杂志第7期第21卷第625-631页上的“以甲烷-氢气混合物作燃料”(Methane-Hydrogen Mixtures asFuels)以及由S.O.Akansu、Z.Dulger、N.Kahraman和T.Veziroglu于2004年发表在国际氢气能源杂志第29卷上1527-1539页的“以天然气-氢气混合物作燃料的内燃发动机”(Internal CombustionEngines Fuelled by Natural Gas-Hydrogen Mixtures)。在这些论文中所发表的结果表明，在按化学计量的操作中，添加氢气会降低功率密度并在轻微减少碳氢化合物和一氧化碳的排放同时增加NOX。更有意义的效果发表在稀燃预混合条件下，这时观察到稀释极限的显著添加。这归因于改善的燃烧率和更短的点火延迟。对于指定的空-燃比，添加氢气时因更高的火焰温度NOX的排放更高，而CO和未燃烧碳氢化合物则显著减少。然而，因为氢气具有扩展稀释极限的能力，可通过添加氢气在更稀空燃比下运行来实现低NOX排放。也提高了存在废气循环(ERG)时的火焰稳定性。效率影响可能依赖于所测试的运行条件，如在Swain、Sierens和Akansu的论文中所报道的一些研究显示因添加氢气提高了效率，以及如Larsen和Bauer的论文中所报道的其他研究显示降低了效率。这种相反的结果表明：虽然已经进行了相当数量的研究来调查混合天然气和氢气用于均质火花点火发动机的效果，但燃烧过程是复杂的；在发动机中燃烧此类燃料混合物可能非常取决于该发动机的运行条件；并且添加氢气的效果以及此类效果的大小(如果有的话)是非显而易见的或不容易预计的。而且，在本说明书中引用的所有发表论文都涉及均质火花点火发动机；尽管报道了一些诸如减震管(shock tube)研究和非预混合对流甲烷/加热空气喷射实验的实验室实验，但发明者并没有发现任何关于这样一类实验的出版物，该实验涉及给直喷内燃发动机加包括甲烷和氢气的混合燃料混合物。
目前正在研发能够将气体燃料直接喷射进高压缩内燃发动机的燃烧室的发动机，但在商业上还不可用。使用这种方法的以天然气作燃料的发动机可基本上达到柴油发动机的功率、性能和效率特征，并具有较低的NOX、未燃烧碳氢化合物以及PM的排放。NOX在光化学烟雾的形成中是关键成份，并且其是形成酸雨的罪魁祸首。PM排放，除其他有害健康的影响外，还与增加的心血管死亡率和儿童中肺发育缺损(impaired lung development)有关联。然而，对于以天然气作燃料的直喷发动机，已发现在NOX排放和未燃烧碳氢化合物以及PM的排放之间存在着平衡。即，喷射天然气的晚定时有利于降低NOX，但却导致更高的未燃烧碳氢化合物和PM的排放。北美和世界各地的环境管理机构都已经立法要大量减少内燃机中NOX和PM的排放。因此，因为必须减少NOX、PM和未燃烧碳氢化合物中每一类的排放，所以对于以天然气作燃料的直喷发动机，与晚燃烧定时有关的更高PM排放实际上限制了燃料喷射定时可延迟的程度。
因为所发表的技术论文已经报道，在特定运行条件下以包括甲烷和氢气的气体燃料混合物作为均质火花点火的发动机的燃料会产生益处，并且因为环境管理机构已经立法要大量减少内燃发动机中NOX和PM的排放，以及因为燃烧过程复杂且向输送至直接喷射式内燃发动机的燃料混合物中添加氢气的效果是不可预知的，所以需要确定是否能够通过以氢气和天然气作为直喷内燃发动机的燃料来提高燃烧稳定性并降低发动机排放，并且如果可以，需要确定运行使用该种燃料从而达到提高燃烧稳定性和降低发动机排放的直喷发动机的方法。
发明内容
本发明提供了一种运行直喷内燃发动机的方法。该方法包括向发动机的燃烧室直接引入一种气体燃料混合物。该气体燃料混合物包括甲烷和在标准温度和压力下按体积计5％到60％的氢气。对于至少一种发动机运行条件，该方法包括当向燃烧室引入该气体燃料混合物时，维持燃料轨与峰值(fuel rail to peak)缸内压力比至少为1.5：1。该方法的一个优选实施例包括对于所有发动机运行条件，当向燃烧室引入气体燃料混合物时，维持燃料轨与峰值缸内压力比至少为1.5：1。当该气体燃料混合物的组成成份在这里用体积百分数描述时，除非另有说明，这定义为标准温度和压力(STP)下的百分数。
在优选方法中，该气体燃料混合物可包括在标准温度和压力下按体积计10％-50％、15％-40％的氢气，或按体积计20％-35％的氢气。甲烷可以是天然气的组成成份。该方法可进一步包括预混合该气体燃料混合物并将其作为混合燃料存储在储气罐中，从该储气罐可将其传输到发动机。在优选方法中，甲烷是在标准温度和压力下气体燃料混合物按体积计的最大组分。
该方法可进一步包括控制燃料喷射定时，这样综合燃烧放热的中间点可出现在上止点后2-30曲轴转角度数。向天然气中添加氢气的一个优点在于相比仅以天然气作燃料的发动机，其燃烧定时可延迟至燃烧周期中的更晚时间。一种优选方法包括控制燃料喷射定时，这样在至少一个发动机运行条件，综合燃烧放热的中间点出现在上止点后5-15曲轴转角度数。
该方法可包括引入引燃燃料以帮助该气体燃料混合物的点火。一个优选方法包括在开始喷射该气体燃料混合物之前约1毫秒内直接将引燃燃料喷入燃烧室。该引燃燃料可以是一种十六烷值在40到70之间的液体燃料。在多数情况下，十六烷值在40到50之间的液体燃料是优选的，常规道路级别的柴油便是一种十六烷值在该范围内的合适燃料。在发动机运行图上，在能量基础上该引燃燃料平均是发动机所消耗燃料的3％到10％，更多是4％到6％。与气体燃料混合物相比，该引燃燃料更容易点火，并且首先将该引燃燃料点火从而引起气体燃料混合物的点火。因为气体燃料混合物是优选比引燃燃料更清洁的燃烧器，所以在能量基础上该引燃燃料优选仅表现为发动机所消耗的燃料的一小部分。
代替使用引燃燃料，该方法可包括加热燃烧室的内表面以帮助点燃气体燃料混合物。在一个优选方法中，该热表面通过预热塞提供，并且该方法进一步包括电加热预热塞。然而在另一个实施例中，该方法可包括火花点火燃烧室内的气体燃料混合物。
该方法可进一步包括与甲烷分开存储氢气并将氢气和甲烷混合形成气体燃料混合物。该方法可进一步包括根据发动机运行条件控制气体燃料混合物中氢气和甲烷的比例。
该方法可进一步包括在至少一种发动机运行条件下，当将气体燃料混合物引入燃烧室时，维持燃料轨与峰值缸内压力比至少为2：1。优选方法包括当将气体燃料混合物引入燃烧室时，在燃料喷射阀的喷嘴口处维持阻流状态。尽管实验已经证明通过以至少16MPa(约2350psia)的喷射压力向燃烧室喷射气体燃料混合物可以实现发动机的满意运行，但是至少为20MPa(约2900psia)的更高燃料喷射压力是更加优选的。
根据该方法，在压缩冲程过程中，燃烧室内的进气被以至少约14：1的比例压缩。高于14：1的压缩比与狄塞尔循环发动机相关，狄塞尔循环发动机可比常规奥托循环发动机产生更高性能和效率，奥托循环发动机也称作火花点火发动机并使用预混合均质气体，该均质气体将奥托循环发动机限制到较低压缩比以避免发动机爆震。
在另一个向内燃发动机供给燃料的优选方法中，该方法包括：将气体燃料混合物直接引入该发动机的燃烧室，其中该气体燃料混合物包括甲烷；将氢气引入燃烧室从而向气体燃料混合物中添加氢气，其中氢气表现为在标准温度和压力下气体燃料混合物按体积计至少5％；并对于至少一种发动机运行条件，当将气体燃料混合物引入燃烧室时，维持燃料轨与峰值缸内压力比至少为1.5：1。即，该氢气可与气体燃料混合物分开引入燃烧室，并构成燃烧室内气体燃料混合物的一部分，或该方法可包括将氢气与包括甲烷的气体燃料混合物预混合，并将该气体燃料混合物和氢气直接引入燃烧室。在另一个实施例中，该方法可包括将氢气和进气预混合，并在活塞的进气冲程过程中将氢气引入燃烧室，或者将氢气与气体燃料混合物分开直接引入燃烧室。
提供一种内燃发动机，其可能以包括甲烷和在标准温度及压力下按体积计5％到60％之间的氢气的气体燃料混合物作为燃料。所公开的发动机包括由气缸、气缸盖以及汽缸内可移动的活塞限定的燃烧室；具有布置在燃烧室内的喷嘴的燃料喷射阀，该燃料喷射阀可操作来将气体燃料混合物直接引入燃烧室；增压设备和管路，其用于在至少一种发动机运行条件下以燃料轨与峰值缸内压力比至少为1.5：1直接将气体燃料混合物输送到该喷射阀；以及电子控制器，其与燃料喷射阀的致动器通信以控制用于操作燃料喷射阀的定时。该发动机优选具有至少为14的压缩比。
电子控制器优选为可编程的以给将气体燃料混合物引入燃烧室定时，以使得综合燃烧放热的中间点可出现在上止点后2-30曲轴转角度数，而在另一个实施例中，在上止点后5-15曲轴转角度数。
该燃料喷射阀可安装在气缸盖内，同时该燃料喷射阀包括布置在燃烧室内的喷嘴。该发动机可进一步包括可操作将引燃燃料直接引入燃烧室的第二燃料喷射阀。该第二燃料喷射阀可被集成进一个也包括引入气体燃料混合物的燃料喷射阀的阀组件。该第二燃料喷射阀和引入气体燃料混合物的燃料喷射阀优选被独立致动，并且该气体燃料混合物可通过第一组喷嘴口喷射进燃料室，该第一组喷嘴口不同于通过其引燃燃料可喷射进燃料室的第二组喷嘴口。
代替使用将引燃燃料引入以帮助气体燃料混合物点火的第二燃料喷嘴阀门，该发动机可包括布置在燃烧室内的点火塞，其可操作以帮助气体燃料混合物的点火。该点火塞可以是预热塞，该预热塞可电加热以提供帮助气体燃料混合物点火的热表面，或该点火塞可以是火花塞。
该发动机可进一步包括用于存储气体燃料混合物的存储容器，该气体燃料混合物是以预定比例的氢气和甲烷组成的十分均匀的混合物。在另一个实施例中，该发动机可包括其中可存储氢气的第一存储容器，其中可存储包括甲烷的气体燃料的第二存储容器，以及与该第一和第二存储容器中每个都连接的阀，其可操作以控制引入到燃烧室的气体燃料混合物中氢气和甲烷的各自比例。如果氢气与包括甲烷的气体燃料混合物分开存储，那么电子控制器可以是可编程的，以响应于检测到的发动机运行条件而将气体燃料混合物中氢气和甲烷的各自比例变到预定数量。
提供了内燃发动机的另一个实施例，该发动机可以包括甲烷和氢气的气体燃料混合物作为燃料。在该实施例中，该发动机包括由气缸、气缸盖以及在气缸内可移动的活塞限定的燃烧室；具有布置在燃烧室内的喷嘴的第一燃料喷射阀，其中该燃料喷射阀可操作以将甲烷引入燃烧室；具有布置在进气歧管的喷嘴的第二燃料喷射阀，其中该第二燃料喷射阀可操作以将氢气引入从其中氢气可流入燃烧室的进气歧管；以及电子控制器，其与每个第一和第二燃料喷射阀的致动器通信以控制操作第一和第二燃料喷射阀的各自定时。在该实施例中，该发动机可进一步包括增压设备和管路，其在至少一种发动机运行条件下以燃料轨与峰值缸内压力比至少为1.5：1将甲烷输送到第一喷射阀。像其他实施例一样，该发动机优选具有至少为14：1的压缩比，且高达25：1的压缩比以及在两者之间的压缩比诸如18：1、20：1和22：1都是可能的。
附图说明
图1是一个示意图，示出了用于直接将气体燃料混合物喷射进内燃发动机燃烧室的装置。
图2是一个示意图，示出了用于直接将气体燃料混合物喷射进内燃发动机燃烧室的装置的第二个实施例。
图3示出四幅图，这四幅图绘出了发动机排放与定时燃烧放热中间点之间的关系，该发动机的燃料分别为100％压缩天然气、10％氢气和90％压缩天然气的气体燃料混合物以及23％氢气和77％压缩天然气的气体燃料混合物(所有的百分数都是按体积测量)。该绘出的数据采集自运行在800RPM、6巴GIMEP、0.5φ、40％废气(以质量计)以及16MPa燃料喷射压力的发动机。
图4示出四幅图，这四幅图绘出了发动机性能参数与定时燃烧放热中间点之间的关系，该发动机的燃料分别为100％压缩天然气、10％氢气和90％压缩天然气的气体燃料混合物以及23％氢气和77％压缩天然气的气体燃料混合物(所有的百分数都是按体积测量)。该发动机的运行条件与图3中所绘制数据的运行条件相同。
图5示出两幅柱形图，这两幅柱形图绘出了发动机的引燃燃料和气体燃料的点火延迟，该发动机的燃料分别为100％压缩天然气、10％氢气和90％压缩天然气的气体燃料混合物以及23％氢气和77％压缩天然气的气体燃料混合物(所有的百分数都是按体积测量)。该发动机的运行条件与图3和图4中所绘制数据的运行条件相同。
图6示出发动机的缸内压力和放热率的图，该发动机的燃料分别为100％压缩天然气以及10％氢气和90％压缩天然气的气体燃料混合物(气体燃料混合物的百分数按体积测量)，定时综合燃烧放热的中间点出现在上止点后10曲轴转角度数。该发动机的运行条件与图3至图5中所绘制数据的运行条件相同。
图7是发动机的缸内压力和放热率的图，该发动机的燃料分别为100％压缩天然气以及23％氢气和77％压缩天然气的气体燃料混合物(气体燃料混合物的百分数按体积测量)。在上方的两幅图中，定时综合放热中间点出现在上止点后5曲轴转角度数；在下两幅图中，定时综合放热中间点出现在上止点后15曲轴转角度数。该发动机的运行条件与图3至图6中所绘制数据的运行条件相同。
图8绘制出稳定和调整定时条件下发动机的缸内压力和放热率的图，该发动机的燃料分别为100％压缩天然气，以及23％氢气和77％压缩天然气的气体燃料混合物(气体燃料混合物的百分数按体积测量)。该发动机的运行条件同图3至图7中所绘制数据的运行条件相同。
图9是一个柱形图，其绘制了曲轴转角度数上的气体燃料点火延迟与定时综合放热中间点的关系，分别为100％压缩天然气，以及23％氢气和77％压缩天然气的气体燃料混合物(气体燃料混合物的百分数按体积测量)。所绘制的数据示出当与100％天然气作燃料的发动机使用相同定时喷射气体燃料混合物时的气体燃料点火延迟，以及当该定时调整时对于气体燃料点火延迟的影响。该发动机的运行条件与图3至图8中绘制数据的运行条件相同。
图10绘制出发动机排放与定时综合放热中间点的关系，其示出将发动机的喷射压力从16MPa增加到20MPa的影响，该发动机燃料分别为100％压缩天然气，以及23％氢气和77％压缩天然气的气体燃料混合物(气体燃料混合物的百分数按体积测量)。除了不同的燃料喷射压力，该发动机的运行条件与图3至图9中所绘制数据的运行条件相同。
图11绘制出在燃料喷射压力为16MPa和20MPa的情况下缸内压力和放热率与曲轴转角度数的关系，该发动机燃料分别为100％压缩天然气，以及23％氢气和77％压缩天然气的气体燃料混合物(气体燃料混合物的百分数按体积测量)。该发动机的运行条件与图3至图9中所绘制数据的运行条件相同。
具体实施方式
图1是发动机装置100的示例图，该发动机装置适于以包括甲烷和氢气的气体燃料混合物作燃料。燃料存储系统110包括存储容器111，其用于存储压缩的气体燃料混合物。在示出的实施例中，预混合的气体燃料混合物可存储在存储容器111中，该存储容器用来以预定的存储压力存储压缩的气体燃料混合物。根据本地规定来设计存储容器111，该本地规定可能详细说明为保证气体燃料混合物甚至在发生撞击的情况下都不发生泄露的安全因素，例如，如果存储容器111是可能卷入车辆碰撞的车用燃料罐。除了安全因素和设计强度要求外，本地规定通常设定最大存储压力。压缩机112可操作以将气体燃料混合物从存储容器111经后冷却器113和气体燃料供应轨116输送到燃料喷射阀120。后冷却器113在气体燃料混合物被压缩机112压缩后将其冷却。后冷却器113可以是热交换器，其中冷却液为转移自发动机冷却系统的发动机冷却剂。在优选实施例中，该燃料供应系统是共轨系统，意味着在喷射压力下将该气体燃料传输到燃料喷射阀组件120。在此共轨系统中，压力传感器115可用来测量气体燃料供应轨116中的燃料压力，从而压缩机112可用来将气体燃料喷射压力维持在预定的低设定点(set point)和高设定点之间。
在一个优选实施例中，液体引燃燃料也被直接喷射进入燃烧室122以帮助点火气体燃料混合物。在该实施例中，喷射阀组件120可包括能够独立操作的两个单独的阀针，其中一个阀针控制喷射气体燃料混合物，第二个阀针控制喷射液体引燃燃料。引燃燃料可从引燃燃料轨118输送到燃料喷射阀组件120。引燃燃料可通过常规柴油机共轨燃料供应系统(未示出)在喷射压力下输送到引燃燃料轨118。
燃料喷射阀120将气体燃料混合物直接引入燃烧室122，其通常由设置在汽缸体124内的缸孔、气缸盖，以及在缸孔内可上下移动的活塞126所限定。从进气歧管130进入燃烧室122的气流由进气门132控制，该进气门可在活塞126的进气冲程过程中打开。像常规柴油发动机一样，所公开的发动机可使用涡轮增压器(未示出)来增加进气压力或该发动机可自然吸气。燃烧产物可经排气门142从燃烧室122排出进入排气歧管140，该排气门在活塞126的排气冲程过程中打开。
电子控制器150可编程以控制压缩机112和阀114的操作，从而来控制气体燃料供应轨116中气体燃料混合物的压力。控制器150也可编程以命令打开和关闭燃料喷射阀针的正时，该燃料喷射阀针可分别控制气体燃料混合物和引燃燃料的喷射。例如，电子控制器150可编程以控制引燃燃料喷射阀，这样引燃燃料可在气体燃料喷射阀被命令打开前约1毫秒内被引入。另外，电子控制器150可编程以给打开和关闭气体燃料喷射阀定时。该燃料喷射定时可预定以响应由输入到电子控制器150的测量参数所确定的发动机运行条件，并且这些参数的输入由箭头152表示。
图2是发动机装置的另一个优选实施例的示意图，该发动机装置可以包括甲烷和氢气的气体燃料混合物作燃料。在该实施例中，燃料喷射阀220仅将气体燃料混合物喷射进燃烧室222。这种发动机不需要引燃燃料，因为点火塞228提供点火帮助。点火塞228可以是适用于在发动机运行过程中持续工作的电加热式预热塞。这不同于常规的预热塞，后者通常仅仅在一定发动机条件下被激活，诸如当发动机气缸体低于预定温度时的起动。与以天然气作燃料而没有添加氢气的发动机相比，使用包括氢气的气体燃料混合物的优点在于，因为氢气与天然气相比更容易点火，预热塞的温度与帮助点火没有混合氢气的天然气所需的温度相比可保持在较低温度。这是有利的，因为低预热塞温度通常与提高的耐用性和更长的使用寿命有关。在另一个实施例中(未示出)，点火塞可以是火花塞。
在图2示出的实施例中，除了使用点火塞228而非引燃燃料帮助开始燃料燃烧之外，示出的发动机装置基本相同。即，气缸体224中的缸孔、气缸盖225和在气缸孔内可上下移动的活塞226共同限定了燃烧室222。空气可在进气门232打开时经进气歧管230流入燃烧室222，并且电子控制器250可编程以控制打开和关闭燃料喷射阀220的定时并且控制点火塞228的温度。
图2也示出了可选择的第二燃料喷射阀240，其可用于喷射一些气体燃料进入进气歧管。虽然示出了气道燃料喷射阀，但单独的燃料喷射阀可进一步布置在进气歧管上游以将气体燃料引入所有燃烧室。第二燃料喷射阀240可用于将氢气与包括甲烷的诸如天然气的气体燃料混合物分开引入燃烧室。在这样的实施例中，甲烷和氢气在燃烧室内混合，但氢气可更加均匀地分散在燃烧室内。这种布局的一个优点是氢气不需要压缩到像直接喷射所需加压的压力一样高。另一个优点是分开喷射甲烷和氢气可使每种燃料的比例调整到适合不同的发动机运行条件。然而，该方法的一个缺点是第二燃料喷射阀增加了发动机的复杂度、资金和维护成本。
为确定一种操作直接喷射包括甲烷和氢气的气体燃料混合物的内燃机的理想方法，使用单缸发动机进行实验。该单缸发动机是一种CumminsTM ISX系列重型六缸四冲程的直喷柴油发动机，其被修改为仅仅靠一个汽缸运行。该发动机进一步适用于使用WestportTM燃料喷射和燃料供应系统来操作气体燃料。该发动机气缸的孔径为137毫米，活塞冲程为169毫米，以及单汽缸的排气量约为2.5升。连杆的长度为261毫米，以及压缩比为17：1。
因为该实验用发动机为单缸发动机，废气流的能量小得不能驱动涡轮增压器以压缩进气。为模拟涡轮增压发动机的条件，在试验中提供了空气压缩机用于燃烧空气供应。该空气压缩机装备有去除水蒸汽(露点-40℃)的冷冻式空气干燥器(refrigerated air dryer)和去除杂质的过滤器。EGR循环包括EGR冷却器和可变流量控制阀。维持废气流的压力约比进气压力大10kPa以驱动废气的再循环。
燃料系统向发动机的内部燃料轨提供气体燃料和柴油。该燃料喷射阀是两用燃料喷射阀，其可操作来分开独立喷射作为主燃料的气体燃料混合物和作为引燃燃料的柴油燃料，主燃料和引燃燃料的流动由两个同心阀针控制。分开的电磁铁驱动的控制阀可操作来控制每个阀针的动作从而控制各自的引燃燃料和主燃料喷射事件的定时和持续时间。引燃燃料喷射阀包括有7个口的喷嘴，气体燃料喷射阀包括有9个口的喷嘴，喷射角度为点火板(firedeck)下18度。在试验中采用两种单独的气体燃料源。商用天然气(～96mol％ CH4、2％ C2H6、微量N2、CO2、C3H8总计<0.5％)在外部压缩并用作参考气体。氢气-甲烷混合的气体燃料混合物可分别购买(核实标准，分析准确度±2％)，并通过单独的压缩系统供给到发动机。用作引燃燃料的是符合加拿大通用标准委员会规格CAN/CGSB-3.520的低硫(<500ppm)道路等级柴油。
气流的速率由科氏质量流量计测量(不确定度大约为满量程的1％)，其对流经气体的成份不敏感。柴油引燃流动由不确定度约为满量程10％的重力测量系统测量。空气供应由估计其不确定度为满量程3％的亚音速文氏管测量。气缸压力由不确定度为1％的埋入式安装的水冷压电式压力传感器测量，并且由分辨率为1/2曲轴转角度数(°CA)的轴角编码器(shaft encoder)将气缸压力与相关的曲轴转角(CA)联系起来。使用装备装有红外分析仪(CO2-Beckmann，CO和CH4-Siemens)、火焰电离电流计(总计未燃烧碳氢化合物(tHC)-Ratfisch)以及化学-发光分析仪(NOx-Advanced Pollution Instruments)的未经处理的废气试验台架来测量气体排放。第二红外分析仪(CaliforniaAnalytical)用来测量进气流中CO2的浓度，根据该浓度确定EGR的比例。冷水分离器用于去除非扩散红外仪器上游的水蒸汽(露点-5℃)。对于气体排气样本的可重复性研究已表明NOx的不确定性为5％，tHC和CO的为10％，包括仪器的不确定性和发动机运行条件的改变。使用微-稀释系统来测量微粒物质，在该微-稀释系统中将废气流的一部分分离出来并以15:1的系数稀释。然后使用颗粒物振荡微量天平(taperedelement oscillating microbalance)(＂TEOM＂)，Rupprecht &Pataschnick型号1105，或者使用重量分析过滤器来测量该稀释样本中载有的微粒。Pallflex EmfabTM过滤器用来采集样本，然后被称重(准确度±5μg)来计算废气流中的质量浓度。发现TEOM的结果平均比重量分析过滤器读数低8％(相关系数0.96)。在本成果中使用TEOM结果时，它们都被标以标题＂TEOM PM＂。
因为单汽缸发动机的高内部摩擦，制动性能参数不代表缸内的条件。因此，基于总指示功率测量发动机运行，该总指示功率为仅在压缩和作功冲程上缸内压力与体积曲线的积分，正如J.B.Heywood在1988年由纽约McGraw-Hill出版的“内燃发动机基本原理(InternalCombustion Engine Fundamentals)”中所描述的。由发动机速率和排量归一化的总指示功率，提供总指示平均有效压力(GIMEP)。该指示功率用于归一化燃料消耗和排放测量。该总指示具体燃料消耗(GISFC)报道了总燃料质量流量，在气体成份表示为能量基础上等效的柴油质量(低热值：柴油，42.8MJ/kg；NG，48.8MJ/kg；10％H2，50.6MJ/kg；23％ H2，52.5MJ/kg)。
缸内压力微变(trace)也可用于估计净放热率，正如下指出的：
Figure A200780011798D00201
其中θ是曲轴转角，p是在一定曲轴转角下缸内压力，V是在那点的气缸容积，γ是具体的热率(cp/cv-假设为常数)。该净放热率表示从燃烧过程释放的热量减去壁的热传递和裂缝流体损耗的速率。通过将该放热率积分到一个指定曲轴转角并根据整个循环内释放的总能量归一化，可以确定在循环内至该点所释放的能量分数。该曲线的中间点是50％的综合放热(50％ IHR)，可用于限定燃烧定时。
发动机运行也可在等效比率基础上确定(φ：实际的燃料/氧化剂与按化学计量的燃料/氧化剂之间的比率)。稀释的进气量定义为进入氧气的质量分数(Yint02)，该质量分数对于非稀释空气为0.23并且随稀释量的增加(即，增加的EGR)而减小。通过指定φ、50％IHR、GIMEP、发动机速率和进入氧气的质量分数，完全限定了发动机的运行条件。
为测试包括甲烷和氢气的气体燃料混合物所选择的试验测试条件是基于减少燃料消耗同时增加运行条件现实性的愿望。尤其是，与天然气运行相关的高排放的运行条件对确定氢气可如何有效地提高较差的天然气燃烧来说是重要的。所选的运行条件有如下特征：高EGR分数、即质量上为40％；进入氧气的质量分数(Yinto2)为0.175；800RPM的发动机转速；低负荷，即6巴的总指示平均有效压力(“GIMEP”)；以及0.5的适中φ(基于氧气的)。进行试验的燃料喷射压力为16MPa和20MPa。按体积计94％甲烷浓度的天然气是气体燃料混合物中甲烷的来源，测试了按体积计分别为10％氢气和23％氢气的混合物。为确定在一定条件范围内的影响(同时最小化运行条件所需的变化)，使用了一个燃烧定时范围。通过改变燃烧定时，可在相同基准(EGR、负荷、转速)条件下测试高度稳定条件(早定时)和非常不稳定条件(晚定时)。为提高试验的精确度，决定使用成对的测试方法，在该测试方法中首先使用天然气测试一个单点，然后使用气体燃料混合物测试(或以相反顺序)。通过固定运行条件，然后改变定时，可最小化因运行条件设定点的不可重复性所造成的变化。定时设定的复制性用来建立重复性。大部分测试以16MPa的燃料喷射压力进行，以确保所命令的喷射打开持续时期可重复(超过0.9ms)。因该压力低于在其他气体燃料直喷内燃发动机通常所使用的压力，例如以100％天然气作燃料的发动机，对天然气和气体燃料混合物都以20MPa进行了一系列测试，以确保该倾向不受该参数影响。
在图3中示出在甲烷中混合10％和23％(体积计)氢气对排放的影响。与仅使用天然气作燃料的相同发动机的数据相比，使用包括10％氢气的气体燃料混合物的测试数据表明：对于测试的喷射定时，测定的排放基本相等或有所减少。例如，测定数据显示，PM、tHC和CO的排放减少了约5％到10％。而且，值得说明的是，在燃料中添加氢气并未对发动机的运行或所测量的排放等级产生有害影响。也就是说，添加氢气对于NOX的排放没有重要影响。
应注意，绘制数据上显示的误差柱形(bars)是基于长期的不确定性估值，包括分析仪敏感度和发动机运行条件的变化。PM误差是基于比重计样品计算的不确定度。
添加23％氢气比添加10％氢气对排放有更大影响。NOX排放轻微增加但基本上未变化，然而CO、tHC和CO2(未示出)的排放却减少了。因为PM测量上的不确定性，唯一观测到的较大影响发生在最晚定时，相比以100％天然气或10％氢气的气体燃料混合物作燃料的发动机的相同定时，含有23％ H2的燃料所检测的PM大量减少。燃烧区中出现的氢气，可能因OH原子团的浓度增加而影响污染物的排放。这种高活性分子可提供未燃烧燃料和诸如CO和tHC的部分燃烧物质更加快速的氧化。也显示出氢气可有效减少因高湍流应力率(turbulentstrain-rates)导致的局部火焰熄灭，而认为局部火焰熄灭的情况产生大量的污染物排放。因为高OH浓度导致快速-NO反应的增加，NOX的排放有可能因添加氢气而轻微增加。也可能是因为添加氢气可产生更高强烈的燃烧。
所测量PM的低等级接近于仪器的测试限度。然而，在图3中显示的结果示出，甚至对于仅含10％氢气的气体燃料混合物，也可始终观察到PM上的微小减少。对于含23％氢气的气体燃料混合物，在早喷射定时可检测到PM上的相同微小减少，但是当喷射定时延迟时，可实现PM排放的更明显减少。这是PM排放与在测试晚喷射定时时通常出现的以及对以100％天然气作燃料的发动机所预测的排放存在的较大区别。这些结果表明，与仅使用甲烷或天然气作燃料的发动机不同，通过使用包括甲烷和至少23％氢气的气体燃料混合物，在低负荷、低速的发动机条件下，有可能延迟燃料喷射定时以实现NOX排放的显著减少，而不存在明显增加PM排放的通常后果。
图4中，在燃烧持续时间(10-90％的综合放热)、总指示具体燃料消耗(GISFC)、峰值放热率以及GIMEP的变化系数(COV)方面将与天然气混合的10％和23％氢气的影响与天然气燃料情况进行了比较。该GISFC显示出对定时或燃料组成没有重大影响。对于氢燃料情况(尤其是23％氢气)的晚定时，燃烧持续时间明显减少。有趣的是，对于早定时在燃烧持续时间上没有变化。这表明不同机制可能会限制在早定时和晚定时的燃烧率，在晚定时存在化学运动限制，而相比于早定时则存在混合限制条件。对于以包含按体积计23％氢气的气体燃料混合物作燃料的发动机，峰值放热率(大致相当于从燃料释放化学能量的最高速率)比该发动机使用100％天然气作燃料时平均高大约20％。当该发动机以仅包括10％氢气的气体燃料混合物作燃料时，该差别不太明显，尽管在大多数定时的峰值放热率有轻微增加。使用包括氢气和甲烷的气体燃料混合物作燃料也显著降低燃烧可变性(正如COV GIMEP所测量的)。对于包括10％氢气的气体燃料混合物，在晚燃烧定时可以观测到可变性上的显著减少。对于包括23％氢气的气体燃料混合物，在所有燃烧定时都可观察到减少的可变性，尽管可变性上的减少对于晚燃烧定时最大。燃烧可变性上的这种减少可归因于添加氢气导致火焰稳定性的增加，添加氢气对观察到的CO和tHC排放的减少有直接贡献。
图5示出了两幅柱形图，该柱形图绘出对于使用不同气体燃料混合物作燃料的发动机的引燃燃料和气体燃料点火延迟。同样，数据采集自以相同的试验测试条件运行的发动机：800RPM，6巴GIMEP，0.5φ，40％ EGR和16MPa的喷射压力。正如在图5中所示，对于试验测试条件，向天然气中添加氢气对于引燃点火延迟没有显著影响。当该发动机以包括10％氢气和90％天然气的气体燃料混合物作燃料时，在气体点火延迟方面有轻微减少。当该发动机以包括23％氢气的气体燃料混合物作燃料时，在气体燃烧延迟方面观察到平均20％的减少。这些延迟被定义为在命令开始喷射和所观测到开始燃烧之间的时间。正因如此，它们包括喷射器内的任何物理延迟，以及所喷射燃料的混合和化学延迟时间。命令开始喷射是已记录的值，而开始燃烧定时则根据检测到的放热率确定。开始引燃燃烧被认为是能量释放上的第一个明显增加。这些图上的不确定度估计为±0.5曲轴转角度数(℃A)，代表曲轴转角编码器的不确定度。开始气体燃烧位于观测到放热率迅速进一步增加的点。图6的放热图中示出了这些位置的例子。
观察到的较短气体点火延迟时间与预混合和非预混合自动点火的甲烷测试相一致，其在1997年已被C.G.Fotache、T.G.Kreutz和C.K.Law发表在“燃烧和火焰”(Combustion and Flame)第110卷第429-440页的“使用加热空气点火富有氢气的甲烷”所报道，该文示出了添加氢气可大大减少点火延迟时间。然而，Fotache等人的论文并不涉及由引燃火焰点火的非预混合的喷射流，因此与现在所公开的方法和装置并不直接具有可比性。Fotache等人的论文表明甚至对于10％氢气，点火延迟仍发生明显减少，与之相反，在图5中所示出的该试验数据表明对于所研究的内燃发动机，其使用引燃燃料帮助直接喷射的主燃料点火，在检测到显著效果之前需要更多数量的氢气。因为燃烧过程是复杂的，较短气体点火延迟可对燃烧过程产生众多影响。首先，可用于混合的时间大大减少。虽然氢气可因其高扩散能力混合得较快些，但甲烷的扩散率则基本稳定。这会导致在点火延迟时间内较少的甲烷被过度混合，从而造成tHC排放的减少。该较短点火延迟也可造成较少空气在预燃烧阶段混合进气体射流，导致在燃烧过程中产生较浓射流中心(jetcore)。该较浓射流可导致烟粒形成的增加。PM的减少(其不像CO和tHC的减少一样多)可能是烟粒形成增加(由较浓非预混合的射流引起的)和在OH原子团过程中氧化增加的结果。
图6示出，相比当该发动机以100％天然气作燃料时，对于以包括10％氢气和90％天然气的气体燃料作燃料的发动机，没有观测到由压力微变和放热率表示的缸内条件存在显著差别。在该例中，由601所示的定时是当引燃燃料喷射开始时，而602显示的是当气体燃料混合物喷射开始时的定时。在由603示出的定时发生的净放热率的第一次增加表明引燃燃料的燃烧开始，在由604示出的定时发生的净放热率的第二次增加发生表明气体燃料混合物的燃烧开始。虽然，对于0、5和15°ATDC定时的压力微变和放热率并未示出，但在这些其他定时可观测到相似的结果。当该发动机以包括23％氢气和77％天然气的气体燃料混合物作燃料时，可观测到对缸内条件更显著的影响。对于图7中所绘出的数据，为维持两个所绘制的燃烧条件(100％天然气与包括23％氢气和77％天然气的气体燃料混合物)存在相同的燃烧定时，通过将正时喷射气体燃料混合物延迟约4曲轴转角度数补偿了较短点火延迟。图7示出，对于以包括氢气和天然气的气体燃料混合物作燃料的发动机，放热率根据燃料组成和燃料喷射定时而变化。即，当该发动机以包括氢气的气体燃料混合物作燃料时，在所有的燃烧定时其峰值放热率都更高，且该峰值放热率随氢气在燃料混合物中比例的增加而增加。虽然在15°ATDC比早定时的时候放热率增加更多，但对于以包括氢气的燃料混合物作燃料的发动机峰值放热率更高——这种影响十分一致。观察到，对于天然气以及氢气和甲烷的气体燃料混合物，燃料喷射定时的影响是一致的，这是因为延迟喷射定时导致放热率减少。
对于大部分的测试，通过改变开始喷射定时(引燃燃料和主燃料定时等量调整，因气体和柴油喷射之间的相对延迟保持稳定)使放热中间点(50％ IHR)保持稳定。因该技术最大化了燃烧定时的可比性，其造成燃烧定时上的变化。为研究这一点，进行试验以采集两组数据。当发动机以相同的开始喷射定时(引燃燃料和气体燃料)运行时，从该发动机采集一组数据，此时该发动机以100％天然气作燃料，而非以包括23％氢气和77％天然气的气体燃料混合物作燃料。以相同燃料条件采集第二组数据，但调整了开始喷射定时以维持综合放热中间点的稳定燃烧定时。
这些定时调整对缸内性能的影响在图8中示出，其示出以下三种条件的缸内压力和放热率：(1)100％天然气；(2)包括23％氢气和77％天然气的气体燃料混合物，使用与100％天然气相同的定时；以及(3)包括23％氢气和77％天然气的气体燃料混合物，但调整了开始喷射定时以与100％天然气保持相同的综合放热中间点(50％ IHR)的定时。对于以100％天然气作燃料的发动机，以及对于以23％氢气作燃料但调整开始喷射定时的发动机，该数据是用于其中50％ IHR被设置为上止点后(°ATDC)10度曲轴转角的条件。虽然引燃开始燃烧(通过放热图中的第一次增加示出)对于三种条件都相当稳定，但向燃料中添加氢气可大大减少气体点火的延迟时间，如更早的主燃烧事件所示出的。正如在图9中所示，在所有综合放热中间点的定时都观测到相似的结果。当发动机在固定和调整定时下以包括氢气的气体燃料混合物作燃料时，对于该发动机观测到更短的气体点火延迟。可以认为，对于固定定时条件，气体点火延迟更短，这是因为该点火在循环中发生得较早。对于所有稳定喷射定时情况，综合放热的中间点提前了约4曲轴转角度数(℃A)。对排放的影响(未示出)与提前定时约4℃A的影响相一致。
用来采集大多数试验数据的16MPa的喷射压力，低于直接将诸如天然气的气体燃料喷射进内燃发动机燃烧室的气体燃料发动机通常所使用的压力。通常，认为高喷射压力是更理想的，19MPa和30MPa之间的喷射压力更常用。为测试喷射压力对观察结果的影响，一些试验以20MPa的燃料喷射压力反复进行。虽然这仍然大大低于最高可达到的喷射压力，但是因缸内压力较低，它提供了一个合理的喷射轨/峰值缸压比。在最早燃烧定时(这时峰值缸压最高)的最小燃料/缸压比在20MPa时为2：1，相比于16MPa喷射则为1.6：1。对于晚燃烧定时，该比值增加至3.3(相比于16MPa时的2.7)。因为在喷射期间缸压发生变化，而从喷嘴流出的气体压力因喷射器体内的流体损耗和喷嘴出口处的气体动力大大低于轨压，所以这些比值并不代表喷射器喷嘴的燃料与缸内条件之间的真实比值。然而，这些比值确实提供了一种表征喷射压力影响的方法，并提供一个基础，用于在以100％天然气作燃料的发动机和以包括氢气和甲烷的气体燃料混合物作燃料的发动机之间比较这些影响。
在图10中示出了增加喷射压力对排放的影响。较高喷射压力倾向于增加CO、PM和tHC的排放，而NOx和GISFC则不受影响。可看出，该结果对于天然气燃料和氢气-甲烷混合物燃料是一致的。在图11中示出了喷射压力对于气缸内性能的较小影响，该图绘出对于以包括按体积计23％氢气和77％天然气的气体燃料混合物作燃料的发动机在16和20MPa的压力迹和放热率。令人吃惊的是，与以相同气体燃料混合物作燃料却以较低压力喷射的发动机相比，较高喷射压力导致PM、tHC和CO排放等级的轻微增加。然而，试验结果的确示出：增加氢气造成PM、总碳氢化合物(tHC)和一氧化碳(CO)排放的减少，而对于NOx的排放没有消极影响；并且该结果对于两个喷射压力通常都相一致。因此，这些结果表明增加氢气对一个燃料喷射压力范围内的排放有积极影响。
根据所采集的试验数据，可确定某些趋势，该趋势涉及由燃料成分和燃烧定时所引起的发动机排放和燃烧稳定性。也就是说，这些趋势可从当发动机运行不同气体燃料混合物时所采集的数据中推断出，该气体燃料混合物包括100％天然气(和0％氢气)，90％天然气和10％氢气，以及77％天然气和23％氢气。当发动机以90％天然气和10％氢气作燃料时，与当相同的发动机以100％天然气作燃料时相比，观测到燃烧稳定性有所提高，发动机的排放基本相同或稍微减少。当该相同发动机以77％天然气和23％氢气作燃料时，燃烧稳定性有较大改善，并且发动机排放也有更大改善。虽然结果在图中没有示出，也同样进行了其中发动机以按体积计(在STP)35％的氢气作燃料的试验，并且在这样高氢气百分数下对排放的影响仍然有益。然而，氢气与天然气相比更难压缩，并且，对于相等能量值，与甲烷相比氢气占用更多容积，这给较高氢气百分比的气体燃料混合物带来容积流量的挑战。根据所采集的试验数据，从所进行试验观测到的排放等级，以及与在其他发动机中燃烧气体燃料混合物相关的公知常识，可合理推断出，与仅以100％天然气作燃料的发动机相比，可使用包括按体积计浓度为5％到至少60％氢气的气体燃料混合物实现改善燃烧稳定性和改善发动机排放。根据图3和图4中所绘制观测到的趋势，高氢气浓度可产生更好的燃烧稳定性(降低的燃烧可变性)和低排放，但是这些优点可被其他诸如高氢气百分比需要增加容积流量需求或者成本或氢气的可供给性等因素抵消。对于高百分数的氢气，气体燃料混合物的性能也可改变，因为与天然气相比，氢气有较低的润滑性。在一些情况下，优选的气体燃料混合物可在10％和50％氢气之间或者甚至更窄的范围，诸如15％到40％之间的氢气与天然气混合，或者20％到35％之间的氢气与天然气混合。通过具体例子，气体燃料混合物可包括甲烷和氢气，以体积百分数表示的氢气容量为12％、14％、16％、18％、20％、22％、23％、24％、25％、26％、28％、30％、32％、34％、35％、36％、38％、40％、42％、44％、46％、48％、50％中的一个以及它们之间的任何百分数。
根据试验数据，也可确定涉及燃烧定时的趋势。对于以包括氢气和甲烷的气体燃料混合物作燃料的发动机，与以100％天然气作燃料的相同发动机相比，燃烧稳定性可在较宽范围内实现。对于以包括10％氢气的气体燃料混合物作燃料的发动机，可在综合放热中间点定时出现在上止点后曲轴转角10度以及更晚时观测到该稳定性的提高。对于以包括23％氢气的气体燃料混合物作燃料的相同发动机而言，燃烧稳定性的提高可在综合放热中间点出现在上止点后5度曲轴转角时尽早观察到，并对于更晚燃烧定时燃烧稳定性的提高进一步增加。根据试验数据可推导出，以包括甲烷和按体积计至少10％氢气的气体燃料混合物作燃料的发动机，可等于或优于以100％天然气作燃料的相同发动机的燃烧稳定性和排放。即使在一种发动机运行条件下采集了大部分数据，因所选的发动机运行条件通常与高发动机排放相关，因此预测当该发动机在不同发动机条件下运行时，所测试的包括至少10％氢气和大部分甲烷的气体燃料混合物可产生类似或更优的排放和燃烧稳定性。
总之，试验结果表明，与以100％天然气作燃料的相同发动机相比，可运行直接喷射包括氢气和甲烷的气体燃料混合物的内燃发动机来降低排放并提高燃烧稳定性。在图4中GIMEP的变化系数与燃烧定时的关系图显示出添加氢气引起燃烧可变性的大量减少。该试验结果也表明，虽然与该发动机在相同条件下运行但以100％天然气作燃料相比，添加氢气可增加峰值燃烧放热率，显示更高的燃烧温度，但添加氢气并不导致NOx排放水平的增加。该结果进一步表明，与该发动机以100％天然气作燃料相比，因PM排放在晚燃烧定时减少，添加氢气可实现晚燃烧定时。该试验数据表明，与以100％天然气作燃料的发动机相同，对于以包括甲烷和氢气的气体混合物作燃料的发动机，NOx的排放等级随晚燃烧定时增加而减少。虽然对于以100％天然气作燃料的发动机，对于晚燃烧定时PM排放的骤然增加确定了燃烧定时可以延迟的限度，但是该试验结果表明，对于以包括氢气和天然气的气体燃料混合物作燃料的发动机，晚燃烧定时是可能的，因为PM排放随着燃烧定时的延迟以相对较小的斜率增加。另外发现，将其直接喷射进内燃发动机燃烧室的包括氢气和甲烷的气体燃料混合物的一个特点是，气体燃料混合物与不添加氢气的天然气相比以更短的点火延迟被点火。对于所测试的发动机条件，较短点火延迟导致提前了约4度曲轴转角的燃烧定时，如果维持了用于天然气发动机的相同喷射定时，则这导致更高的峰值缸内压力和更高的峰值放热率。可以确定，能够做出定时调整以使得燃烧特性匹配以100％天然气作燃料的发动机的燃烧特性。
虽然已示出并描述了本发明的具体元件、实施例和应用，但应理解，本发明并不限于此，这是因为对于本领域的普通技术人员可在不偏离本公开内容的范围内，尤其是根据前述所教授的内容对本发明做出修改。

Claims (46)

1.一种运行直喷内燃发动机的方法，所述方法包括将气体燃料混合物直接引入所述发动机的燃烧室，其中所述气体燃料混合物包括甲烷和在标准温度和压力下按体积计5％到60％的氢气，并且对于至少一种发动机运行条件，当将该气体燃料混合物引入所述燃烧室时，维持燃料轨与峰值缸内压力比为至少1.5:1。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体燃料混合物包括在标准温度和压力下按体积计10％到50％的氢气。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体燃料混合物包括在标准温度和压力下按体积计15％到40％的氢气。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体燃料混合物包括在标准温度和压力下按体积计20％到35％的氢气。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述甲烷是天然气的组成部分。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括预混合所述气体燃料混合物并将其以混合燃料存储在从其中可将该混合燃料传输到所述发动机的存储罐内。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括控制燃料喷射定时，从而使综合放热的中间点出现在上止点后2到30曲轴转角度数。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括控制燃料喷射定时，从而在至少一种发动机运行条件下，综合放热的中间点出现在上止点后5到15曲轴转角度数。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在开始喷射所述气体燃料混合物之前大约1毫秒内，直接将引燃燃料喷射进所述燃烧室。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述引燃燃料是十六烷值在40和70之间的液体燃料。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述液体燃料是柴油燃料。
12.根据权利要求9所述的方法，其中在发动机运行图上，所述引燃燃料在能量基础上平均为所述发动机消耗燃料的3％到10％。
13.根据权利要求9所述的方法，其中在发动机运行图上，所述引燃燃料在能量基础上平均为所述发动机消耗燃料的4％到6％。
14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述燃烧室内加热一个热表面以帮助点火所述气体燃料混合物。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述热表面由预热塞提供，并且所述方法进一步包括电加热所述预热塞。
16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括火花点火所述燃烧室内的所述气体燃料混合物。
17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述氢气与所述甲烷分开存储并将所述氢气和所述甲烷混合以形成所述气体燃料混合物。
18.根据权利要求1所述的方法，进一步包括根据发动机运行条件控制所述气体燃料混合物中氢气和甲烷的比例。
19.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所有发动机运行条件下，当将所述气体燃料混合物引入所述燃烧室时，维持燃料轨与峰值缸内压力比为至少1.5:1。
20.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在至少一种发动机运行条件下，当将所述气体燃料混合物引入所述燃烧室时，维持燃料轨与峰值缸内压力比为至少2:1。
21.根据权利要求1所述的方法，进一步包括当将所述气体燃料混合物引入所述燃烧室时，在燃料喷射阀的喷嘴口维持阻流状态。
22.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以至少16MPa(约2350psia)的喷射压力将所述气体燃料混合物喷入所述燃烧室。
23.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以至少20MPa(约2900psia)的喷射压力将所述气体燃料混合物喷入所述燃烧室。
24.根据权利要求1所述的方法，其中在压缩冲程过程中以至少约14:1的比率压缩所述燃烧室内的进气。
25.根据权利要求1所述的方法，其中在标准温度和压力下甲烷是所述气体燃料混合物按体积计的最大组份。
26.一种向内燃发动机供给燃料的方法，所述方法包括：
将气体燃料混合物直接引入所述发动机的燃烧室，其中所述气体燃料混合物包括甲烷，并且
将氢气引入所述燃烧室，从而向所述气体燃料混合物中添加氢气，其中在标准温度和压力下所述氢气表现为所述气体燃料混合物按体积计的5％到60％；并且
在至少一种发动机运行条件下，当将所述气体燃料混合物引入所述燃烧室时，维持气体燃料混合物轨与峰值缸内压力比为至少1.5:1。
27.根据权利要求26所述的方法，进一步包括将所述氢气同包括甲烷的所述气体燃料混合物预混合，并将所述气体燃料混合物和所述氢气直接引入所述燃烧室。
28.根据权利要求26所述的方法，进一步包括将所述氢气和进气预混合，并在所述活塞的进气冲程将所述氢气引入所述燃烧室。
29.根据权利要求26所述的方法，进一步包括将所述氢气与所述气体燃料混合物分开直接引入所述燃烧室。
30.一种以包括甲烷和在标准温度和压力下按体积计5％到60％氢气的气体燃料混合物作燃料的内燃发动机，所述发动机包括：
由气缸、气缸盖，以及在所述气缸内可移动的活塞限定的燃烧室；
具有布置在所述燃烧室内的喷嘴的燃料喷射阀，所述燃料喷射阀可操作以将所述气体燃料混合物直接引入所述燃烧室；
增压设备和管路，用于在至少一种发动机运行条件下，以至少1.5:1的燃料轨与峰值缸内压力比将所述气体燃料混合物输送到所述喷射阀；并且
电子控制器，其与所述燃料喷射阀的致动器通信以控制用于操作所述燃料喷射阀的定时。
31.根据权利要求30所述的发动机，其中所述发动机具有至少14的压缩比。
32.根据权利要求30所述的发动机，其中所述电子控制器可编程，以定时所述气体燃料混合物至所述燃烧室的引入，使得综合燃烧放热的中间点出现在上止点后2到30的曲轴转角度数。
33.根据权利要求30所述的发动机，其中所述电子控制器可编程，以定时所述气体燃料混合物至所述燃烧室的引入，使得综合燃烧放热的中间点出现在上止点后5到15的曲轴转角度数。
34.根据权利要求30所述的发动机，其中所述燃料喷射阀安装在所述汽缸盖内，同时所述燃料喷射阀包括布置在所述燃烧室内的喷嘴。
35.根据权利要求30所述的发动机，进一步包括第二燃料喷射阀，其可操作以将引燃燃料直接引入所述燃烧室。
36.根据权利要求35所述的发动机，其中所述第二燃料喷射阀被集成进阀组件，该组件还包括用于引入所述气体燃料混合物的所述燃料喷射阀。
37.根据权利要求36所述的发动机，其中所述第二燃料喷射阀和用于引入所述气体燃料混合物的所述燃料喷射阀可独立致动，并且所述气体燃料混合物可通过第一组喷嘴口喷射进所述燃烧室，该第一组喷嘴口不同于通过其将所述引燃燃料喷射进所述燃烧室的第二组喷嘴口。
38.根据权利要求30所述的发动机，进一步包括布置在所述燃烧室内的点火塞，其可操作以帮助气体燃料混合物的点火。
39.根据权利要求38所述的发动机，其中所述点火塞是预热塞，该预热塞可电加热以提供用于帮助所述气体燃料混合物点火的热表面。
40.根据权利要求38所述的发动机，其中所述点火塞是火花塞。
41.根据权利要求30所述的发动机，进一步包括用于存储所述气体燃料混合物的存储容器，该气体燃料混合物是充分均质的混合物且具有预定的氢气和甲烷比例。
42.根据权利要求30所述的发动机，进一步包括在其中可存储所述氢气的第一存储容器，在其中可存储包括甲烷的气体燃料的第二存储容器，以及与每个所述第一和第二存储容器相连的阀，该阀可操作以控制引入所述燃烧室的所述气体燃料混合物中的氢气和甲烷各自的比例。
43.根据权利要求42所述的发动机，其中所述电子控制器可编程，以响应于所检测的发动机运行条件而将所述气体燃料混合物中氢气和甲烷各自的比例改变到预定数量。
44.一种以包括甲烷和氢气的气体燃料混合物作燃料的内燃发动机，所述发动机包括：
由气缸、气缸盖以及在所述气缸内可移动的活塞限定的燃烧室；
具有布置在所述燃烧室内的喷嘴的第一燃料喷射阀，其中所述燃料喷射阀可操作以将甲烷直接引入所述燃烧室；
具有布置在进气歧管内的喷嘴的第二燃料喷射阀，其中所述第二燃料喷射阀可操作以将氢气引入所述进气歧管，通过该进气歧管所述氢气可流入所述燃烧室；并且
电子控制器，其与用于每个所述第一和第二燃料喷射阀的致动器通信，并用于控制操作所述第一和第二燃料喷射阀的各自定时。
45.根据权利要求44所述的发动机，进一步包括增压设备和管路，其在至少一种发动机运行条件下，以至少1.5:1的燃料轨与峰值缸内压力比将所述甲烷输送到所述第一喷射阀。
46.根据权利要求44所述的发动机，其中所述发动机具有至少14的压缩比。
CN2007800117988A 2006-03-31 2007-03-13 向内燃发动机供给氢气和甲烷作燃料的方法和装置 Active CN101421500B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA002539711A CA2539711C (en) 2006-03-31 2006-03-31 Method and apparatus of fuelling an internal combustion engine with hydrogen and methane
CA2,539,711 2006-03-31
PCT/CA2007/000431 WO2007112545A1 (en) 2006-03-31 2007-03-13 Method and apparatus of fuelling an internal combustion engine with hydrogen and methane

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101421500A true CN101421500A (zh) 2009-04-29
CN101421500B CN101421500B (zh) 2013-12-18

Family

ID=36585936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800117988A Active CN101421500B (zh) 2006-03-31 2007-03-13 向内燃发动机供给氢气和甲烷作燃料的方法和装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8091536B2 (zh)
EP (1) EP2002101B1 (zh)
KR (2) KR101402864B1 (zh)
CN (1) CN101421500B (zh)
CA (1) CA2539711C (zh)
WO (1) WO2007112545A1 (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103423584A (zh) * 2013-08-02 2013-12-04 同济大学 一种氢气/天然气双燃料高密度复合储存系统及控制方法
CN104937244A (zh) * 2012-12-14 2015-09-23 西港能源有限公司 跳转点火燃料喷射系统和方法
CN104955727A (zh) * 2013-02-22 2015-09-30 三菱重工业株式会社 天然气体燃料蒸发器、天然气体燃料供给装置、向船舶、发动机供给天然气体燃料的方法
CN105114194A (zh) * 2015-08-17 2015-12-02 沈阳航空航天大学 通用飞机双燃料发动机燃烧系统及方法
CN105114196A (zh) * 2014-05-09 2015-12-02 Ge延巴赫两合无限公司 内燃机和用于运行内燃机的方法
CN105715398A (zh) * 2014-12-19 2016-06-29 Ge延巴赫两合无限公司 用于运行火花点火式内燃机的方法
CN106337730A (zh) * 2016-09-07 2017-01-18 石家庄新华能源环保科技股份有限公司 一种氢燃料发动机系统
CN109113886A (zh) * 2017-06-23 2019-01-01 曼能解决方案（曼能解决方案德国股份公司）分公司 大型涡轮增压二冲程压燃式内燃发动机及其操作方法
CN110700953A (zh) * 2014-03-21 2020-01-17 西港能源有限公司 气体燃料直接注入式内燃发动机
CN111279064A (zh) * 2017-11-10 2020-06-12 Mtu 腓特烈港有限责任公司 用于运行内燃机的方法、双燃料喷射器机构和设立成用于执行这种方法的内燃机
CN112983655A (zh) * 2021-02-26 2021-06-18 重庆凯瑞动力科技有限公司 天然气氢气双喷射装置及其控制方法
CN114991952A (zh) * 2022-05-17 2022-09-02 一汽解放汽车有限公司 一种双燃料供给系统及汽车

Families Citing this family (68)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7467621B2 (en) 2006-10-31 2008-12-23 Caterpillar Inc. Engine and method for operating an engine
DE102007021236A1 (de) * 2007-05-07 2008-11-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug mit einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugs
DE102007036958B4 (de) * 2007-08-06 2011-11-24 Continental Automotive Gmbh Einblasvorrichtung für gasförmigen Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor, zugehöriges Verfahren sowie Steuergerät
US7769527B2 (en) * 2007-08-06 2010-08-03 Nissan Motor Co., Ltd. Internal combustion engine
US8387599B2 (en) 2008-01-07 2013-03-05 Mcalister Technologies, Llc Methods and systems for reducing the formation of oxides of nitrogen during combustion in engines
WO2011025512A1 (en) 2009-08-27 2011-03-03 Mcallister Technologies, Llc Integrated fuel injectors and igniters and associated methods of use and manufacture
US7628137B1 (en) 2008-01-07 2009-12-08 Mcalister Roy E Multifuel storage, metering and ignition system
US20120216773A1 (en) * 2009-06-30 2012-08-30 Orbital Australia Pty Ltd Injection of gaseous fuels
CN102859176B (zh) 2009-12-07 2016-01-20 麦卡利斯特技术有限责任公司 适于大型发动机应用的集成式燃料喷射器点火器以及使用和制造的相关方法
WO2011090785A2 (en) * 2010-01-19 2011-07-28 Marvin Wesley Ward System, apparatus and method for clean, multi-energy generation
JP5401352B2 (ja) * 2010-02-05 2014-01-29 株式会社ケーヒン 燃料切替制御装置及び方法
US8301359B1 (en) 2010-03-19 2012-10-30 HyCogen Power, LLC Microprocessor controlled automated mixing system, cogeneration system and adaptive/predictive control for use therewith
US8402928B2 (en) * 2010-04-08 2013-03-26 Ford Global Technologies, Llc Method for operating an engine with variable charge density
US8613263B2 (en) * 2010-04-08 2013-12-24 Ford Global Technologies, Llc Method for operating a charge diluted engine
US8991423B2 (en) 2010-05-10 2015-03-31 Go Natural Cng, Llc Fuel interface modules and related systems and methods
CN101907025A (zh) * 2010-06-28 2010-12-08 大连理工大学 内燃机多燃料燃烧系统
US8095294B1 (en) * 2010-08-19 2012-01-10 Westport Power Inc. Method for determining fuel injection on-time in a gaseous-fuelled internal combustion engine
WO2012024898A1 (zh) * 2010-08-27 2012-03-01 Jin Beibiao 小温升低熵混燃发动机
US8733543B2 (en) 2011-05-12 2014-05-27 Pro-Cyl, Llc Environmentally friendly fuel gas within a refillable and non-corrosive gas cylinder
CA2742011C (en) 2011-06-02 2012-07-17 Saskatchewan Research Council Method and system for powering an otto cycle engine using gasoline and compressed natural gas
WO2013025626A1 (en) 2011-08-12 2013-02-21 Mcalister Technologies, Llc Acoustically actuated flow valve assembly including a plurality of reed valves
US9097224B2 (en) 2011-08-15 2015-08-04 GM Global Technology Operations LLC Multi-fuel vehicle fuel control systems and methods
US9169789B2 (en) * 2011-08-15 2015-10-27 GM Global Technology Operations LLC System and method for adjusting fuel mass for minimum fuel injector pulse widths in multiple fuel system engines
US9145837B2 (en) 2011-11-29 2015-09-29 General Electric Company Engine utilizing a plurality of fuels, and a related method thereof
US20130152894A1 (en) * 2011-12-14 2013-06-20 Ford Global Technologies, Llc Stop/start engine glow plug heater control
US9440851B2 (en) 2012-05-23 2016-09-13 Herng Shinn Hwang Flex-fuel hydrogen generator for IC engines and gas turbines
US10865709B2 (en) 2012-05-23 2020-12-15 Herng Shinn Hwang Flex-fuel hydrogen reformer for IC engines and gas turbines
US9359963B2 (en) * 2012-09-20 2016-06-07 Ford Global Technologies, Llc Gaseous fuel rail depressurization during inactive injector conditions
JP6076662B2 (ja) * 2012-09-20 2017-02-08 三菱重工業株式会社 副室式ガスエンジン
US9169821B2 (en) 2012-11-02 2015-10-27 Mcalister Technologies, Llc Fuel injection systems with enhanced corona burst
US8752524B2 (en) 2012-11-02 2014-06-17 Mcalister Technologies, Llc Fuel injection systems with enhanced thrust
US9169814B2 (en) 2012-11-02 2015-10-27 Mcalister Technologies, Llc Systems, methods, and devices with enhanced lorentz thrust
US9200561B2 (en) 2012-11-12 2015-12-01 Mcalister Technologies, Llc Chemical fuel conditioning and activation
CZ305218B6 (cs) * 2012-11-14 2015-06-17 ÄŚeskĂ© vysokĂ© uÄŤenĂ­ technickĂ© v Praze, Fakulta strojnĂ­, Centrum kompetence automobilovĂ©ho prĹŻmyslu Josefa BoĹľka Palivový systém motoru a/nebo sací systém motoru a/nebo válec spalovacího motoru
US9086187B2 (en) 2012-11-21 2015-07-21 Trilogy Engineered Solutions, LLC Methods and systems for compressed natural gas (CNG)
JP6089640B2 (ja) 2012-11-30 2017-03-08 いすゞ自動車株式会社 天然ガスエンジン及び天然ガスエンジンの運転方法
JP6089639B2 (ja) * 2012-11-30 2017-03-08 いすゞ自動車株式会社 天然ガスエンジン及び天然ガスエンジンの運転方法
US9194337B2 (en) * 2013-03-14 2015-11-24 Advanced Green Innovations, LLC High pressure direct injected gaseous fuel system and retrofit kit incorporating the same
DE112013007111B4 (de) * 2013-05-24 2022-12-01 International Engine Intellectual Property Company, Llc AGR-System für wasserstoffreiches Abgas und Verfahren
US10094324B2 (en) 2013-05-30 2018-10-09 General Electric Company System and method of operating an internal combustion engine
CN105579673A (zh) * 2013-09-27 2016-05-11 西门子公司 具有燃气轮机和氢冷发电机的发电站
USD759229S1 (en) 2013-11-20 2016-06-14 Worthington Industries Fuel tank frame assembly
US9932910B2 (en) 2014-04-18 2018-04-03 Avl Powertrain Engineering, Inc. Natural gas quality sensor and method for using the same
US10233809B2 (en) 2014-09-16 2019-03-19 Southwest Research Institute Apparatus and methods for exhaust gas recirculation for an internal combustion engine powered by a hydrocarbon fuel
JP6269410B2 (ja) * 2014-09-18 2018-01-31 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
AT516289B1 (de) * 2014-10-06 2016-07-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Verfahren zum Betreiben einer Selbstzündungs-Brennkraftmaschine
WO2016070291A1 (en) * 2014-11-06 2016-05-12 Westport Power Inc. Combustion chamber geometry
US10125726B2 (en) * 2015-02-25 2018-11-13 Southwest Research Institute Apparatus and methods for exhaust gas recirculation for an internal combustion engine utilizing at least two hydrocarbon fuels
US9488113B2 (en) * 2015-03-09 2016-11-08 Robert Bosch Gmbh Gaseous fuel engine and method of operating
CN107636285B (zh) * 2015-04-09 2021-07-02 西港能源有限公司 用于气体燃料发动机中的预混混合气的点火设备以及方法
US9797349B2 (en) 2015-05-21 2017-10-24 Southwest Research Institute Combined steam reformation reactions and water gas shift reactions for on-board hydrogen production in an internal combustion engine
CN104929819A (zh) * 2015-06-19 2015-09-23 大连聚合易孚科技有限公司 利用氢气助燃以降低内燃机尾气排放及节能方法
US9657692B2 (en) 2015-09-11 2017-05-23 Southwest Research Institute Internal combustion engine utilizing two independent flow paths to a dedicated exhaust gas recirculation cylinder
JP6332320B2 (ja) 2016-04-11 2018-05-30 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US9874193B2 (en) 2016-06-16 2018-01-23 Southwest Research Institute Dedicated exhaust gas recirculation engine fueling control
US10626790B2 (en) 2016-11-16 2020-04-21 Herng Shinn Hwang Catalytic biogas combined heat and power generator
US10495035B2 (en) 2017-02-07 2019-12-03 Southwest Research Institute Dedicated exhaust gas recirculation configuration for reduced EGR and fresh air backflow
CZ308272B6 (cs) 2017-07-04 2020-04-08 ÄŚeskĂ© vysokĂ© uÄŤenĂ­ technickĂ© v Praze Zážehový plynový spalovací motor
NO343554B1 (no) 2017-08-14 2019-04-01 Lars Harald Heggen Nullutslipps fremdriftssystem og generatoranlegg med ammoniakk som brennstoff
CN110500176A (zh) * 2019-08-16 2019-11-26 潍柴西港新能源动力有限公司 热电联产燃气机组及其主供电模式与主供热模式控制方法
CN111305977A (zh) * 2020-02-18 2020-06-19 哈尔滨工程大学 一种氢气天然气全比例可变双燃料发动机
JP7213929B1 (ja) * 2021-09-21 2023-01-27 ヤンマーホールディングス株式会社 エンジンシステム及び気体燃料燃焼方法
US11885270B2 (en) 2021-09-22 2024-01-30 Michael D. Mercer Energy utilization system
IT202100030989A1 (it) * 2021-12-09 2023-06-09 Fpt Ind Spa Sistema di alimentazione di un motore ad accensione comandata
US20230358186A1 (en) * 2022-05-05 2023-11-09 Caterpillar Inc. Dual fuel engine operating strategy for optimized hydrogen and hydrocarbon fueling
CN115234368B (zh) * 2022-07-15 2024-05-07 东风本田发动机有限公司 一体化制氢式射流点火装置及氨燃料发动机控制系统
CZ309654B6 (cs) * 2022-09-08 2023-06-14 ATOMA - tepelná technika, s.r.o. Recirkulační okruh spalovacího zařízení pro spalování směsi zemního plynu a vodíku
EP4357598A1 (en) * 2022-10-17 2024-04-24 Volvo Truck Corporation Control of injection pressure for high pressure direct injection systems

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5787864A (en) * 1995-04-25 1998-08-04 University Of Central Florida Hydrogen enriched natural gas as a motor fuel with variable air fuel ratio and fuel mixture ratio control
CN1460149A (zh) * 2000-02-11 2003-12-03 韦斯特波特研究公司 用于内燃机中气态燃料的引入及控制燃烧的方法和装置
US6659071B2 (en) * 2000-05-08 2003-12-09 Cummins Inc. Internal combustion engine operable in PCCI mode with early control injection and method of operation
WO2005031142A1 (en) * 2003-09-30 2005-04-07 Westport Research Inc. Method for injecting gaseous fuels into an internal combustion engine at high pressures

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4742801A (en) * 1987-08-13 1988-05-10 Erik Kelgard Dual fuel mobil engine system
JPH02119642A (ja) * 1988-10-28 1990-05-07 Suzuki Motor Co Ltd 液化ガス内燃機関
EP0793772A1 (en) * 1991-09-05 1997-09-10 McAlister, Roy E. Method and apparatus for operation of engines
US5727864A (en) * 1996-07-08 1998-03-17 Harley-Davidson Motor Company Motorcycle light support assembly
US6484699B2 (en) * 2000-03-06 2002-11-26 Marius A. Paul Universal fuel injection system
EP1373695B1 (en) * 2001-04-06 2008-07-30 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Method of operating internal combustion engine injected with critical water
CA2524146C (en) * 2005-11-18 2008-05-13 Westport Research Inc. Direct injection internal combustion engine and method of making and operating same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5787864A (en) * 1995-04-25 1998-08-04 University Of Central Florida Hydrogen enriched natural gas as a motor fuel with variable air fuel ratio and fuel mixture ratio control
CN1460149A (zh) * 2000-02-11 2003-12-03 韦斯特波特研究公司 用于内燃机中气态燃料的引入及控制燃烧的方法和装置
US6659071B2 (en) * 2000-05-08 2003-12-09 Cummins Inc. Internal combustion engine operable in PCCI mode with early control injection and method of operation
WO2005031142A1 (en) * 2003-09-30 2005-04-07 Westport Research Inc. Method for injecting gaseous fuels into an internal combustion engine at high pressures

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10450975B2 (en) 2012-12-14 2019-10-22 Westport Power Inc. Skip-fire fuel injection system and method
CN104937244B (zh) * 2012-12-14 2017-12-05 西港能源有限公司 跳转点火燃料喷射系统和方法
CN104937244A (zh) * 2012-12-14 2015-09-23 西港能源有限公司 跳转点火燃料喷射系统和方法
CN104955727A (zh) * 2013-02-22 2015-09-30 三菱重工业株式会社 天然气体燃料蒸发器、天然气体燃料供给装置、向船舶、发动机供给天然气体燃料的方法
CN103423584A (zh) * 2013-08-02 2013-12-04 同济大学 一种氢气/天然气双燃料高密度复合储存系统及控制方法
CN103423584B (zh) * 2013-08-02 2015-06-03 同济大学 一种氢气/天然气双燃料高密度复合储存系统及控制方法
CN110700953A (zh) * 2014-03-21 2020-01-17 西港能源有限公司 气体燃料直接注入式内燃发动机
CN110700953B (zh) * 2014-03-21 2022-05-24 西港燃料系统加拿大公司 气体燃料直接注入式内燃发动机
CN105114196A (zh) * 2014-05-09 2015-12-02 Ge延巴赫两合无限公司 内燃机和用于运行内燃机的方法
CN111502837A (zh) * 2014-05-09 2020-08-07 Ge延巴赫两合无限公司 内燃机和用于运行内燃机的方法
CN105715398A (zh) * 2014-12-19 2016-06-29 Ge延巴赫两合无限公司 用于运行火花点火式内燃机的方法
CN105715398B (zh) * 2014-12-19 2019-07-19 Ge延巴赫两合无限公司 用于运行火花点火式内燃机的方法
US10641190B2 (en) 2014-12-19 2020-05-05 Innio Jenbacher Gmbh & Co Og Method for operating a spark ignited engine
CN105114194A (zh) * 2015-08-17 2015-12-02 沈阳航空航天大学 通用飞机双燃料发动机燃烧系统及方法
CN106337730B (zh) * 2016-09-07 2018-09-28 石家庄新华能源环保科技股份有限公司 一种氢燃料发动机系统
CN106337730A (zh) * 2016-09-07 2017-01-18 石家庄新华能源环保科技股份有限公司 一种氢燃料发动机系统
CN109113886A (zh) * 2017-06-23 2019-01-01 曼能解决方案（曼能解决方案德国股份公司）分公司 大型涡轮增压二冲程压燃式内燃发动机及其操作方法
CN109113886B (zh) * 2017-06-23 2021-12-31 曼能解决方案（曼能解决方案德国股份公司）分公司 大型涡轮增压二冲程压燃式内燃发动机及其操作方法
CN111279064B (zh) * 2017-11-10 2022-05-17 罗尔斯·罗伊斯解决方案有限公司 用于运行内燃机的方法、双燃料喷射器机构和设立成用于执行这种方法的内燃机
CN111279064A (zh) * 2017-11-10 2020-06-12 Mtu 腓特烈港有限责任公司 用于运行内燃机的方法、双燃料喷射器机构和设立成用于执行这种方法的内燃机
CN112983655A (zh) * 2021-02-26 2021-06-18 重庆凯瑞动力科技有限公司 天然气氢气双喷射装置及其控制方法
CN114991952A (zh) * 2022-05-17 2022-09-02 一汽解放汽车有限公司 一种双燃料供给系统及汽车
CN114991952B (zh) * 2022-05-17 2024-04-09 一汽解放汽车有限公司 一种双燃料供给系统及汽车

Also Published As

Publication number Publication date
KR101402864B1 (ko) 2014-06-03
WO2007112545A8 (en) 2008-02-14
US8091536B2 (en) 2012-01-10
WO2007112545A1 (en) 2007-10-11
KR20090005126A (ko) 2009-01-12
KR101352131B1 (ko) 2014-01-14
CA2539711A1 (en) 2006-06-11
CN101421500B (zh) 2013-12-18
EP2002101A4 (en) 2010-05-12
CA2539711C (en) 2009-06-09
EP2002101B1 (en) 2015-05-06
US20090120385A1 (en) 2009-05-14
EP2002101A1 (en) 2008-12-17
KR20130111634A (ko) 2013-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101421500B (zh) 向内燃发动机供给氢气和甲烷作燃料的方法和装置
US8469009B2 (en) Method and apparatus of fuelling an internal combustion engine with hydrogen and methane
Deng et al. Experimental study on combustion and emission characteristics of a hydrogen-enriched compressed natural gas engine under idling condition
Nwafor Effect of advanced injection timing on the performance of natural gas in diesel engines
Saravanan et al. An experimental investigation on hydrogen fuel injection in intake port and manifold with different EGR rates.
Hlaing et al. Effects of volume and nozzle area in narrow-throat spark-ignited pre-chamber combustion engines
CN102216598A (zh) 气体燃料发动机进气密度控制系统
Shenghua et al. Combustion characteristics of compressed natural gas/diesel dual-fuel turbocharged compressed ignition engine
Geok et al. Experimental investigation of performance and emission of a sequential port injection natural gas engine
Agarwal et al. Multi-dimensional modeling of ignition, combustion and nitric oxide formation in direct injection natural gas engines
Li et al. Experimental investigation of the knock and combustion characteristics of CH4, H2, CO, and some of their mixtures
Supeni et al. Experimental and modeling investigation of the performance characteristics on diesel HCCI with hydrogen additive-a review
Rameez et al. Estimation of assorted injection schedules on hydrogen-diesel dual fuel and reactivity controlled compression ignition modes in a medium duty automotive engine
Choi et al. Effect of Hydrogen Enriched LPG Fuelled Engine with Converted from a Diesel Engine
Sathishkumar et al. Parametric investigation on hydrogen driven homogeneous charge compression ignition mode with advanced diesel injection using chemical kinetics based numerical model
Patterson et al. Experimental study of the performance and emissions characteristics of a small diesel genset operating in dual-fuel mode with three different primary fuels
Basha et al. Evaluation of performance & emission characteristics of an acetylene aspirated diesel engine
Saravanan et al. Hydrogen-diesel dual fuel combustion in a direct injection diesel engine
Liu et al. Lessons From the Conversion of a Heavy-Duty Compression Ignition Engine to Natural Gas Spark Ignition Operation
Stewart et al. A three-zone heat-release rate model for dual-fuel combustion
Boretti et al. Numerical study of a turbocharged, jet ignited, cryogenic, port injected, hydrogen engine
Krishnan Experimental investigations and phenomenological simulation of combustion in a low pilot-ignited natural gas engine with a focus on advanced injection timings
Papagiannakis Comparative Evaluation of the effect of partial substitution of diesel fuel by natural gas on performance and emissions of a fumigated dual fuel diesel engine
Liu An experimental and analytical investigation into the combustion characteristics of HCCI and dual fuel engines with pilot injection
Fang et al. Study on a pre-mixed charge compression ignition engine by dimethoxymethane port injection

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant