CN116848316A - 用于在具有排放控制系统的发动机中使用生物燃料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

内燃机，包括柴油发动机，能够通过确保排放系统始终使用合适的燃料执行再生过程来使用替代燃料安全且有效地运行。与发动机的燃料输送系统和排放控制系统通信的电子控制单元禁止再生活动，直到存在合适的燃料，等待直到再生事件完成，然后指示发动机使用替代燃料继续运行。

Description

用于在具有排放控制系统的发动机中使用生物燃料的方法和 设备
相关申请的交叉引用
本申请是国际申请，其要求2021年1月14日提交的题为“Method and Apparatusfor Using Biofuels in Engines Having Emission Control Systems”的美国临时申请No.63/137,433的权益，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
替代燃料在环境影响和可持续性方面具有明显的优势。因此，世界各地对替代燃料的部署和监管运动表现出显著且日益增长的兴趣，这正在推动社会使用越来越低排放的燃料。生物燃料(即，源自生物来源、非石油或原油来源的燃料)尤其已显示出前景。
然而，生物燃料具有不同的物理和化学特征，使得不一定允许在不修改发动机、排放控制系统、或发动机和排放控制系统两者的情况下立即使用诸如生物燃料之类的替代燃料来代替石油基燃料。
本领域技术人员将认识到，存在一种称为“可再生烃柴油”(“RHD”)的柴油燃料。这种燃料由通过使用植物油或动物脂肪制造柴油燃料的精炼过程产生，其与由原油精炼获得的柴油燃料几乎没有区别。当本申请中使用术语“柴油”时，应将其解释为包括从石油、从植物油(例如RHD产品)精炼的柴油燃料或其他普遍认可的燃料，例如，排放系统设计使用其运行的低生物柴油混合物(1％-20％生物柴油与石化柴油混合)。
存在两大类排放物通常受到监管，一般称为“尾气”排放物和“生命周期”排放物。尾气排放物是发动机中燃料直接燃烧的产物。大多数尾气排放物被视为污染物。通过发动机的排气系统将这些排放物从发动机排出。它们通常是局部的并且是发动机运行的直接产物。另一方面，生命周期排放物通常是碳型排放物，所述碳型排放物考虑了燃料从其来源到其终端使用的总排放物贡献。生命周期排放物按“从油井到车轮”的方式进行计算，也就是说，生命周期排放物被确定为从来源到终端使用的能源/排放物平衡。
对于石油基燃料而言，这些生命周期排放物包括从原油开采作业、全球运输作业、加工和精炼、运输和交付到终端使用燃烧排放物的总排放周期。另一方面，生物燃料生命周期排放物通常具有非常低的中性甚至负的总排放物。在一些计算中，生物燃料可以考虑在生长、生产过程中在生物物质中封存或由于二次废物流而产生的负碳并且结合来自精炼、运输和交付的排放物以及终端使用燃烧排放物。由于碳型生命周期排放物非常低并且在某些情况下甚至为负，生物燃料对于经济脱碳具有重要价值。由于对降低尾气排放物和生命周期排放物的监管要求和消费者要求不断提高，生物燃料变得越来越具有吸引力并且被以更高的体积和浓度引入最初为传统石油基燃料所设计的发动机和排放系统中使用。
为了响应降低尾气排放物的监管要求，发动机制造商多年来一直试图减少这些排放物并且减少它们可能含有的危险污染物。原始设备发动机制造商(每个称为“OEM”)开发了各种技术，每种技术都具有不同的方法。常见的示例包括废气再循环(“EGR”)阀、柴油氧化催化剂(“DOC”)、选择性催化还原(“SCR”)系统和柴油颗粒过滤器(“DPF”)。
EGR阀将发动机的部分惰性废气重新引导回发动机进气系统，使得这些气体可以稀释燃烧室的总O2含量并且降低峰值气缸温度，以试图减少目标废气，例如NOx。
DOC使用催化剂氧化柴油废气排放物，以通过将一氧化碳(“CO”)和碳氢化合物(“HC”)转化为二氧化碳(“CO2”)和水蒸气来减少污染物。可以单独使用独立的DOC来减少尾气排放物，也可以与其他后处理部件一起使用来预调节或预处理废气。
SCR系统是主动排放控制系统，所述主动排放控制系统实时监测发动机氮氧化物(“NOx”)排放物并且使用液体还原剂(通常是高纯度尿素)，所述液体还原剂被配设到与废气混合的废气流中，以与特定类型的催化剂发生反应，用于减少NOx排放。借助于与催化剂有关的专用SCR计量配给喷射器引入高纯度尿素，这导致产生N2、H2O和CO2的化学反应。
DPF是涂有催化剂的一次过滤器基材，其设计成收集柴油碳烟和灰分以及来自曲轴箱油燃烧和气缸消耗的其他副产物。然而，副产物是固体而且随着这些颗粒积聚最终堵塞颗粒过滤器，排气背压增加并且因需要执行额外的功来将废气推动通过DPF并从排气系统排出而降低了发动机的整体效率。这种效率损失会显著降低发动机的燃料效率并因而发动机的总体运行成本。由于碳烟和其他颗粒的快速积聚，必须设有清洁DPF的程序，其可以在发动机运行的同时启动。正如本领域技术人员将认识到的那样，这可以通过称为由“再生事件”启动的过滤器再生的程序来实现。
从广义上讲，“再生事件”是通过暂时将额外的燃料引入或“计量配给(dosing)”到发动机或排气系统的某些区域以提高该区域的运行温度并且焚烧碳烟和灰分来实现的。在现有技术中，这通常利用由计量配给模块控制的计量配给喷射器来实现，所述计量配给模块考虑包括模块处的燃料温度和燃料压力、燃料的粘度特性以及确定排放处理之后的排气温度的参数。现有技术中已知的各种系统都能够确定DPF何时需要再生并且根据需要不时地开始再生事件。在现有技术中，这通常使用与发动机运行使用的相同的石油基柴油燃料来实现。
这些排放控制技术或排放控制系统可以单独或组合使用，导致发动机排放物减少和较低的尾气排放物，从而使发动机能够满足不断提高的监管排放物标准。虽然这些系统通常被视为在减少发动机的有害排放物方面是有效的，但它们设计用于与这样的燃料、特别是与从石油和原油中提取的柴油燃料一起使用。
现在考虑DPF和DOC再生的类别，现有技术中描述了两种实现此目的的方法：主动热再生和被动热再生。
如上所述，主动再生采用利用额外的热量来氧化碳烟颗粒的热再生。额外的热量输入可以来自多种来源，包括：通过临时改变发动机控制策略(特别是燃料/空气混合物)来提高排气温度；借助于专用碳氢化合物(在现有技术中，柴油燃料)计量配给喷射器将额外的燃料喷射到废气流中；在排气冲程将额外的燃料喷射到气缸中(有时称为气缸后喷射)；或偶尔对废气进行电加热。主动热再生通过引入热量、O2和NO2的各种组合来氧化颗粒和碳烟，以产生危害较小的气态副产物，例如CO2。
在正常运行状态期间不引入热量或其他元素或化合物来氧化颗粒和碳烟的系统被称为被动再生系统。被动系统利用催化剂来降低碳烟或特定物质的氧化温度，使得它们可以被从排气系统中清除掉。
不幸的是，到目前为止，对于生物燃料在发动机和排放控制系统设计方面的未来使用的考虑有限。如上所述，当今绝大多数发动机最初都是旨在与传统柴油燃料一起使用。当前系统和部件的不兼容性与对生物燃料利用的日益增长的需求的融合成为问题，这是因为生物燃料通常具有与其传统对应物截然不同的特性。因此，一些生物燃料与当前排放控制系统设计不一致。为了发动机和排放系统的长期可靠性并且为了实现碳减排的目标，对这些现有系统进行修改和重新配置不仅是可取的而且是必要的。使用高浓度生物燃料(例如，生物柴油燃料)时，诸如闪点、氧化、喷雾模式和金属成分之类的特性都可能对OEM排放系统产生不利影响并且在这些系统的运行中必须加以考虑。否则，在柴油发动机中使用生物柴油可能会导致OEM排放控制系统无效运行，甚至被损坏，特别是那些配备有临时向发动机和/或排放控制系统的某些部分喷射或“计量配给”额外量的燃料的喷射器的系统。
最令人担忧的不利影响之一是未燃烧的燃料在排放系统中的积聚。这种积聚是由于生物柴油比柴油具有更高的粘度和闪点。液滴的雾化和喷雾模式与生物燃料闪点的增加相结合，导致OEM排放控制系统的性能低于标准以及导致热再生事件的燃烧不完全。这种不完全燃烧可能会导致排气系统中未燃烧的燃料积聚，然后所述未燃烧的燃料可能会点燃，从而导致发动机排气系统中的不受控的燃料燃烧。另外，由于喷射器喷雾模式的几何结构与生物燃料或生物燃料混合物的特性以及这些燃料特性本身不兼容，借助于OEM计量配给喷射器喷射生物柴油可以导致：DOC/DPF元件被未燃烧的燃料涂敷；DPF面堵塞；不完全燃烧；计量配给喷射器结垢；由于排气系统中未燃烧的燃料积聚而导致从废气中排放出过多的烟雾，这些烟雾可能会点燃并且导致排气系统中的不受控的燃料燃烧；以及催化剂失活，所有这些都可能导致后处理系统严重损坏(如果不是发动机本身)。
尽管本文讨论的实施例涉及生物柴油燃料的使用，但是本领域技术人员将认识到这些方法和系统修改方案能够应用于用于柴油、汽油和气体燃料发动机的各种生物燃料和排放系统。因此，本发明的目的是提供用于使得现有发动机排放控制系统能够与使用石油基燃料、RHD、生物燃料或这些的组合的发动机一起运行的方法和设备。
本发明的另一个目的是防止将生物燃料引入到不能有效使用所述生物燃料的排放控制系统中。
又一目的是防止发动机中的生物燃料到达未设计成接收所述生物燃料的计量配给喷射器。
另一个目的是提供一种用于允许在配备有排放控制系统的发动机中使用石油基燃料、RHD和生物燃料的自动化程序。
又另一个目标是允许发动机使用生物燃料，同时保留其OEM计量配给喷射器。
又一个目的是提供一种改进的计量配给喷射器，其不需要对OEM燃料供应系统进行大量修改。
发明内容
提供以下发明内容以简化的形式介绍概念的选择，这些概念在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容无意于识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也无意于用于限制所要求保护的主题的范围。
公开了一种修改发动机的运行的方法，该方法使得发动机能够利用第一燃料和第二燃料运行并且包括为终端提供燃料输送系统、电子控制单元和排放控制系统的步骤。电子控制单元被配置成至少与排放控制系统和燃料输送系统通信。发动机使用第二燃料运行，所述第二燃料是替代燃料，例如可再生燃料、生物燃料或生物柴油。
当发动机使用第二燃料运行时，电子控制单元可以禁止发动机中的正常再生时间表或程序，但是将从排放控制系统接收需要再生事件的通知。在这种情况下，电子控制单元将与燃料输送系统通信，以在再生事件发生之前将所述燃料输送系统向发动机的燃料输送切换为第一燃料。
在某些实施例中，所公开的方法还包括在将第一燃料供应到排放控制系统之前在再生事件前从发动机或仅从排放控制系统吹扫第二燃料。在其他实施例中，再生事件被延迟直到排放控制系统被吹扫。一旦完成再生事件，所公开的方法便可以引导第二燃料再次输送到发动机以恢复运行。
在所公开的实施例中，排放控制系统包括与发动机的燃料输送系统流体连通的计量配给喷射器、计量配给燃料管线和计量配给冲洗阀。当请求再生事件时，电子控制单元指示计量配给冲洗阀通过向燃料输送系统供应第一燃料而将第二燃料从计量配给喷射器和计量配给燃料管线中冲洗出去。在又一些实施例中，排放控制系统包括仅与第一燃料流体连通的计量配给喷射器。
在某些其他实施例中，所公开的修改发动机运行以使得能够利用第一燃料和第二燃料运行的方法包括为发动机提供电子控制单元、燃料输送系统和排放控制系统，所述燃料输送系统包括用于包含第一燃料的第一燃料容器和用于包含第二燃料的第二燃料容器，所述电子控制单元被配置成与排放控制系统和燃料输送系统通信。
接下来，发动机使用第二燃料运行，排放控制系统通知电子控制单元何时到了再生事件的时间。在某些实施例中，第一燃料被直接供应到排放控制系统，通常供应到计量配给喷射器。在某些其他实施例中，向发动机供应第一燃料。
附图说明
为了更全面地理解本发明的本质和优点，应当结合附图参考以下详细描述，其中：
图1A是旨在与作为第一燃料的柴油燃料一起使用的工厂或OEM排放控制系统的示意图。
图1B是图1A中的系统的简化示意图，其包括实施例1中描述的修改和特征。
图1C是图1B所示的配置的更详细的示意图，其包括对应的附图标记。
图2A是旨在与作为第一燃料的柴油燃料一起使用的工厂或OEM排放控制系统的简化示意图，其在排放控制系统中包括计量配给喷射器。该图也能够应用于实施例3和实施例4。图3A和图4A未示出，但应当理解，它们与图2A类似。
图2B是图2A中的系统的示意图，其包括实施例2中描述的修改和特征。
图2C是图2B所示的配置的更详细的示意图，其包括对应的附图标记并且包括实施例2中描述的修改和特征。
图3B是图2A所示的配置的示意图，其包括实施例3中描述的修改和特征。
图3C是图3B所示的配置的更详细的示意图，其包括对应的附图标记并且包括实施例3中描述的修改和特征。
图4B-1是包括实施例4中描述的修改和特征的配置的简化示意图。
图4B-2是实施例4的替代配置的简化示意图。
图4C是实施例4的另一种替代配置的简化示意图。
图4D是实施例4中描述的配置，具体地是图4B-2的简化示意图，其同样包括对应的附图标记并且包括实施例4中描述的修改和特征。
本领域技术人员将认识到，这些图是以其最广泛描绘示出本发明及其方面和特征的示意图。实际的现场系统可能包括本领域已知的辅助部件，在这些图中示出所述辅助部件中的一些。应当理解的是，为了清楚和说明的目的，本文未示出额外的不太重要的部件。
具体实施方式
下面结合附图提供的详细描述旨在作为示例的描述，而不旨在代表可以构造或利用本示例的唯一形式。该描述阐述了示例的功能以及用于构造和操作示例的步骤顺序。然而，相同或等同的功能和顺序可以通过不同的示例来实现。
对“一个实施例”、“一实施例”、“一示例性实施例”、“一个实施方式”、“一实施方式”、“一个示例”、“一示例”等的引用表示所描述的实施例、实施方式或示例可以包括特定特征、结构或特性，但是每一个实施例、实施方式或示例不一定包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指同一实施例、实施方式或示例。此外，当结合一实施例、实施方式或示例描述特定特征、结构或特性时，应当理解的是，无论是否明确描述，这样的特征、结构或特性都可以结合其他实施例、实施方式或示例来实施。
为了提供对所描述的主题的一个或多个方面的透彻理解，阐述了许多具体细节。然而，应当理解，这些方面可以在没有这些具体细节的情况下被实践。虽然某些部件以框图形式示出以描述一个或多个方面，但是应当理解，可以由多个部件执行由单个部件所执行的功能。类似地，单个部件可以被配置成执行被描述为由多个部件所执行的功能。
本文公开的发明主要设计用于能够使用诸如柴油燃料之类的燃料和诸如生物柴油之类的生物燃料的发动机。为了清楚起见并避免冗长，术语“生物柴油”将用于指代来自非石油基来源的替代燃料，例如生物柴油。在这方面，本领域技术人员将认识到，这些替代的非石油基燃料可以包括基于纯植物油的燃料、基于热解衍生的生物油的燃料和解聚塑料燃料，以及本领域技术人员将认识到使用汽油/乙醇混合物的汽油发动机中的类似型式的排放系统。所公开的发明在一些情况下应涉及第一燃料和第二燃料。第一燃料应参考OEM预期燃料，如柴油，第二燃料应参考替代燃料，如生物柴油。该术语还应当用于将柴油燃料供应系统描述为第一燃料供应系统，将生物柴油燃料系统描述为第二燃料供应系统。共用共享的燃料系统部件应被描述为燃料输送系统或共用发动机燃料系统，并且是指在一些实施例中第一燃料和第二燃料之间共享的燃料输送系统部件。
本发明包括关于排放系统的具体配置的实施例并且可以部分地或整体地使用所述实施例。
为了清楚和说明的目的，将首先以图表形式然后以叙述形式呈现这些实施例的概述。
图1A和图2A示出了用于在柴油发动机上使用的两种典型的现有技术排放控制系统。图1A不包括作为排放控制系统的一部分的计量配给喷射器，而图2A包括该特征。
实施例1
表格中阐述的实施例1涉及在实际发动机气缸中具有计量配给喷射的DOC/DPF系统。现有技术中创建再生事件的一种方法是“气缸内”计量配给，在此期间额外的燃料(现有技术考虑第一燃料/柴油燃料)在发动机循环的排气冲程期间被喷射到每个气缸的燃烧室中。该系统没有单独的计量配给喷射器。这些额外的燃料由排气冲程推入排气系统，然后被DOC或DPF系统氧化，以为再生事件创造必要的条件。当尝试使用生物燃料(例如，生物柴油)时，存在两种主要危险：i)燃料可能会从气缸壁渗出并污染曲轴箱油，从而导致加速聚合以及通过损害曲轴箱油按预期实施功能的能力而增加额外的维护要求和/或额外的磨损；ii)当为生物燃料时，喷射的燃料与柴油燃料相比具有不同的闪点和燃烧特性，这可能导致面堵塞(燃料在DOC或DPF表面上堆积)或再生过程的不正确完成。
为了解决这些问题，在能够使用柴油燃料(第一燃料)和诸如生物柴油燃料之类的生物燃料(第二燃料)的双燃料系统中，该实施例使得发动机的燃料输送系统在再生事件开始之前恢复到第一燃料，以便允许仅使用第一燃料完成气缸内计量配给。另外，在该实施例中，再生事件可以被延迟，直到来自燃料喷射器内部的所有第二燃料已经被发动机消耗或者在任何额外的气缸内计量配给燃料开始喷射之前返回第二燃料箱。一旦已经完成再生事件，双燃料系统的第二燃料部分便将重新参与(engage)以便向发动机供应第二燃料。该实施例还包括用于控制双燃料系统的独立电子控制系统，所述独立电子控制系统利用和/或接收来自OEM排放控制系统的信息和数据(例如，压力差和碳烟负载)，以确定何时需要再生事件。本领域技术人员将认识到，在OEM配置包括发动机的情况下，独立电子控制系统对于双燃料系统的控制并不是严格必要的，或排放控制系统电子控制器具有额外的输入、输出和处理能力来控制双燃料系统的部件。
在一个实施例中，第二燃料系统电子控制模块与发动机、后处理或排放控制系统的、控制再生事件的电子控制模块通信。当第二燃料系统参与时，电子控制单元广播消息以禁止排放控制系统启动再生。当DPF系统请求再生事件时，控制第二燃料系统的电子控制单元维持禁止消息的广播并且使用再生请求作为触发器以将燃料系统切换回第一燃料供应系统。在此过程中，电子控制器关闭燃料供应阀(从而将第一燃料输送到发动机中)。在基于发动机和燃料输送系统中第二燃料的体积计算出的延迟后(目标是第二燃料已被从发动机和共用燃料管线冲洗出去并且返回到第二燃料箱)，此时回流阀停用，从而使发动机处于从第一燃料箱抽吸并返回到第一燃料箱的状态。该实施例的具体运行状况(例如，发动机排量、喷射器燃料体积、发动机负载、燃料消耗等等)被纳入延迟计算中以确保燃料输送系统和喷射器中的第二燃料已被完全冲洗掉。一旦完成冲洗过程，电子控制单元就停止广播禁止消息并允许针对第一燃料继续再生过程。一旦完成再生事件，系统就能够重新使用第二燃料运行。
所提出的默认实施例使用由电子控制单元的致动来控制的机电电磁阀。本领域技术人员将认识到，用于在两个流体系统之间进行选择的其他方法也是可行的，例如利用差压进行流体选择的止回阀的组合。这些附加实施例仍然允许系统实现期望的结果并且如果应用实用性要求的话则适合使用。
所提出的默认实施例使用用于第二燃料系统的附加电子控制模块，本领域技术人员将认识到，利用合适的配置，发动机、后处理或其他系统的电子控制模块可以控制第二燃料系统的功能。
图1A示出了总体上由附图标记9表示的OEM燃料系统。在该图中，来自燃料箱8的第一燃料由低压泵12和高压泵13通过燃料管线11和第一燃料过滤器10输送至发动机5。发动机5还设置有OEM发动机控制单元(“ECU”)7和总体上由附图标记15表示的第一OEM排放控制系统。OEM排放控制系统15包括排放控制/后处理控制模块(“ACM”)28，所述排放控制/后处理控制模块通过通信连接件57与OEM ECU7和OEM排放系统15通信。该特定系统还包括柴油氧化催化剂(“DOC”)24、柴油颗粒过滤器(“DPF”)25和选择性催化还原(“SCR”)系统26。本领域技术人员将认识到，这些独立系统可以根据关于发动机5的特性单独使用或以任何组合使用。
现在参考图1B，其当前包括燃料系统20，所述燃料系统包括允许发动机5使用第一燃料和第二燃料两者的修改方案，当燃料系统被修改以允许使用第二燃料时，排放控制系统15仍将包括如上所述的DOC24或DPF25或这两者，这两者具有涂覆催化剂的过滤器基材，该过滤器基材设计成收集碳烟和灰分以及来自曲轴箱油的燃烧和气缸消耗的其他副产物。然而，这些是固体，并且随着DOC24和/或DPF25积聚颗粒、碳烟和灰分，排气背压增加并且由于需要执行额外的功来将废气通过DPF25推出排气系统而降低了发动机的整体效率。这种效率损失会对发动机的燃料效率产生显著影响并因而对发动机的总体运行成本产生显著影响。由于碳烟和其他颗粒的快速积聚，必须设有用于清洁DOC24和DPF25的程序，该程序可以在发动机运行的同时启动。这可以通过称为由“再生事件”启动的过滤器再生的程序来实现，正如本领域技术人员将认识到的那样。从广义上讲，“再生事件”是通过将额外的燃料暂时引入或“计量配给”到发动机的某些区域以提高该区域的运行温度并且焚烧碳烟和灰分来完成。现有技术中已知的各种系统能够确定DOC24和DPF25何时需要再生并且根据需要不时开始再生。在现有技术中，这通常使用与发动机运行所消耗的燃料相同的燃料来实现。传统上，第一燃料是柴油，即从原油中精炼出来的燃料，是一种石油基产品。
在如图1B所示的排放控制系统15中，通过使高压泵13(在实施例中，这可以是发动机5的燃料喷射泵)在发动机5的循环的排气冲程期间将额外的燃料喷射到发动机5的气缸中来实现再生。该额外的燃料被发动机5的排气冲程推入排气系统，然后被DOC24或DPF25系统氧化以为再生事件创建必要条件。在该实施例中，排放控制系统15不包括计量配给喷射器、即其他类型的排放控制系统中的特征，其将在另外的实施例中描述。
如前所述，并且如图1B和图1C所示，诸如发动机5的发动机可被成功地转换，以便使用像诸如植物油、生物柴油等等之类的生物燃料的第二燃料运行。现有技术中教导的这种转换的示例包括Huwyler等人的以下美国专利：9,995,225、10,119,506、10,202,950和10,385,812。
仍然参考图1B和图1C，诸如生物柴油燃料之类的第二燃料容纳在第二燃料箱30中。该第二燃料由低压燃料泵12借助于生物柴油燃料管线42抽吸通过生物柴油燃料过滤器40。燃料选择阀50通过控制信号连接件56响应于车载ECU63(将在下面详细描述)，使得其可以以发动机5接收第一燃料或第二燃料或第一燃料和第二燃料的混合物(由车载ECU63确定)的方式控制第一燃料和第二燃料的流动。
然而，在已经转变为以这种方式使用第二燃料运行的发动机5中，当排放控制系统15及其ACM28确定在发动机5使用诸如生物柴油之类的第二燃料运行的同时DOC24和DPF25需要再生时，存在两个主要危险：i)第二燃料可能会从气缸壁渗出并且污染曲轴箱油，从而导致加速聚合并且因损害曲轴箱油按预期实施功能的能力而增加额外的维护需要和/或额外的磨损；ii)当是生物燃料时，喷射的燃料具有与柴油燃料不同的闪点和燃烧特性，这可能导致面堵塞(燃料在DOC24或DPF25表面上堆积)或再生程序的不正确完成。
仍然参考图1B和图1C，为了解决这些问题，在包括借助于通信件57与ECU7通信的车载ECU63以及后处理控制模块ACM28并且使得发动机5能够使用第一燃料和第二燃料(例如，生物柴油燃料)的双燃料系统中，该实施例使发动机的燃料供应和输送系统在再生事件开始之前恢复成第一燃料，以便允许仅使用第一燃料执行气缸内计量配给。
为了实现这一点，当需要再生时，如由ACM28或OEM ECU7确定，再生事件首先由车载ECU63延迟，以从共用/共享的燃料管线11去除或“冲洗”第二燃料。然后，发动机5将燃烧保留在燃料管线11中的所有第二燃料。
借助于通信连接件56与车载ECU63通信的选择阀50设置为响应于车载ECU63而使第一燃料从第一过滤器10通过燃料管线11流至发动机5，直到来自燃料喷射器中的所有第二燃料都已经被发动机消耗或借助于回流阀60返回到第二燃料箱。
通过在排气冲程期间使高压燃料泵13将额外的柴油燃料喷射到发动机5的气缸中来实现再生。这导致DOC24和DPF25中的碳烟和颗粒物质的氧化。一旦已经完成再生事件，选择阀50便再次响应于车载ECU63而将再一次向发动机5供应第二燃料。
实施例2
现在参考表格中的实施例2，本发明进一步提供了用于在双燃料系统中使用的实施例，其中，双燃料系统中的第一燃料和第二燃料之间必须共享DOC/DPF系统中的OEM第一燃料的计量配给喷射器，或者OEM第一燃料的计量配给喷射器可以至少潜在地暴露于第一燃料的流动或第一燃料和第二燃料两者的流动。如前所述，将诸如生物柴油或生物柴油混合物之类的第二燃料直接喷射到DOC/DPF上可能会对OEM系统的运行和部件造成损害。
在该实施例中，OEM燃料系统被修改为能够通过在分配的或预定的时间量内将双燃料系统恢复到第一燃料而从燃料系统“冲洗”或“吹扫”(即，消除)所有第二燃料，使得计量配给喷射器(当然还有燃料系统的其余部分)仅喷射第一燃料。为了实现这一点，双燃料系统延迟了即将发生的再生事件，并且恢复发动机的燃料供应和输送系统，以便仅包含第一燃料。在限定的时间量之后，一旦燃料管线、发动机和部件已经被吹扫出第二燃料并且仅包含第一燃料，实施例就启动再生事件。一旦已经完成再生，双燃料系统就恢复使用第二燃料的运行。该实施例还可以利用独立燃料控制系统用于双燃料系统的逻辑和控制，同时还利用来自OEM系统的输入，例如来自排放控制系统的信息(例如，压力差、碳烟负载、再生状态等等)，以确定何时需要再生事件。
在另一个实施例中，一些OEM燃料系统配置不适合用于吹扫供给发动机气缸和计量配给喷射器的发动机燃料管线。对于这些系统，该实施例提供附加的吹扫系统以有效地吹扫第二燃料的计量配给喷射器燃料管线。除了用于双燃料系统的逻辑和控制的独立控制器之外，该实施例还可以包括如下所述的附加燃料系统管线、阀和传感器，所述独立控制器接收来自OEM后处理控制系统或控制再生事件的其他电子控制单元的输入。这些输入(例如压力差、碳烟负载和再生状态)允许独立控制器确定何时需要再生事件。在开始再生事件之前，双燃料系统恢复到第一燃料运行，适当地致动冲洗阀，冲洗计量配给喷射器管线，以便使第二燃料返回到第二燃料箱，并且在完成系统冲洗所需的限定时间量之后，使得能够在仅第一燃料保留在燃料供应管线、燃料输送管线、计量配给器燃料管线和流体连接到燃料系统的其他排放控制系统部件中的情况下发生DPF再生。一旦完成再生事件，发动机燃料供应装置就能够重新参与使用第二燃料系统的运行。
在另一个实施例中，第二燃料系统电子控制模块与发动机、后处理或排放控制系统的、控制再生事件的电子控制模块通信。当第二燃料系统参与时，正在控制第二燃料系统的电子控制单元广播禁止排放控制系统再生的消息。当DPF系统请求再生事件时，第二燃料系统电子控制单元维持禁止消息的广播并且切换回从第一燃料系统向发动机提供供应。在此过程期间，通过使电子控制器关闭供应阀(从而将第一燃料输送到发动机中)并且致动计量配给器冲洗阀以用第一燃料冲洗计量配给器喷射器管线，吹扫发动机和燃料输送系统中的第二燃料。在基于发动机、计量配给器供应管线、计量配给器喷射器和燃料输送系统中的第二燃料的体积计算出的延迟之后(目标是当已经从发动机和共用燃料管线冲洗出第二燃料并且所述第二燃料返回到第二燃料箱时)，停用回流阀，从而当前将发动机置于从第一燃料箱抽吸并返回到第一燃料箱的状态。在这个阶段，已经用第一燃料冲洗计量配给器和计量配给器供应管线，并且计量配给器冲洗阀当前已关闭。该实施例的具体操作条件(例如，发动机排量、喷射器燃料体积、发动机负载、燃料消耗、计量配给器供应管线、计量配给器喷射器配置等等)被纳入延迟计算中以确保已经冲洗燃料输送系统和喷射器中的第二燃料。一旦完成冲洗程序，第二燃料系统的电子控制单元就会停止广播禁止消息并且允许针对第一燃料进行再生程序。一旦完成再生事件，发动机燃料供应装置就能够重新参与使用第二燃料系统的运行。
参考图2A，示出了与替代的OEM排放控制系统17相关的OEM燃料系统9，其包括计量配给喷射器69，所述计量配给喷射器在预定点将第一燃料喷射到排放控制系统17中，而不是如图1A所示喷射到发动机5的气缸中。计量配给喷射器69由低压燃料泵12从计量配给喷射器供应管线67供应第一燃料。
然而，如图2B和图2C所示，当该系统适用于双燃料系统20以便使用第一燃料和第二燃料(例如，生物柴油)运行时，第一燃料供应管线11和第二燃料供应管线42必须“共享”低压泵12。
仍然参考图2B和图2C，在该实施例中，计量配给喷射器69当前通过第二计量配给燃料管线67和计量配给喷射器冲洗阀70从低压燃料泵12接收燃料。计量配给喷射器69液压地连接到计量配给喷射器冲洗阀70并且通过通信连接件57与ACM28通信。计量配给喷射器冲洗阀70接收来自车载ECU63的控制信号。
当DOC24或DPF25请求再生事件并且发动机5已经使用第二燃料运行时，再生事件被OEM ECU7和车载ECU63延迟，同时车载ECU63使燃料选择阀50将燃料系统恢复到第一燃料，使得发动机5在再生事件期间暂时使用第一燃料运行。燃料选择阀50借助于控制连接件56响应车载ECU63并且然后被设置成通过第一燃料供应管线11向发动机5提供第一燃料。随后，车载ECU63借助于控制连接件56打开计量配给喷射器冲洗阀70，以用第一燃料冲洗计量配给喷射器供应管线67和计量配给喷射器69，所述计量配给喷射器冲洗阀可以通过喷射器供应管线67从泵12接收燃料。保留在发动机5和计量配给喷射器69中的所有第二燃料通过燃料回流管线37被冲洗回第二燃料箱30。当已经冲洗喷射器供应管线67和计量配给喷射器70中的第二燃料时，车载ECU63使回流阀60关闭，使得第一燃料返回到第一燃料箱8。此时，发动机5使用第一燃料运行并且供应管线67仅包含第一燃料。
在另一个实施例中，车载ECU63能够将再生事件延迟一预定时间量，同时发动机5继续运行，以便确保供应管线67不包含第二燃料。
车载ECU63然后允许再生事件开始。当完成再生事件时，车载ECU63借助于通信连接件57与ECU7和ACM28通信，以恢复发动机5使用第二燃料的运行。
实施例3
现在参考实施例3，公开了DOC/DPF系统，其具有在双燃料系统中隔离的计量配给喷射器，以便仅使用柴油燃料。该实施例适用于双燃料系统，其中OEM燃料过滤器壳体、燃料泵、后处理碳氢化合物计量配给控制器和后处理计量配给喷射器与第二燃料系统完全隔离并且仅与第一燃料系统流体连接。在初始发动机预热期间，OEM燃料系统向发动机和后处理系统输送第一燃料。一旦满足第二燃料的运行条件，便致动打开一对燃料选择阀，从而允许借助于附加的燃料泵在压力作用下将第二燃料输送到发动机。同时，打开安全阀，从而当前将曾经供应发动机的第一燃料仅发送到碳氢化合物计量配给模块和计量配给喷射器。计量配给模块和喷射器未使用的剩余第一燃料被引导回第一燃料箱。在其当前发动机状态下保持在碳氢化合物计量配给模块和喷射器中使用第一燃料确保了颗粒过滤器中的废气氧化的正确操作，从而保持过滤器模块上和过滤器模块内的有效颗粒去除。该实施例允许无论发动机使用什么燃料以及无论其是运行第一燃料模式还是第二燃料模式，都可以在仅使用第一燃料进行计量配给的情况下进行再生循环。
当OEM发动机具有燃料过滤器模块、电动泵和燃料压力传感器时时示出了展示排放控制系统/后处理系统和DOC/DPF隔离的另一个实施例，其中碳氢化合物计量配给模块和计量配给喷射器与双燃料系统配置的共用或共享侧上的燃料轨道共线。在这种情况下，计量配给模块和计量配给喷射器将从燃料轨道(共用侧)移出并且布置在电动泵和过滤器前面且在燃料供应选择阀之前。这确保了当第二燃料开始输送至共用燃料系统、燃料轨道和发动机时计量配给模块保持正确的压力，但与第二燃料隔离。在该实施例中，再生活动将以与OEM针对第一燃料所预期的精确方式起作用。
在另一个实施例中，第二燃料系统与发动机、或后处理电子控制模块、或控制再生事件的模块通信。当第二燃料系统参与时，第二燃料系统电子控制单元广播禁止排放控制系统再生的消息。当DPF系统请求再生事件时，电子控制单元维持禁止消息的广播并且切换回第一燃料系统。在该配置中，低压第一燃料泵继续将第一燃料供应至计量配给器喷射器。在这种情况中，利用计量配给器冲洗阀来为第一燃料提供冲洗路径，使得当第二燃料供应系统参与时泵不会针对计量配给器阀产生“死区”。这种配置可能需要添加限流孔口或某种类型的压力调节装置，以确保向计量配给器喷射器供应足够压力的第一燃料。当DPF系统请求再生事件时，电子控制单元维持禁止消息的广播并且将发动机系统切换回第一燃料。在此过程期间，第二燃料系统的电子控制单元关闭计量配给器冲洗阀以关闭冲洗路径，发动机和燃料输送系统中的第二燃料通过使电子控制器关闭供应阀(从而将第一燃料输送到发动机中)而被吹扫。在基于发动机和燃料输送系统中的第二燃料的体积计算出的延迟之后(目标是第二燃料已经被从发动机和共用燃料管线中冲洗出并且返回到第二燃料箱)，停用回流阀，从而当前将发动机置于从第一燃料箱抽吸并返回到第一燃料箱的状态。本实施例的具体运行条件(例如发动机排量、喷射器燃料体积、发动机负载、燃料消耗等等)纳入延迟计算中，以确保已经冲洗燃料输送系统和喷射器中的第二燃料。一旦完成冲洗过程，电子控制单元就停止广播禁止消息并且允许针对第一燃料进行再生程序。一旦完成再生事件，发动机燃料供应装置就能够重新参与使用第二燃料系统的运行。
在另一个实施例中，第二燃料系统电子控制模块与发动机、后处理或排放控制系统的、控制再生事件的电子控制模块通信。当第二燃料系统参与时，第二燃料系统的电子控制单元广播禁止排放控制系统再生的消息。当DPF系统请求再生事件时，电子控制单元维持禁止消息的广播并且切换回第一燃料系统。在此配置中，一附加的低压泵被添加到第一燃料系统，以继续向计量配给器喷射器供应燃料。通过第一燃料系统过滤器抽吸本实施例中过滤后的燃料。当DPF系统请求再生事件时，电子控制单元维持禁止消息的广播并且将燃料输送系统切换回第一燃料供应系统。在此过程期间，第二燃料系统的电子控制单元通过使电子控制器关闭供应阀(从而将第一燃料输送到发动机中)来吹扫发动机和燃料输送系统中的第二燃料。在基于发动机和燃料输送系统中的第二燃料的体积计算出的延迟之后(目标是第二燃料已经被从发动机和共用燃料管线中冲洗出并且返回到第二燃料箱)，停用回流阀，从而当前将发动机置于从第一燃料箱抽吸并返回到第一燃料箱的状态。本实施例的具体运行条件(例如发动机排量、喷射器燃料体积、发动机负载、燃料消耗等等)纳入延迟计算中，以确保已经冲洗燃料输送系统和喷射器中的第二燃料。一旦完成冲洗过程，电子控制单元就停止广播禁止消息并且允许针对第一燃料进行再生程序。一旦完成再生事件，发动机燃料供应装置就能够重新参与使用第二燃料系统的运行。
在另一个实施例中，第二燃料系统电子控制模块与发动机、后处理或排放控制系统的、控制再生事件的电子控制模块通信。当第二燃料系统参与时，电子控制单元广播禁止排放控制系统再生的消息。当DPF系统请求再生事件时，第二燃料系统的电子控制单元维持禁止消息的广播并且切换回第一燃料系统。在此配置中，附加的燃料过滤器和低压泵被添加到第一燃料系统，以继续向计量配给器喷射器供应燃料。当DPF系统请求再生事件时，电子控制单元维持禁止消息的广播并且将燃料输送系统切换回第一燃料供应系统。在该过程期间，第二燃料系统的电子控制单元通过使电子控制器关闭供应阀(从而将第一燃料输送到发动机中)来吹扫发动机和燃料输送系统中的第二燃料。在基于发动机和燃料输送系统中的第二燃料的体积计算出的延迟之后(目标是第二燃料已经被从发动机和共用燃料管线冲洗出并且返回到第二燃料箱)，停用回流阀，从而当前将发动机置于从第一燃料箱抽吸并返回到第一燃料箱的状态。本实施例的具体运行条件(例如发动机排量、喷射器燃料体积、发动机负载、燃料消耗等等)纳入延迟计算中，以确保已经冲洗燃料输送系统和喷射器中的第二燃料。一旦完成冲洗程序，电子控制单元就停止广播禁止消息并且允许针对第一燃料进行再生程序。一旦完成再生事件，系统就能够重新参与使用第二燃料系统的运行。
在另一个实施例中，其中计量配给器喷射器和计量配给器燃料管线被完全隔离并且对第一燃料起作用，第二燃料的运行条件与第一燃料的运行条件基本类似，在排放控制系统、计量配给器、和再生事件针对第一燃料发生时，发动机能够继续使用第二燃料运行，因而使得发动机和燃料系统能够继续使用第二燃料运行以用于发动机运行，在此期间，再生事件针对第一燃料发生。注意的是，这在其中计量配给器、计量配给器供应管线等等被完全隔离并且仅与第一燃料流体连接的实施例中也是可行的。
现在参考图3B和图3C，该实施例是图2B和图2C所示的实施例的变型。在该实施例中，第一燃料管线11可以与第二燃料箱30、第二过滤器40和第二燃料管线42隔离，因为第二燃料管线42设置有其自己的低压泵46。在该实施例中，低压泵12仅将第一燃料供应给高压泵13和发动机5，不过高压泵13也可以通过第二过滤器40、第二供应管线42和选择阀50将第二燃料供应到发动机5，而喷射器燃料管线67和喷射器69仅从低压泵12接收第一燃料。
在该实施例中，借助于控制连接件56响应车载ECU63的计量配给冲洗阀70提供了用于供第一燃料通过喷射器供应管线67和至第一燃料箱8的第一燃料回流管线14返回到第一燃料箱8的路径。
当DOC24或DPF25请求再生事件时，发动机5在再生事件之前被冲洗。供应阀50由车载ECU63设置以将第一燃料供应给发动机5。在发动机5已经运行了由车载EU63确定的足够时间之后，车载ECU63允许再生事件进行。一旦完成再生事件，车载ECU63和供应阀50就再一次使发动机5接收第二燃料。
实施例4
现在参考实施例4，公开了具有计量配给喷射器的DOC/DPF系统，包括用于计量配给喷射器的专用柴油燃料输送系统。该实施例使得发动机能够使用与排放控制系统/后处理系统不同的燃料来运行，无需担心上述实施例(2)中出现的交叉污染风险，在实施例(2)中，第一燃料管线中的第二燃料在再生之前被“吹扫”。这使得发动机系统能够使用专用的第二燃料运行或者使用双燃料方式中的第二燃料运行，但由于使用第一燃料而不是供应至发动机的第二燃料发生再生事件的能力，使得使用第二燃料能够实现更高的发动机运行运转时间。
该实施例可以包括单独的“专用”第一燃料泵，其利用相关联的燃料管线和传感器(包括液位、温度和压力)、燃料泵(独立的或与发动机的RPM同步的)、系统控制器和OEM后处理碳氢化合物计量配给将第一燃料从发动机现有的第一燃料过滤器直接供应到计量配给喷射器。在一替代实施例中，使用单独的“专用”第一燃料泵和燃料过滤器来供应计量配给喷射器。没有燃料管线既包含第一燃料又包含第二燃料。该系统的该实施例利用发动机的OEM排放控制系统用于计量配给喷射器的逻辑和控制，但利用本申请人的部件提供与排放系统一起使用的物理系统并且向排放系统供应第一燃料。
在另一个实施例中，将利用用于第二燃料的专用燃料供应系统。该实施例能够导致第一燃料供应系统的微小修改以使其适合于供应第二燃料，但不需要完整地添加双燃料供应系统。在该实施例中，第一燃料箱、过滤器和泵将被添加到排放控制系统，以便隔离计量配给器仅对第一燃料的操作。在该实施例中，其中计量配给器喷射器和计量配给器燃料管线被完全隔离并且针对第一燃料起作用，在排放控制系统、计量配给器和再生事件针对第一燃料发生时，发动机能够继续使用第二燃料运行，从而使得发动机和燃料系统能够继续使用第二燃料运行以用于发动机运行，在此期间，再生事件针对第一燃料发生。
现在参考图4B-1，示出了另一实施例，其中计量配给喷射器69由专用计量配给喷射器泵74通过第一燃料供给管线67供应第一燃料，所述专用计量配给喷射器泵接收来自第一燃料过滤器10的第一燃料。在该实施例中，发动机5可以被供应第二燃料，而计量配给喷射器69仅被供应第一燃料。
在如图4B-2和图4D所示的又一个实施例中，计量配给喷射器69借助于专用过滤器77和专用计量配给喷射器泵74通过专用供应管线67从第一燃料箱接收第一燃料。在该实施例中，发动机5可以被供应第二燃料，而计量配给喷射器69仅被供应第一燃料。
在图4C所示的又一个实施例中，从第二燃料箱30穿过第二燃料供应管线42和第二燃料过滤器40到发动机5提供用于第二燃料的专用燃料系统。该实施例和所需的修改不需要如其他实施例中公开的“双燃料”系统类型方法。计量配给喷射器69与第二燃料管线42隔离并且仅从专用第一燃料箱8A、第一燃料供应管线11A和第一燃料过滤器10A接收第一燃料。在该实施例中不需要计量配给喷射器冲洗阀70，这是因为计量配给喷射器69从不接收第二燃料。

Claims (14)

1.一种修改发动机运行的方法，所述发动机至少具有排放控制系统以及与第一燃料相关联的燃料输送系统，以使得能够利用所述第一燃料和第二燃料运行，所述方法包括以下步骤：
为所述发动机提供电子控制单元以及与所述第二燃料相关联的燃料供应系统，所述电子控制单元被配置成至少与所述排放控制系统、所述燃料输送系统和所述燃料供应系统通信；
使所述发动机使用所述第二燃料运行；
利用所述电子控制单元从所述排放控制系统接收需要再生事件的通知；和
利用所述燃料输送系统向所述排放控制系统供应所述第一燃料用于再生事件。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述第一燃料供应到所述排放控制系统之前在再生事件前从所述发动机吹扫所述第二燃料的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括延迟再生事件直到吹扫步骤完成的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括禁止再生事件发生直到所述电子控制单元向所述排放控制系统发送消息开始再生事件的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括在再生事件已经完成之后恢复所述发动机使用所述第二燃料的运行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一燃料是基于石油的燃料，所述第二燃料是替代燃料。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二燃料不适合用于再生事件。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述发动机使用所述第二燃料运行的步骤进一步包括禁止所述排放控制系统执行再生事件。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述排放控制系统包括与所述发动机的燃料输送系统流体连通的计量配给喷射器、计量配给燃料管线和计量配给冲洗阀，并且所述电子控制单元通过在所述排放控制系统经历再生事件之前向所述燃料输送系统供应所述第一燃料来引导所述计量配给冲洗阀以将所述第二燃料冲洗出所述计量配给喷射器和所述计量配给燃料管线。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述排放控制系统包括仅与所述第一燃料流体连通的计量配给喷射器。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发动机还包括用于选择性地向所述发动机提供所述第一燃料或所述第二燃料的燃料选择阀。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发动机还包括具有燃烧室的气缸，并且所述第一燃料在所述气缸的排气冲程期间通过喷射到所述燃烧室中而被供应到所述排放控制系统。
13.一种修改发动机的运行以使得能够利用第一燃料和第二燃料运行的方法，所述方法包括以下步骤：
为所述发动机提供电子控制单元、燃料输送系统和排放控制系统，所述燃料输送系统包括用于包含所述第一燃料的第一燃料容器和用于包含所述第二燃料的第二燃料容器，所述电子控制单元被配置成与所述排放控制系统和所述燃料输送系统通信；
使所述发动机使用所述第二燃料运行；
利用所述电子控制单元从所述排放控制系统接收需要再生事件的通知；和
向所述排放控制系统供应所述第一燃料用于再生事件。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一燃料是石油基燃料，所述第二燃料是替代燃料。
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