專利名稱：供給氣體燃料的內(nèi)燃機(jī)的控制方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來在直接噴射式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中產(chǎn)生燃燒活動(dòng)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
用天然氣可以給運(yùn)行的柴油機(jī)帶來排放方面的好處，例如，天然氣是一種燒凈的燃料(相對于柴油)。具體地說，天然氣一般允許發(fā)動(dòng)機(jī)具有降低的微粒物質(zhì)(PM)、碳?xì)浠衔?、?dǎo)致溫室效應(yīng)的氣體和氮氧化物(NOX)的排放水平。
另外，用天然氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃料能幫助減少對石油的依賴，因?yàn)樘烊粴庀鄬ωS富且可廣泛得到。
在本公開中，將關(guān)于供給天然氣的發(fā)動(dòng)機(jī)來描述本發(fā)明。然而，也可以用其它的氣體燃料代替并具有類似的好處。例如，氣體燃料如甲烷、乙烷、丙烷和較輕且易燃的烴類衍生物以及氫和hythaneTM(天然氣和氫的混合物)和其它這種氣體燃料也可以用于本發(fā)明。
在供給天然氣的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)中的新近的發(fā)展表明，以高壓噴射到燃燒室中的天然氣能產(chǎn)生與柴油機(jī)性能相似的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。這種由申請人研究的高壓直接噴射技術(shù)被稱為HPDITM技術(shù)，其給關(guān)于供給柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)的排放水平提供了一個(gè)解決方案，同時(shí)關(guān)于供給柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)的性能沒有帶來多少或沒有帶來任何惡化。
使用當(dāng)前柴油機(jī)技術(shù)的天然氣需要點(diǎn)燃輔助策略。與柴油不同，當(dāng)噴射到在典型運(yùn)行的柴油機(jī)中產(chǎn)生的燃燒室環(huán)境內(nèi)時(shí)，天然氣不會(huì)迅速自燃，因而，為了在這種發(fā)動(dòng)機(jī)中確保天然氣的及時(shí)點(diǎn)燃和燃燒，提供了點(diǎn)燃輔助。就本公開而言，燃料的自燃溫度是燃燒室內(nèi)的進(jìn)氣的溫度，該溫度將引起那種燃料的自燃和燃燒。自燃應(yīng)該發(fā)生在直接噴射燃料之后的時(shí)期內(nèi)，該燃料適合將所需的能量提供給活塞。為了明確，上述其它氣體燃料以及一些液體燃料如甲醇和具有較高自燃溫度的其它燃料需要點(diǎn)燃輔助策略。
一種點(diǎn)燃輔助策略采用電熱塞或其它突出到燃燒室中的熱表面，沖擊到這種熱表面上的天然氣將被點(diǎn)燃和燃燒。
第二種點(diǎn)燃輔助策略是用少量的柴油作為點(diǎn)燃燃料，這里，當(dāng)活塞在上止點(diǎn)附近時(shí)，在噴射天然氣之前不久或近似與噴射天然氣同時(shí)，柴油被噴射到燃燒室中。由于當(dāng)活塞在上止點(diǎn)附近時(shí)，柴油通常在燃燒室內(nèi)建立的條件下自燃，所以該柴油的燃燒將觸發(fā)主氣體燃料如天然氣的點(diǎn)燃。
在本公開中，“上止點(diǎn)附近”意味著上止點(diǎn)的30度內(nèi)。
關(guān)于這兩種方法都存在技術(shù)難題。在熱表面點(diǎn)燃的情況下，如果在燃燒室內(nèi)的一點(diǎn)處發(fā)起燃燒，則可能出現(xiàn)不完全燃燒，導(dǎo)致碳?xì)浠衔锱欧旁黾雍腿紵艿膿p失，這些損失的燃燒能本來是能用來驅(qū)動(dòng)活塞的。為了促進(jìn)完全燃燒，需要將在熱表面產(chǎn)生的火焰?zhèn)鞑サ秸麄€(gè)燃燒室中，以便點(diǎn)燃所有噴射的天然氣。然而，由于火焰?zhèn)鞑タ赡苁遣煌耆?，所以引入到燃燒室各部分中的最遠(yuǎn)離電熱塞的氣體可能沒能被點(diǎn)燃，或它可能沒有被完全點(diǎn)燃。作為例子看Mueller C.J.and Musculus，M.P.，“Glow PlugAssisted Ignition and Combustion of Methanol in an Optical DI DieselEngine”，SAE paper 2001-01-2004。如果火焰?zhèn)鞑ゲ皇茄杆俚米阋园l(fā)起燃燒室內(nèi)的氣體的燃燒，直接噴射的天然氣量對于點(diǎn)燃來說可能變得太缺乏。
當(dāng)將點(diǎn)燃燃料用于點(diǎn)燃輔助策略時(shí)，必須供給兩種燃料，就是說，需要單獨(dú)的燃料供給系統(tǒng)，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜性。并且，取決于點(diǎn)燃燃料的數(shù)量和類型，可能由于點(diǎn)燃燃料的燃燒而產(chǎn)生不希望的排放。
此外，點(diǎn)燃燃料系統(tǒng)增加了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的成本，存在與點(diǎn)燃燃料系統(tǒng)相關(guān)的資本成本以及維護(hù)時(shí)間和用于這種維護(hù)的成本。
其它措施可以用來幫助點(diǎn)燃HPDITM天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。例如，在氣體被直接噴射之后，能用火花點(diǎn)燃天然氣，然而，直接噴射的天然氣的火花點(diǎn)火具有許多與電熱塞點(diǎn)燃相同的難題。
本發(fā)明針對上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了關(guān)于內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的方法和裝置。
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種幫助將直接噴射的氣體燃料點(diǎn)燃的方法和裝置。該方法在燃燒室內(nèi)具有的條件下，將進(jìn)氣預(yù)熱到天然氣的自燃溫度之上。
該方法和裝置可以在將主要量的氣體燃料引入燃燒室之前，在全部進(jìn)氣中建立點(diǎn)燃環(huán)境。
本發(fā)明另一個(gè)方面提供了一種通過將進(jìn)氣引入燃燒室中、在燃燒室內(nèi)對該進(jìn)氣進(jìn)行壓縮和確定何時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷等于或大于預(yù)定閥值負(fù)荷，來運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷等于或大于預(yù)定閥值負(fù)荷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在第一運(yùn)行模式中。第一運(yùn)行模式包括將第一量的燃料直接噴射到燃燒室中，并點(diǎn)燃該第一量的燃料以將進(jìn)氣溫度升高到燃料的自燃溫度之上，然后，當(dāng)進(jìn)氣的溫度處于或高于燃料的自燃溫度時(shí)，將第二量的燃料直接噴射到燃燒室中。
本發(fā)明的一些實(shí)施例包括在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷圖上確定一系列的點(diǎn)，其中每個(gè)點(diǎn)都對應(yīng)不同的負(fù)荷條件?？梢酝ㄟ^電熱塞來點(diǎn)燃第一量的燃料，可以在上止點(diǎn)之前的60度到30度的曲柄角之間引入第一量的燃料。
在活塞處于上止點(diǎn)時(shí)，在進(jìn)氣內(nèi)提供燃料的自燃溫度是理想的。
第二量的燃料可以包括比第一量更大質(zhì)量的燃料。
可以安排噴射第二量的燃料的時(shí)間，以便大多數(shù)第二量的燃料在活塞的作功沖程期間點(diǎn)燃和燃燒。例如，可以在活塞處于上止點(diǎn)附近時(shí)噴射第二量的燃料。
一些實(shí)施例提供了第二運(yùn)行模式，其中燃料被直接噴射到燃燒室中。燃料的噴射正時(shí)使大多數(shù)燃料在活塞的作功沖程期間燃燒?？梢酝ㄟ^電熱塞將燃料點(diǎn)燃。當(dāng)運(yùn)行于第二運(yùn)行模式中時(shí)，可以在電熱塞的方向上噴射燃料。第二運(yùn)行模式可以是低負(fù)荷模式。
在一些實(shí)施例中，在第二運(yùn)行模式中，在上止點(diǎn)之前的-20度到20度的曲柄角之間噴射燃料，可以提供在活塞的作功沖程期間點(diǎn)燃和燃燒的燃料的二次噴射。
本發(fā)明另一個(gè)方面提供了一種方法，在選擇低或高負(fù)荷的場合，其使得供給氣體燃料的內(nèi)燃機(jī)在高負(fù)荷條件下運(yùn)行。在高負(fù)荷下，該方法包括將進(jìn)氣引入燃燒室中，和在活塞的壓縮沖程期間在燃燒室內(nèi)對該進(jìn)氣進(jìn)行壓縮。在活塞的壓縮沖程期間，將引燃量的燃料提供到燃燒室內(nèi)的壓縮的進(jìn)氣中，然后點(diǎn)燃該引燃量的燃料，使進(jìn)氣的溫度升高，當(dāng)該溫度符合或超過燃料的自燃溫度時(shí)，將主要量的燃料引入到進(jìn)氣中。
本發(fā)明又一個(gè)方面提供了一種在正在運(yùn)行的供給氣體燃料的內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)建立自燃環(huán)境的方法。該方法包括壓縮進(jìn)氣和在燃燒室內(nèi)點(diǎn)燃第一量的燃料，使進(jìn)氣的溫度升高。這在壓縮沖程期間來做。一旦溫度處于或超過燃料的自燃溫度，就將第二量的燃料直接噴射到燃燒室中。
本發(fā)明還打算用天然氣或包括甲烷的燃料作為燃料。
本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種高壓噴射閥，其在輸送主要量的氣體燃料之前，將被引導(dǎo)的引燃量的氣體燃料輸送到熱表面上。該燃料噴射閥包括空心閥體，空心閥體包括可插入燃燒室中的閥尖，還包括設(shè)置在閥尖內(nèi)的引燃燃料噴口，用來在幫助點(diǎn)燃?xì)怏w燃料的裝置的方向上噴射燃料。此外，與布置在空心閥體內(nèi)的閥針一起，包括多個(gè)主燃料噴口，與引燃燃料噴口相比，主燃料噴口用來將燃料噴射到燃燒室的更大部分中。閥針可在三個(gè)位置之間移動(dòng)，第一個(gè)是關(guān)閉位置，其中在空心閥體內(nèi)包含增壓量的燃料，第二個(gè)是第一打開位置，其中可通過引燃燃料噴口且僅僅可通過引燃燃料噴口來噴射燃料，第三個(gè)是第二打開位置，其中可通過引燃燃料噴口和多個(gè)主燃料噴口來噴射燃料。燃料可以包括氣體燃料，氣體燃料例如包括天然氣或包括甲烷的燃料。
在一些實(shí)施例中，噴射閥包括從閥針的桿部延伸的針尖，閥針的桿部的橫截面積比針尖的大。環(huán)形肩部布置在針尖和桿部之間，其中環(huán)形肩部包括一個(gè)密封面，當(dāng)密封面被推靠在閥座上時(shí)，密封面與閥座共同作用將氣體燃料密封在空心閥體內(nèi)。此外，在閥針處于第一打開位置中時(shí)，噴射閥針尖與空心閥體的一內(nèi)表面共同作用，以防止燃料通過主燃料噴口離開空心閥體。
在噴射閥中，針尖的徑向面可以緊密地配合在閥尖內(nèi)的井孔中。在閥針處于第一打開位置中時(shí)，針尖和井孔側(cè)壁之間的間隙提供了一個(gè)流動(dòng)限制，該流動(dòng)限制基本上防止了氣體燃料流到主燃料噴口。閥針可以縮回到空心閥體內(nèi)，以便針尖從井孔中升起，由此氣體燃料可以流到主燃料噴口。
針尖可相對于閥針的桿移動(dòng)。當(dāng)閥針處于第一打開位置中時(shí)，針尖的端面可以座靠在第二閥座上，第二閥座由空心閥體的一個(gè)內(nèi)表面提供。當(dāng)閥針處于第二打開位置中時(shí)，針尖可以升起遠(yuǎn)離第二閥座。當(dāng)閥針處于關(guān)閉位置中或第一打開位置中時(shí)，針尖可以被彈簧或布置在針尖和桿之間的其它偏壓機(jī)構(gòu)推靠在第二閥座上。針尖可以包括一個(gè)凸緣，該凸緣與桿的一唇部共同作用，以使得當(dāng)桿縮回到空心閥體中超過一個(gè)預(yù)定距離時(shí)，針尖升起遠(yuǎn)離第二閥座。
所述引燃燃料噴口可以是多個(gè)引燃燃料噴口中的一個(gè)，其聯(lián)合打開面積小于多個(gè)主燃料噴口的聯(lián)合打開面積。點(diǎn)燃燃料口可以定向成將氣體燃料噴射到燃燒室的一個(gè)部分中，該部分包括用來幫助點(diǎn)燃的裝置。
可以提供多個(gè)主燃料噴口。在本發(fā)明一些實(shí)施例中，主燃料噴口沒有用來在用于幫助點(diǎn)燃的裝置的方向上噴射燃料。
又一個(gè)實(shí)施例包括用第一關(guān)閉偏壓措施、第二關(guān)閉偏壓措施、第三關(guān)閉偏壓措施、第一打開偏壓措施和第二打開偏壓措施在關(guān)閉位置、第一打開位置和第二打開位置之間驅(qū)動(dòng)所述閥針。第一關(guān)閉偏壓措施、第二關(guān)閉偏壓措施和第三關(guān)閉偏壓措施可以分別是逆著第一打開偏壓措施和第二打開偏壓措施作用在閥針上的第一流體力、第二流體力和第三流體力。第一流體力大于由第一打開偏壓措施輸送的第一打開力和由第二打開偏壓措施輸送的第二打開力，從而將閥針驅(qū)動(dòng)到關(guān)閉位置。第二流體力大于第一打開力且小于第二打開力，從而將閥針驅(qū)動(dòng)到第一打開位置。第三流體力小于第一打開力和第二打開力，從而將閥針驅(qū)動(dòng)到第二打開位置。
在又一個(gè)實(shí)施例中，第一打開偏壓措施由硬彈簧提供，第二打開偏壓措施由軟彈簧提供。硬彈簧和軟彈簧在閥針和閥尖之間起作用。
本發(fā)明另一個(gè)方面提供了一種內(nèi)燃機(jī)，包括基本上由氣缸、可在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞和氣缸蓋的火力板(fire deck)確定的燃燒室，一裝置布置在燃燒室內(nèi)用來幫助將氣體燃料點(diǎn)燃，提供了用來將氣體燃料直接噴射到燃燒室中的燃料噴射閥，燃料噴射閥包括空心閥體，空心閥體包括可插入燃燒室中的閥尖，用來在所述裝置的方向上噴射燃料的閥尖內(nèi)的引燃燃料噴口，多個(gè)主燃料噴口，與引燃燃料噴口相比，主燃料噴口將燃料噴射到燃燒室的更大部分中，所述多個(gè)主燃料噴口的聯(lián)合打開面積大于與引燃燃料噴口相關(guān)的打開面積，閥針布置在空心閥體內(nèi)，閥針可在關(guān)閉位置、第一打開位置和第二打開位置之間移動(dòng)，在關(guān)閉位置中，增壓量的氣體燃料包含在空心閥體內(nèi)，在第一打開位置中，僅僅可通過引燃燃料噴口來噴射氣體燃料，在第二打開位置中，可通過引燃燃料噴口和通過所述多個(gè)主燃料噴口來噴射氣體燃料。
閥尖可以基本上位于火力板上的中央，用來幫助點(diǎn)燃的裝置可以與閥尖間隔開一個(gè)徑向距離，用來幫助點(diǎn)燃的裝置可以包括電熱基。
此外，在使用電熱塞的場合，發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選地還包括電熱塞防護(hù)件。在優(yōu)選實(shí)施例中，防護(hù)件的至少一部分位于燃燒室中，在電熱塞和燃料噴射閥之間，防護(hù)件還能包圍電熱塞。在又一個(gè)實(shí)施例中，防護(hù)件能確定至少兩個(gè)燃料通道，至少一個(gè)進(jìn)入通道和至少一個(gè)退出通道，所述至少一個(gè)進(jìn)入通道用來接收第一量的氣體燃料，其中第一量的氣體燃料由電熱塞點(diǎn)燃，所述至少一個(gè)退出通道用來將火焰引到在退出通道之外且被引到防護(hù)件周圍的第二量的氣體燃料中，所述火焰在第一量的氣體燃料燃燒期間產(chǎn)生。在又一個(gè)實(shí)施例中，第一量的燃料被引燃燃料噴口引入到進(jìn)入通道中。
發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括用來命令閥針的控制器，當(dāng)命令所述控制器在高負(fù)荷運(yùn)行模式下工作時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，當(dāng)活塞處于上止點(diǎn)之前的60到30度的曲柄角之間時(shí)，控制器命令閥針到達(dá)第一打開位置。控制器還可以命令閥針工作在預(yù)定閥值負(fù)荷之上?？刂破鞴ぷ髟诘谝贿\(yùn)行模式中，其中當(dāng)活塞處于上止點(diǎn)之前的60到30度的曲柄角之間時(shí)，控制器命令閥針到達(dá)第一打開位置?？刂破鬟€在燃燒室處于氣體燃料的自燃溫度或處于氣體燃料的自燃溫度之上時(shí)，命令閥針到達(dá)第二打開位置。在一些實(shí)施例中，控制器可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷圖上的一系列點(diǎn)來確定閥值負(fù)荷，每個(gè)點(diǎn)都與不同的負(fù)荷條件對應(yīng)。
本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例提供了在供給氣體燃料的直接噴射式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中使用的電熱塞防護(hù)件，該內(nèi)燃機(jī)使用在本公開中教導(dǎo)的方法。電熱塞防護(hù)件包括外表面和與外表面相對的內(nèi)表面，防護(hù)件確定至少一個(gè)進(jìn)入徑向面和至少一個(gè)退出徑向面，每個(gè)徑向面都從外表面突出，在外表面處，所述至少一個(gè)進(jìn)入徑向面和至少一個(gè)退出徑向面中的每個(gè)都確定至少一個(gè)交線，該交線從用于每個(gè)所述至少一個(gè)進(jìn)入徑向面和至少一個(gè)退出徑向面的內(nèi)表面向后突出，并且，所述至少一個(gè)進(jìn)入徑向面和至少一個(gè)退出徑向面中的每個(gè)都確定至少一個(gè)進(jìn)入線和確定至少一個(gè)退出線，在進(jìn)入線處，所述至少一個(gè)進(jìn)入徑向面與外表面相交，在退出線處，所述至少一個(gè)退出徑向面與外表面相交。在所述至少一個(gè)交線處在全部的所述至少一個(gè)進(jìn)入徑向面和全部的所述至少一個(gè)退出徑向面之間的全部角度應(yīng)該大于45度。防護(hù)件還確定至少兩個(gè)通道，一進(jìn)入通道和一退出通道，所述進(jìn)入通道以每個(gè)所述至少一個(gè)進(jìn)入線為中心，所述退出通道以每個(gè)所述至少一個(gè)退出線為中心。并且，電熱塞防護(hù)件可以是圓柱形的。在又一個(gè)實(shí)施例中，電熱塞防護(hù)件能確定一個(gè)頂面，在該頂面，防護(hù)件從內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)的火力板懸掛下來。照此，進(jìn)入通道和退出通道與所述頂面的距離相等。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通道還可以是孔。
本主題發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例包括一種運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法，該方法包括將進(jìn)氣引入燃燒室中，在燃燒室內(nèi)對該進(jìn)氣進(jìn)行壓縮，和確定何時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷等于或大于預(yù)定閥值負(fù)荷。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷等于或大于預(yù)定閥值負(fù)荷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將運(yùn)行在第一運(yùn)行模式中。第一運(yùn)行模式包括，在壓縮進(jìn)氣時(shí)，噴射處于進(jìn)入通道處的第一量的燃料，所述進(jìn)入通道由延伸到燃燒室中的電熱塞防護(hù)件確定，電熱塞防護(hù)件布置在噴射器和靠近防護(hù)件的電熱塞之間，所述第一量的燃料在穿過進(jìn)入通道之后在電熱塞上被點(diǎn)燃，通過退出通道將所述第一量的燃料的燃燒引起的火焰引向第二量的燃料，所述退出通道在防護(hù)件中確定，所述第二量的燃料被引導(dǎo)經(jīng)過防護(hù)件并引導(dǎo)到退出通道之外，火焰使得所述第二量的燃料被點(diǎn)燃，第一和第二量燃料的燃燒增加了燃燒室內(nèi)的進(jìn)氣的溫度，最后，當(dāng)進(jìn)氣的溫度處于燃料的自燃溫度或燃料的自燃溫度之上時(shí)，在接近完成進(jìn)氣的壓縮時(shí)，將第三量的燃料直接噴射到燃燒室中。
在又一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括燃燒是氣體燃料的場合，氣體燃料包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和氫中的至少一種。
下面描述本發(fā)明其它方面和本發(fā)明具體實(shí)施例的特征。


在表示本發(fā)明非限制性實(shí)施例的圖中圖1表示內(nèi)燃機(jī)燃燒室的側(cè)視橫截面，其具有氣體燃料噴射閥和電熱塞，燃燒室表示為處于壓縮沖程期間，在將天然氣噴射到燃燒室中之前；圖2a和2b表示與圖1相同的實(shí)施例的兩個(gè)視圖，但在壓縮沖程中更后的地方，在將引燃量的氣體燃料引入到燃燒室中時(shí)，圖2a表示燃燒室的側(cè)視橫截面，圖2b表示橫穿圖2a中所示的剖面線2B-2B的燃燒室的頂視圖；圖3a和3b表示與圖1和2相同的實(shí)施例的兩個(gè)視圖，但處于活塞在上止點(diǎn)或上止點(diǎn)附近、接近壓縮沖程完成、主要量的氣體燃料被噴射到燃燒室中時(shí)，圖3a表示燃燒室的側(cè)視橫截面，圖3b表示橫穿圖3a中所示的剖面線3B-3B的燃燒室的頂視圖；圖4是一個(gè)曲線，表明進(jìn)氣溫度和天然氣放熱率與曲柄角的關(guān)系；圖5表示用來噴射引燃量的燃料和主要量的燃料的燃料噴射閥的下部的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視橫截面，在圖5中，燃料噴射閥是關(guān)閉的；圖6表示圖5的燃料噴射閥的下部的側(cè)視橫截面，但閥針的位置允許將引燃量的氣體燃料噴射到燃燒室中；圖7表示閥針的位置允許將主要量的氣體燃料噴射到燃燒室中時(shí)的噴射閥的下部的側(cè)視橫截面；圖8表示燃料噴射閥的下部的另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視橫截面，其位于關(guān)閉位置中，處于將任何燃料噴射到內(nèi)燃機(jī)燃燒室中之前；圖9表示圖8的實(shí)施例的側(cè)視橫截面，閥針組件的位置允許將引燃量的氣體燃料噴射到內(nèi)燃機(jī)燃燒室中；圖10表示圖8的實(shí)施例的側(cè)視橫截面，閥針組件的位置允許將主要量的氣體燃料噴射到內(nèi)燃機(jī)燃燒室中；圖11表示噴射閥的又一個(gè)實(shí)施例的側(cè)橫截面圖，帶有閥的上游控制件；圖12表示用于本主題發(fā)明的熱表面組件的實(shí)施例的兩個(gè)視圖，圖12a表示在時(shí)間t1時(shí)的熱表面組件的側(cè)視圖，圖12b表示在時(shí)間t2時(shí)的熱表面組件的橫截面頂視圖。
具體實(shí)施例在本發(fā)明中，提供了一種方法和裝置來在燃燒室內(nèi)創(chuàng)造適合天然氣在燃燒室內(nèi)自燃和燃燒的環(huán)境。
參考圖1，示出了燃燒室的側(cè)視橫截面。在所示實(shí)施例中，活塞20在氣缸24內(nèi)正在箭頭22的方向上移動(dòng)，燃燒室26由氣缸24、活塞20和氣缸蓋28的火力板部分地確定，還示出了噴射閥30和電熱塞32，它們兩個(gè)都突出到燃燒室26中。
參考圖2a和2b，示出了與圖1中所示相同的實(shí)施例，其處于發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮循環(huán)內(nèi)更后的時(shí)間。關(guān)于該實(shí)施例，在全部圖中都用同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的特征。以點(diǎn)燃燃料射流34的方式將天然氣直接噴射到燃燒室26中，點(diǎn)燃燃料射流被引向電熱塞32，在電熱塞32處，在點(diǎn)燃燃料燃燒區(qū)36中發(fā)生燃燒。圖2a是側(cè)視橫截面，圖2b表示通過圖2a中所示的剖面線2B-2B看到的燃燒室26的頂視圖。
參考圖3，示出了圖1和2的實(shí)施例，其時(shí)正在箭頭22的方向上移動(dòng)的活塞20在接近完成壓縮沖程時(shí)、處于上止點(diǎn)或上止點(diǎn)附近。這里，主要量的天然氣以主燃料射流35的方式直接噴射到整個(gè)燃燒室26中。在該階段，燃燒區(qū)38正在點(diǎn)燃燃料射流34和主燃料射流35周圍形成。
圖4提供了一個(gè)圖表，其繪出了燃燒室26內(nèi)的放熱率(線50)，和燃燒室溫度(線52)，兩者都對照用所披露的方法在圖1到3所示的實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)度數(shù)中測量的曲柄角。為了與線50和52比較，還示出了線54和線56，線54是溫度曲線，線56是內(nèi)燃機(jī)的同一燃燒室的放熱率曲線。這些線表示當(dāng)沒有用引燃量的天然氣來預(yù)處理進(jìn)氣時(shí)的燃燒室中的情況。還示出了線58，其表示當(dāng)對被供以天然氣的典型壓燃式柴油機(jī)進(jìn)行測量時(shí)，被供以天然氣的典型壓燃式柴油機(jī)在高負(fù)荷條件下的自燃溫度。
圖1到4說明了當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正運(yùn)行于高負(fù)荷條件下時(shí)，在運(yùn)行所述裝置的優(yōu)選實(shí)施例的方法中的優(yōu)選步驟。圖1和2還幫助表明在低負(fù)荷條件下的運(yùn)行的優(yōu)選方法。下面將更詳細(xì)地討論在該用于高負(fù)荷和低負(fù)荷的方法中的步驟。
參考圖1和4，示出了活塞20，其正在發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮沖程期間在箭頭22的方向上朝著上止點(diǎn)移動(dòng)?；钊?0正在壓縮在進(jìn)氣沖程期間引入到燃燒室中的進(jìn)氣，未示出的進(jìn)氣沖程就在壓縮沖程之前。進(jìn)氣可以是帶有或不帶有一些廢氣再循環(huán)(EGR)或其它進(jìn)氣成分的大量新鮮空氣，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所懂得的。
在壓縮沖程期間，進(jìn)氣溫度增加。對于發(fā)動(dòng)機(jī)的特定壓縮比，在壓縮過程中的溫度升高是有限的。參考圖4，直到上止點(diǎn)之前的大約30度，僅僅進(jìn)氣的壓縮是進(jìn)氣溫度增加的原因。參考圖2和4，為了增大進(jìn)氣的溫度增加，在壓縮沖程的較后部分期間，點(diǎn)燃燃料射流34將天然氣引入到燃燒室26中。點(diǎn)燃燃料射流34被引向電熱塞32，在電熱塞32附近，該引燃量的天然氣在點(diǎn)燃燃料燃燒區(qū)36中被點(diǎn)燃，引燃量的天然氣的燃燒連同在完成壓縮沖程期間的另外的進(jìn)氣壓縮一起顯著地增加了燃燒室26內(nèi)的進(jìn)氣溫度，引燃量的天然氣在靠近電熱塞附近區(qū)域中的燃燒使得進(jìn)氣的溫度在整個(gè)燃燒室中增加。參考圖4，在上止點(diǎn)之前的45°和40°之間提供作為點(diǎn)燃燃料噴射的天然氣數(shù)量。放熱線50表示燃燒開始于上止點(diǎn)之前的25°和30°之間，放熱升高了進(jìn)氣的溫度直到上止點(diǎn)之前的5°和0°之間的一個(gè)點(diǎn)為止，在該范圍中，燃燒室內(nèi)的溫度超過由線58所示的天然氣自燃溫度。
可以提供一個(gè)未示出的電熱塞防護(hù)件以保護(hù)電熱塞和增強(qiáng)點(diǎn)燃燃料的燃燒。
參考圖3，到處于作功沖程開始或接近作功沖程開始的活塞20處于上止點(diǎn)或上止點(diǎn)附近時(shí)，以主燃料射流35的方式引入主氣體燃料。在點(diǎn)燃燃料的燃燒之后，該點(diǎn)上的進(jìn)氣提供了將會(huì)使天然氣自燃的燃燒環(huán)境。同樣，可能存在燃燒的點(diǎn)燃燃料的殘留氣阱(pocket)，其可以點(diǎn)燃一些直接噴射的主燃料射流35。作為例子，在壓縮沖程中在晚期引入引燃量的燃料的場合和/或在引燃量的燃料的數(shù)量足夠維持天然氣的燃燒直到天然氣的主噴射為止的場合，這種殘余燃燒可能存在于燃燒室內(nèi)。
天然氣點(diǎn)燃燃料射流的數(shù)量、正時(shí)和流速被確定成在直接噴射主要量的天然氣開始時(shí)，足夠在燃燒室內(nèi)提供自燃環(huán)境。在圖4所示的和上面討論的例子中，在上止點(diǎn)之前的45°和40°之間引入氣體點(diǎn)燃燃料，然而，取決于發(fā)動(dòng)機(jī)和運(yùn)行條件，引燃量的天然氣的引入優(yōu)選地發(fā)生在上止點(diǎn)之前的60°和30°之間時(shí)。早于上止點(diǎn)之前60°和晚于上止點(diǎn)之前30°的噴射可能不能在上止點(diǎn)附近噴射主要量的氣體燃料之前將進(jìn)氣的溫度升高到自燃條件。并且，在上止點(diǎn)之前點(diǎn)燃燃料的燃燒通過氣缸形成了一些熱量損失，當(dāng)在壓縮沖程中較早開始點(diǎn)燃燃料的燃燒時(shí)，這些損失可能變得更加顯著。此外，與在壓縮沖程中較早開始點(diǎn)燃燃料的燃燒相對比，當(dāng)在上止點(diǎn)或上止點(diǎn)附近達(dá)到自燃溫度時(shí)，在加熱進(jìn)氣后對進(jìn)氣進(jìn)行壓縮所需的額外能量減小。
如上所述，優(yōu)選地在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于高負(fù)荷條件下時(shí)實(shí)行該方法。在高負(fù)荷條件下，與用來驅(qū)動(dòng)活塞的主燃料相對比，在進(jìn)氣內(nèi)產(chǎn)生自燃溫度所需的點(diǎn)燃燃料的數(shù)量較小。
在低負(fù)荷條件下，點(diǎn)燃燃料的數(shù)量和主燃料的數(shù)量之間的差別較小，在低負(fù)荷條件下需要較少的主燃料來驅(qū)動(dòng)活塞。照此，在低負(fù)荷條件下，用優(yōu)選用于高負(fù)荷條件的方法，在壓縮沖程期間為了達(dá)到自燃溫度所給予的能量通?？赡茏兊帽鹊蒙显谧鞴_程期間給予的能量。照此，引燃量的天然氣的燃燒可能開始阻止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。
作為例子，點(diǎn)燃燃料的數(shù)量(質(zhì)量)優(yōu)選地小于在特定循環(huán)中輸送到燃燒室的總?cè)剂蠑?shù)量(質(zhì)量)的50％。就本公開而言，考慮到被提供的點(diǎn)燃燃料，在燃燒室內(nèi)實(shí)現(xiàn)自燃條件所需的點(diǎn)燃燃料的數(shù)量(質(zhì)量)大于為了滿足操作者的負(fù)荷要求所需的主燃料的100％的場合，將認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)正運(yùn)行在低負(fù)荷運(yùn)行模式下。否則，將認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)正運(yùn)行在高負(fù)荷運(yùn)行模式下。
盡管用上面討論的實(shí)施例運(yùn)行在低負(fù)荷條件下是可能的，但最好有一種替換的低負(fù)荷運(yùn)行模式。在低負(fù)荷條件下，可以采用同樣的裝置來通過引燃燃料噴口噴射燃料。然而，代替早期在壓縮沖程中通過引燃燃料噴口噴射燃料來建立自燃環(huán)境，優(yōu)選地稍后在上止點(diǎn)的20度內(nèi)在上止點(diǎn)或上止點(diǎn)附近噴射氣體燃料，以便通過引燃燃料噴口噴射的氣體燃料的燃燒在作功沖程期間驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。由于低負(fù)荷條件下的燃料需求較小，所以通過引燃燃料噴口噴射的燃料足夠滿足希望的能量需求，以通過廣范圍的低負(fù)荷運(yùn)行條件驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，由于將通過噴射閥的引燃燃料噴口(多個(gè))來提供在該優(yōu)選的低負(fù)荷運(yùn)行條件下使用的全部燃料，所以燃料被全部對準(zhǔn)電熱塞，因而，大多數(shù)燃料被點(diǎn)燃，減少了關(guān)于碳?xì)浠衔锱欧藕托实慕箲]。
當(dāng)在低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，如果通過引燃燃料噴口(多個(gè))噴射的天然氣的數(shù)量不足以提供驅(qū)動(dòng)活塞所需的全部能量，則能通過主燃料噴口(多個(gè))引入燃料來提供補(bǔ)充能量，該燃料將在通過引燃燃料噴口(多個(gè))引入的燃料的后面或與其同時(shí)被引入。在該低負(fù)荷優(yōu)選運(yùn)行方法中，任何這種補(bǔ)充燃料的點(diǎn)燃都受到通過引燃燃料噴口(多個(gè))提供的燃料的燃燒的幫助。通常，在低負(fù)荷條件下，通過引燃燃料噴口(多個(gè))噴射的燃料的燃燒可能不會(huì)在引入補(bǔ)充數(shù)量的燃料之前將進(jìn)氣的溫度增加到自燃溫度之上，因而，由通過引燃燃料噴口(多個(gè))噴射的燃料的燃燒引起的火焰?zhèn)鞑ケ挥脕睃c(diǎn)燃補(bǔ)充數(shù)量的燃料，而不是自燃。
運(yùn)行模式還可以由控制器確定。能對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)以提供發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷圖，其中圖上的每個(gè)點(diǎn)都對應(yīng)不同的負(fù)荷條件。一旦控制器確定發(fā)動(dòng)機(jī)正運(yùn)行于用一組特定的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)識(shí)別的負(fù)荷條件上，控制器就命令使用披露的方法。確定負(fù)荷圖的校準(zhǔn)是基于大量發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，包括在燃燒室內(nèi)建立自燃環(huán)境所需的相關(guān)點(diǎn)燃燃料需求和為了滿足考慮到點(diǎn)燃需求的負(fù)荷需求所需的主燃料的數(shù)量。如果該用于一組特定運(yùn)行參數(shù)的特定負(fù)荷的比超過在發(fā)動(dòng)機(jī)性能中導(dǎo)致無法接受的損失的量，則發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷圖將會(huì)將其表明為閥值負(fù)荷。然后，控制器能使用該信息相應(yīng)地命令發(fā)動(dòng)機(jī)。在閥值之上，將會(huì)加上早期的點(diǎn)燃燃料量以實(shí)現(xiàn)自燃條件(用于上述高負(fù)荷模式的方法)，在該閥值之下，將在上止點(diǎn)附近加上燃料(所述低負(fù)荷模式)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將懂得，優(yōu)選的高負(fù)荷運(yùn)行方法和優(yōu)選的低負(fù)荷優(yōu)選方法以不同方式工作，每種方法都具有其各自的使其適合低負(fù)荷運(yùn)行條件和高負(fù)荷運(yùn)行條件的優(yōu)點(diǎn)。
在本公開中，當(dāng)在曲軸的旋轉(zhuǎn)度數(shù)上測量時(shí)，如果活塞在上止點(diǎn)的30度內(nèi)，則活塞“在上止點(diǎn)附近”。
參考圖5到7，提供了用于上面披露的方法的噴射閥的第一實(shí)施例。對于圖5到7和圖8到10應(yīng)該注意，每個(gè)都僅僅表示閥的下部的特寫，其中在圖8到10中提供了噴射閥的第二實(shí)施例。示出了閥尖100，其具有可移動(dòng)地布置在閥尖100內(nèi)的閥針102。閥座104是閥尖100內(nèi)的一個(gè)表面，其與針密封面106共同作用以在閥針102處于關(guān)閉位置中時(shí)，將燃料空腔108與引燃燃料噴口112分離開來，如圖5中所示。通常采用彈性件(未示出)以通過將密封面106推靠在閥座104上來將閥針102偏壓在關(guān)閉位置中。如圖2b和3b中所示，引燃燃料噴口(多個(gè))112沒有均勻地布置在閥尖100的周界周圍，而是，優(yōu)選地將一個(gè)或多個(gè)引燃燃料噴口定向成僅僅將燃料射流引向電熱塞附近。
閥尖100可安裝在內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)，如圖1到3中所示。當(dāng)噴射閥處于關(guān)閉位置中時(shí)，防止了氣體燃料通過引燃燃料噴口(多個(gè))112或主燃料噴口(多個(gè))120進(jìn)入燃燒室。
在共軌式噴射閥中，氣體燃料在燃料空腔108內(nèi)被增壓，以便當(dāng)燃料噴射閥打開時(shí)，將燃料噴射到燃燒室中。在關(guān)系到四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的大多數(shù)運(yùn)行條件中，圖5中所示的關(guān)閉位置是閥尖100在排氣沖程、進(jìn)氣沖程和壓縮沖程的早期部分期間的狀態(tài)。
披露的噴射閥的一個(gè)特征是它具有兩個(gè)不同的打開位置。在圖6中，噴射閥部分地打開以允許燃料僅僅通過引燃燃料噴口112噴射到燃燒室中。在圖7中，噴射閥完全打開以允許燃料通過引燃燃料噴口(多個(gè))112和主燃料噴口120噴射到燃燒室中。
現(xiàn)在參考圖6，閥針102的密封面106升起離開閥座104，允許包含在燃料空腔108內(nèi)的增壓燃料流過密封面106與閥座104之間的空間，并通過引燃燃料噴口(多個(gè))112流入到燃燒室中。然而，針尖116和噴嘴頂端100的內(nèi)表面之間的密配合基本上防止任何燃料從燃料空腔108流到主燃料噴口120，圖6中所示的部分打開位置與僅僅通過引燃燃料噴口(多個(gè))112噴射氣體燃料的時(shí)間對應(yīng)，如圖2中所示。如在優(yōu)選方法的說明中披露的，選擇該部分打開位置以在高負(fù)荷運(yùn)行條件期間噴射引燃量的氣體燃料，或在低負(fù)荷條件期間噴射主要量的燃料。
現(xiàn)在參考圖7，閥針102處于完全打開位置中，以便燃料可以從燃料空腔108流過閥座104和密封面106之間的空間和針尖116與閥尖100之間的打開空間，其中閥針102在完全打開位置中縮回。在該完全打開位置中，氣體燃料通過引燃燃料噴口(多個(gè))112和主燃料噴口120噴射到燃燒室中，該完全打開位置與燃料如圖3中所示地噴射到燃燒室中的時(shí)間對應(yīng)。
因而，可以采用噴射閥的該第一實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)上面教導(dǎo)的方法。
噴射閥的第一實(shí)施例需要精確控制閥針102升起的能力。作為例子，能使用一個(gè)被設(shè)計(jì)成依據(jù)希望的噴射閥運(yùn)行模式來控制升起的機(jī)械或液壓“鎖閂”，當(dāng)動(dòng)作時(shí)，這種鎖閂可以物理地停止閥針102繼續(xù)越過噴射閥內(nèi)的某個(gè)點(diǎn)。并且，作為例子，如本領(lǐng)域技術(shù)人員能懂得的，閥針102的升起可以受壓電機(jī)構(gòu)、電磁線圈、磁致伸縮裝置或另外類型的用來允許閥針102受控升起的機(jī)械裝置的控制。
第一實(shí)施例的特點(diǎn)是單個(gè)整體式針設(shè)計(jì)的簡單性，該設(shè)計(jì)控制僅僅通過引燃燃料噴口(多個(gè))112的流動(dòng)或通過引燃燃料噴口(多個(gè))112和主燃料噴口120的流動(dòng)。
能用于披露的方法的噴射閥第二實(shí)施例在圖8到10中示出。示出了閥尖200，其具有可移動(dòng)地布置在閥尖200內(nèi)的閥針202。在圖8所示的關(guān)閉位置中，第二實(shí)施例非常象第一實(shí)施例，通過閥針202的密封面206，防止了包含在燃料空腔208內(nèi)的增壓燃料流到引燃燃料噴口(多個(gè))212或主燃料噴口220，密封面206被推靠在閥座204上。第一和第二實(shí)施例之間的不同涉及在部分打開位置和完全打開位置中相應(yīng)的噴射閥功能是怎樣的，會(huì)參考圖9和10對其進(jìn)行描述。
燃料噴射閥的第二實(shí)施例包括可相對于閥針202移動(dòng)的針尖216。當(dāng)閥針202處于關(guān)閉位置中時(shí)，致動(dòng)器217允許針尖216縮回室215內(nèi)，如圖8中所示。例如，當(dāng)致動(dòng)器217是彈性件時(shí)，彈性件在閥處于關(guān)閉位置中時(shí)被壓縮。
現(xiàn)在參考圖9，當(dāng)閥針202的密封面206升起離開閥座204時(shí)，能通過引燃燃料噴口(多個(gè))212將氣體燃料噴射到燃燒室中，通過針尖216的座靠在次級閥座214上的端面防止了氣體燃料從燃料空腔208流到主燃料噴口220，當(dāng)閥針202部分升起時(shí)，致動(dòng)器217可展開以將針尖216的端面偏壓到次級閥座214上。圖9中所示的部分打開的噴射閥形成了僅僅通過引燃燃料噴口212噴射燃料的裝置，其與圖2中所示的噴射活動(dòng)對應(yīng)。
現(xiàn)在參考圖10，通過比圖9中的位置更進(jìn)一步地縮回閥針202，凸緣218與唇部219接合，由此針尖216升起離開次級閥座214，從而，來自燃料空腔208的氣體燃料然后能流過引燃燃料噴口(多個(gè))212和主燃料噴口220。通過除了引燃燃料噴口(多個(gè))212之外經(jīng)由主燃料噴口220噴射氣體燃料，可得到更大的流通面積，能實(shí)現(xiàn)進(jìn)入燃燒室中的更大的燃料質(zhì)量流速。主燃料噴口220的加入還能實(shí)現(xiàn)燃料在燃燒室內(nèi)的更廣泛的分布，而不是僅僅分布在電熱塞附近。
如同噴射閥的第一實(shí)施例一樣，針202的升起可以受壓電機(jī)構(gòu)、電磁線圈、磁致伸縮裝置或另外類型的允許閥針202受控升起的機(jī)械裝置的控制。
現(xiàn)在參考圖11，示出了噴射閥，其頂端設(shè)計(jì)與在圖5到7所示的設(shè)計(jì)中所實(shí)施的類似。所示實(shí)施例包括閥的上游控制系統(tǒng)。示出了帶有閥針302的閥尖300，閥針302位于閥尖300中。閥座304是閥尖300內(nèi)的表面，當(dāng)閥針302處于關(guān)閉位置中時(shí)，閥座304與針座306共同作用以提供一個(gè)將燃料空腔308與引燃燃料噴口312分開的裝置，在關(guān)閉位置中，閥座304鄰接針座306。如上面討論的早先的實(shí)施例中的情況那樣，引燃燃料噴口312(或多個(gè)噴口)沒有均勻地布置在閥尖300的周界周圍。當(dāng)噴射器位于火力板中時(shí)，提供引燃燃料噴口312以允許將引燃燃料噴口定向成僅僅將點(diǎn)燃燃料射流引向熱表面或電熱塞。
如同前述實(shí)施例那樣，針尖316和噴嘴頂端300的內(nèi)表面之間的密配合基本上防止燃料從燃料空腔308流到主燃料噴口320，圖11中所示的部分打開位置與僅僅通過引燃燃料噴口(多個(gè))312噴射氣體燃料的時(shí)間tp1對應(yīng)。
在希望氣體燃料在時(shí)間tp2通過主燃料噴口320的場合，閥針302將針尖316拉離閥尖300的內(nèi)表面，從而允許氣流通過主燃料噴口320進(jìn)入燃燒室，如上面教導(dǎo)的，燃燒室被早先通過引燃燃料噴口(多個(gè))312的點(diǎn)燃噴射所加熱。
通常，燃料通過噴射器燃料管路322供給到燃料空腔308。
由于布置在第一低壓管路334和第二低壓管路332中的第一低壓電磁閥328和第二低壓電磁閥330的動(dòng)作，能通過硬彈簧324和軟彈簧326之間的相互作用來使閥針302在閥尖300內(nèi)動(dòng)作，硬彈簧324和軟彈簧326與作用在針頭342上的流體壓力供給相互作用。高壓管路340與針頭342的表面和第一低壓管路334以及第二低壓管路332連通。
在時(shí)間tp0，當(dāng)希望基本上沒有氣流通過引燃燃料噴口(多個(gè))312或主燃料噴口320時(shí)，兩個(gè)電磁閥328、330關(guān)閉，限制流體流過第一低壓管路334和第二低壓管路332。照此，高壓管路將高壓流體輸送到針頭342的表面，該高壓流體起作用以壓縮硬彈簧324和軟彈簧326，使得針座表面306密封在閥座304上。在時(shí)間tp1，在需要燃料通過點(diǎn)燃孔口312且同時(shí)仍然限制燃料通過主燃料噴口320的場合，閥330打開以允許流體通過管路332的受限流動(dòng)，照此釋放針頭342上的壓力。照此，硬彈簧324的動(dòng)作對閥針302起作用，迫使打開在閥座304和密封面306之間確定的路徑，然后，這允許燃料流過到點(diǎn)燃燃料口(多個(gè))312。注意，軟彈簧被如此校準(zhǔn)，即它不能阻遏在針頭342上產(chǎn)生的壓力。在時(shí)間tp2，閥328打開，允許流體通過管路334的第二受限流動(dòng)，進(jìn)一步減小針頭342上的壓力。該進(jìn)一步的壓力減小使得軟彈簧326對閥針302起作用，迫使針尖316離開閥尖300的內(nèi)表面，打開到主燃料噴口320的路徑，流出到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得的，能用限制流體流過管路332、334的其它裝置來代替電磁閥330、328，能用壓電閥來管理通過管路332、334的流動(dòng)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得的，當(dāng)選擇所述閥時(shí)，應(yīng)該考慮到閥的迅速起作用的能力。
參考圖12，提供了用于本主題發(fā)明的優(yōu)選發(fā)熱環(huán)和防護(hù)件構(gòu)造的實(shí)施例。這里，點(diǎn)燃燃料射流400在圖12a中表示為接近電熱塞防護(hù)件402和在圖12b中表示為沖擊電熱塞406。示出了防護(hù)件進(jìn)入孔(多個(gè))408和退出孔404。在圖12b中，示出了在與電熱塞406相互作用后點(diǎn)燃的火焰410。
實(shí)際上，通過將進(jìn)入孔(多個(gè))408定向成近似與點(diǎn)燃燃料射流400的流動(dòng)成一列，燃料射流400被引向受防護(hù)件402保護(hù)的電熱塞406。然后，防護(hù)件402幫助將部分燃料射流400引導(dǎo)到防護(hù)件402周圍，經(jīng)過退出孔404，在退出孔404，火焰410被引入到緊接防護(hù)件402的燃料射流400中。這實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)燃燃料400的快速點(diǎn)燃和較完全的燃燒，這為將要噴射的主燃料的燃燒建立或調(diào)節(jié)燃燒室。
參考圖12，當(dāng)以一條線為中心時(shí)，該線由防護(hù)件和從防護(hù)件突出的徑向面之間的交點(diǎn)確定，每個(gè)進(jìn)入孔和退出孔408、404都能被觀察到。在圖12中，與進(jìn)入孔408關(guān)聯(lián)的徑向面和與退出孔404之一關(guān)聯(lián)的徑向面之間的角度大約是90度，然而，這可以改變。優(yōu)選地，一般而言，進(jìn)入孔和退出孔之間大于45度的角度也能起到作用，遠(yuǎn)小于45度的角度可能在來自防護(hù)件內(nèi)部的火焰和另外的點(diǎn)燃燃料通過該孔的進(jìn)入之間引起不必要的干涉。在本申請中涉及的場合，該角度限制還包括，在火焰被退出孔在一個(gè)從徑向面偏移的角度上引導(dǎo)的場合，進(jìn)入孔和退出孔之間的有效角，其中徑向面瞄準(zhǔn)防護(hù)件外部的一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域與具有一個(gè)大體上沿著徑向面引導(dǎo)火焰的孔的情況下火焰瞄準(zhǔn)的區(qū)域相同。
同樣，盡管在上述優(yōu)選實(shí)施例中優(yōu)選地表示為圓柱形狀，但防護(hù)件可以具有不同形狀，只要其能在防護(hù)件大體上位于噴射器和電熱塞之間的場合，在電熱塞和防護(hù)件之間提供一個(gè)保護(hù)空間。此外，提供通向電熱塞的燃料的通路和在防護(hù)件外部引起的火焰的通路的進(jìn)入通道和退出通道也在所示的優(yōu)選通道，進(jìn)入孔408和退出孔404上工作。
還要注意，應(yīng)該對燃料射流400的噴射壓力進(jìn)行控制以允許燃料如所希望地進(jìn)入進(jìn)入孔(多個(gè))408。
盡管在提供的實(shí)施例中，示出了一個(gè)進(jìn)入孔408和兩個(gè)退出孔404，但本發(fā)明不局限于此，能以允許燃料射流400瞄準(zhǔn)且穿透進(jìn)入孔的方式將多個(gè)進(jìn)入孔分布在防護(hù)件402上。同樣，應(yīng)該將退出孔404如此定位在防護(hù)件402上，即在防護(hù)件402內(nèi)從燃料射流400的點(diǎn)燃部分突出的火焰突出到燃料射流410的部分中，燃料射流410大體上被引導(dǎo)到防護(hù)件402周圍。
并且，退出孔404和進(jìn)入孔(多個(gè))408應(yīng)該形成合適的尺寸以允許一些燃料穿過進(jìn)入孔(多個(gè))408并將一些燃料引導(dǎo)到防護(hù)件402周圍。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員能懂得的，電熱塞406能由適合在內(nèi)燃機(jī)中具有的溫度和壓力的材料制成，選擇用于防護(hù)件402的材料是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，還能使用防護(hù)件上的催化覆層來為燃料射流400提供額外的點(diǎn)燃自持。
盡管優(yōu)選方法將同樣的燃料用于點(diǎn)燃噴射和主噴射，但能使用也能將自燃條件提供給主燃料的不同燃料，這需要適應(yīng)所提供的噴射閥設(shè)計(jì)以及噴射策略。即，系統(tǒng)應(yīng)該是雙燃料系統(tǒng)，且需要相應(yīng)地作出改變，如本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得的。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得的，其它噴射閥設(shè)計(jì)可能適合于實(shí)現(xiàn)所披露的方法。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的具體元件、實(shí)施例和應(yīng)用，但當(dāng)然應(yīng)該了解，本發(fā)明不局限于這些，因?yàn)樵诓槐畴x本發(fā)明范圍的情況下，特別是根據(jù)前述教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能作出改變。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)行具有至少一個(gè)氣缸的內(nèi)燃機(jī)的方法，所述氣缸具有活塞，該方法包括將進(jìn)氣引入燃燒室中，所述燃燒室由氣缸部分地限定，在所述燃燒室內(nèi)對進(jìn)氣進(jìn)行壓縮，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)上的負(fù)荷等于或大于預(yù)定閥值負(fù)荷時(shí)，在第一運(yùn)行模式中運(yùn)行，所述第一運(yùn)行模式包括當(dāng)壓縮所述進(jìn)氣時(shí)，將引燃量的氣體燃料直接噴射到所述燃燒室中，并點(diǎn)燃該第一量的氣體燃料以將進(jìn)氣溫度升高到所述氣體燃料的自燃溫度之上，和，當(dāng)所述進(jìn)氣的溫度處于或高于氣體燃料的自燃溫度時(shí)，將第二量的氣體燃料直接噴射到所述燃燒室中，其中噴射所述第二量的氣體燃料以在燃燒室內(nèi)燃燒來驅(qū)動(dòng)所述活塞的作功沖程，當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)上的負(fù)荷小于預(yù)定閥值負(fù)荷時(shí)，在第二運(yùn)行模式中運(yùn)行，所述第二運(yùn)行模式包括當(dāng)所述活塞在氣缸內(nèi)處于上止點(diǎn)附近時(shí)，將第一量的氣體燃料直接噴射到所述燃燒室中，和，點(diǎn)燃所述第一量的氣體燃料，驅(qū)動(dòng)所述活塞的作功沖程。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)圖確定所述內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，包括通過電熱塞點(diǎn)燃所述第一量的氣體燃料。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，包括在所述電熱塞的方向上噴射所述第一量的氣體燃料。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，包括當(dāng)所述活塞位于上止點(diǎn)之前的60和30度的曲柄角之間時(shí)，噴射所述第一量的氣體燃料。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)所述活塞在上止點(diǎn)時(shí)，所述進(jìn)氣的溫度處于所述氣體燃料的自燃溫度或在氣體燃料的自燃溫度之上。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述第一運(yùn)行模式中，所述第二量的氣體燃料的燃料質(zhì)量大于所述第一量的氣體燃料。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述第一運(yùn)行模式中，噴射所述第二量的氣體燃料定時(shí)為使得第二量的氣體燃料在所述活塞的作功沖程期間燃燒。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述第一運(yùn)行模式中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)圖確定所述第二量的氣體燃料。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一量的氣體燃料和第二量的氣體燃料從單個(gè)噴射器直接噴射到所述燃燒室中。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述燃燒室確定柴油機(jī)范圍內(nèi)的壓縮比。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述燃燒室確定的壓縮比大于14∶1。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述第二運(yùn)行模式中，在上止點(diǎn)之前的20度曲柄角和上止點(diǎn)之后的20度曲柄角之間噴射所述第一量的燃料。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，包括在所述第二運(yùn)行模式中，噴射第二量的氣體燃料，并允許所述第二量的氣體燃料在所述活塞的作功沖程期間燃燒。
15.一種運(yùn)行包括至少一個(gè)氣缸的供給氣體燃料的內(nèi)燃機(jī)的方法，所述氣缸部分地限定燃燒室，該方法包括確定內(nèi)燃機(jī)上的負(fù)荷要求是否在高負(fù)荷范圍內(nèi)，當(dāng)所述負(fù)荷要求在高負(fù)荷范圍內(nèi)時(shí)，選擇內(nèi)燃機(jī)的高負(fù)荷運(yùn)行模式，所述高負(fù)荷運(yùn)行模式包括將進(jìn)氣引入所述燃燒室中，在所述活塞的壓縮沖程期間，在所述燃燒室內(nèi)對進(jìn)氣進(jìn)行壓縮，在所述活塞的壓縮沖程期間，將第一量的氣體燃料直接噴射到所述燃燒室內(nèi)被壓縮的進(jìn)氣中，點(diǎn)燃所述第一量的氣體燃料，燃燒所述第一量的氣體燃料以幫助將進(jìn)氣溫度升高到所述氣體燃料的自燃溫度或自燃溫度之上，當(dāng)所述進(jìn)氣的溫度處于所述氣體燃料的自燃溫度或自燃溫度之上時(shí)，將第二量的氣體燃料直接噴射到所述進(jìn)氣中，其中所述第二量的氣體燃料的燃燒有助于驅(qū)動(dòng)所述活塞的作功沖程。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，包括確定何時(shí)所述負(fù)荷要求處于內(nèi)燃機(jī)的低負(fù)荷范圍內(nèi)，和，當(dāng)所述負(fù)荷要求處于低負(fù)荷范圍內(nèi)時(shí)，選擇內(nèi)燃機(jī)的低負(fù)荷運(yùn)行模式，所述低負(fù)荷運(yùn)行模式包括將進(jìn)氣引入所述燃燒室中，在所述活塞的壓縮沖程期間，在所述燃燒室內(nèi)對進(jìn)氣進(jìn)行壓縮，當(dāng)所述活塞處于上止點(diǎn)或上止點(diǎn)附近時(shí)，將第一量的氣體燃料直接噴射到所述燃燒室內(nèi)被壓縮的進(jìn)氣中，點(diǎn)燃所述第一量的氣體燃料，燃燒所述第一量的氣體燃料，其中所述第一量的氣體燃料的燃燒有助于驅(qū)動(dòng)所述活塞的作功沖程。
17.一種在正在運(yùn)行的供給氣體燃料的內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)建立自燃環(huán)境的方法，所述燃燒室由活塞部分地限定，且具有在由柴油機(jī)確定的范圍內(nèi)的壓縮比，該方法包括將進(jìn)氣引入所述燃燒室中，在燃燒室內(nèi)壓縮所述進(jìn)氣時(shí)，通過噴射器將第一量的氣體燃料直接噴射到所述燃燒室中，點(diǎn)燃該第一量的氣體燃料，使該第一量的氣體燃料燃燒，并升高所述進(jìn)氣的溫度，當(dāng)所述進(jìn)氣的溫度等于或大于所述氣體燃料的自燃溫度時(shí)，通過所述噴射器，將第二量的氣體燃料直接噴射到所述燃燒室中，其中所述第二量的氣體燃料的燃燒有助于驅(qū)動(dòng)所述活塞的作功沖程。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一量的氣體燃料對準(zhǔn)布置在所述燃燒室內(nèi)的電熱塞。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第二量的氣體燃料被引到整個(gè)燃燒室中。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一量的氣體燃料被以從所述氣缸的火力板測量的第一角度引入到所述燃燒室中，所述第二量的氣體燃料被以從所述火力板測量的第二角度引入到所述燃燒室中。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第一角度小于所述第二角度。
22.如權(quán)利要求1到21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氣體燃料是天然氣。
23.如權(quán)利要求1到21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氣體燃料包括甲烷。
24.如權(quán)利要求1到21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氣體燃料包括氫氣。
25.一種在正在運(yùn)行的供給氣體燃料的內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)建立自燃環(huán)境的方法，所述燃燒室由活塞部分地限定，該方法包括將進(jìn)氣引入所述燃燒室中，在所述燃燒室內(nèi)對進(jìn)氣進(jìn)行壓縮時(shí)，將第一量的氣體燃料直接噴射到所述燃燒室中，點(diǎn)燃該第一量的氣體燃料；在所述燃燒室內(nèi)對進(jìn)氣進(jìn)行壓縮的同時(shí)，使該第一量的氣體燃料燃燒，并升高所述進(jìn)氣的溫度，當(dāng)所述進(jìn)氣的溫度等于或大干所述燃料的自燃溫度時(shí)，將第二量的氣體燃料直接噴射到所述燃燒室中。
26.一種用來將燃料直接噴射到內(nèi)燃機(jī)燃燒室中的燃料噴射閥，該噴射閥包括空心閥體，該空心閥體包括可插入燃燒室中的閥尖；設(shè)置在所述閥尖內(nèi)的引燃燃料噴口，用來在幫助點(diǎn)燃所述氣體燃料的裝置的方向上噴射燃料；至少一個(gè)主燃料噴口，與所述引燃燃料噴口相比，主燃料噴口用來將燃料噴射到所述燃燒室的更大部分中，布置在所述空心閥體內(nèi)的閥針，所述閥針可在三個(gè)位置之間移動(dòng)關(guān)閉位置，其中在所述空心閥體內(nèi)包含增壓量的燃料；第一打開位置，其中僅通過所述引燃燃料噴口來噴射所述燃料；和第二打開位置，其中可通過所述引燃燃料噴口和通過所述主燃料噴口來噴射所述燃料
27.如權(quán)利要求26所述的噴射閥，其中所述燃料是氣體燃料。
28.如權(quán)利要求27所述的噴射閥，其中所述燃料是天然氣。
29.如權(quán)利要求26所述的噴射閥，其中所述閥針包括從所述閥針的桿部延伸的針尖，所述閥針的桿部的橫截面積比針尖的大；和布置在所述針尖和桿部之間的環(huán)形肩部，其中所述環(huán)形肩部包括一個(gè)密封面，當(dāng)所述密封面被抵靠在閥座上時(shí)，密封面與閥座共同作用將所述氣體燃料密封在所述空心閥體內(nèi)。
30.如權(quán)利要求29所述的噴射閥，其中在所述閥針處于第一打開位置中時(shí)，所述針尖與所述空心閥體的內(nèi)表面共同作用，以防止所述燃料通過主燃料噴口離開所述空心閥體。
31.如權(quán)利要求30所述的噴射閥，其中所述針尖的徑向面緊密地配合在所述閥尖內(nèi)的井孔中，在所述閥針處于第一打開位置中時(shí)，所述針尖和井孔的側(cè)壁之間的間隙提供了一個(gè)流動(dòng)限制，該流動(dòng)限制基本上防止了所述氣體燃料流到所述主燃料噴口。
32.如權(quán)利要求29所述的噴射閥，其中，所述閥針可縮回到所述空心閥體內(nèi)，以便所述針尖升起離開所述井孔，由此氣體燃料可以流到所述主燃料噴口。
33.如權(quán)利要求29所述的噴射閥，其中所述針尖可相對于所述閥針的桿移動(dòng)，當(dāng)所述閥針處于第一打開位置中時(shí)，所述針尖的端面座靠在第二閥座上，該第二閥座由所述空心閥體的內(nèi)表面提供，當(dāng)所述閥針處于第二打開位置中時(shí)，所述針尖升起遠(yuǎn)離所述第二閥座。
34.如權(quán)利要求33所述的噴射閥，其中當(dāng)所述閥針處于關(guān)閉位置或第一打開位置中時(shí)，所述針尖被布置在針尖和所述桿之間的彈簧推靠在所述第二閥座上。
35.如權(quán)利要求33所述的噴射閥，其中所述針尖包括一凸緣，該凸緣與所述桿的唇部共同作用，由此桿縮回到空心閥體中超過一個(gè)預(yù)定距離使得所述針尖升起遠(yuǎn)離所述第二閥座。
36.如權(quán)利要求26到35中任一項(xiàng)所述的噴射閥，其中所述引燃燃料噴口是多個(gè)引燃燃料噴口中的一個(gè)，其結(jié)合的打開面積小于所述主燃料噴口的結(jié)合的打開面積。
37.如權(quán)利要求36所述的噴射閥，其中所述多個(gè)引燃燃料噴口定向成將所述氣體燃料噴射到燃燒室的一個(gè)部分中，該部分包括用來幫助點(diǎn)燃的裝置。
38.如權(quán)利要求37所述的噴射閥，其中所述主燃料噴口并不在所述用于幫助點(diǎn)燃的裝置的方向上噴射燃料。
39.如權(quán)利要求26所述的噴射閥，還包括第一關(guān)閉偏壓措施、第二關(guān)閉偏壓措施、第三關(guān)閉偏壓措施、第一打開偏壓措施和第二打開偏壓措施，用于在所述關(guān)閉位置、第一打開位置和第二打開位置之間驅(qū)動(dòng)所述閥針。
40.如權(quán)利要求39所述的噴射閥，其中所述第一關(guān)閉偏壓措施、第二關(guān)閉偏壓措施和第三關(guān)閉偏壓措施分別是逆著所述第一打開偏壓措施和第二打開偏壓措施作用在所述閥針上的第一流體力、第二流體力和第三流體力，其中a.所述第一流體力大于由所述第一打開偏壓措施輸送的第一打開力，和，由所述第二打開偏壓措施輸送的第二打開力，由此將所述閥針驅(qū)動(dòng)到所述關(guān)閉位置，b.所述第二流體力大于所述第一打開力且小于所述第二打開力，從而將所述閥針驅(qū)動(dòng)到所述第一打開位置，和，c.所述第三流體力小于所述第一打開力，和，第二打開力，從而將所述閥針驅(qū)動(dòng)到所述第二打開位置。
41.如權(quán)利要求40所述的噴射閥，其中所述第一打開偏壓措施由硬彈簧提供，所述第二打開偏壓措施由軟彈簧提供，所述硬彈簧和軟彈簧在所述閥針和閥尖之間起作用。
42.一種內(nèi)燃機(jī)，包括基本上由氣缸、可在所述氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞和氣缸蓋的火力板限定的燃燒室；布置在所述燃燒室內(nèi)用來幫助將氣體燃料點(diǎn)燃的裝置；用來將氣體燃料直接噴射到所述燃燒室中的燃料噴射閥，所述燃料噴射閥包括空心閥體，空心閥體包括可插入燃燒室中的閥尖；用來在所述幫助將氣體燃料點(diǎn)燃的裝置的方向上噴射燃料的、設(shè)置在所述閥尖內(nèi)的引燃燃料噴口；至少一個(gè)主燃料噴口，與所述引燃燃料噴口相比，主燃料噴口將燃料噴射到所述燃燒室的更大部分中，所述主燃料噴口的結(jié)合打開面積大于與所述引燃燃料噴口相關(guān)的打開面積；布置在所述空心閥體內(nèi)的閥針，所述閥針可在下列位置之間移動(dòng)關(guān)閉位置，在關(guān)閉位置中，增壓量的氣體燃料包含在所述空心閥體內(nèi)；第一打開位置，在第一打開位置中，僅可通過所述引燃燃料噴口來噴射氣體燃料；和第二打開位置，在第二打開位置中，可通過所述引燃燃料噴口和通過所述主燃料噴口來噴射氣體燃料。
43.如權(quán)利要求42所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述閥尖基本上位于所述火力板上的中央，所述用來幫助點(diǎn)燃的裝置與閥尖間隔開一個(gè)徑向距離。
44.如權(quán)利要求42所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述用來幫助點(diǎn)燃的裝置是電熱塞。
45.如權(quán)利要求44所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括電熱塞防護(hù)件，所述防護(hù)件的一部分位于所述燃燒室中、在所述電熱塞和燃料噴射閥之間。
46.如權(quán)利要求45所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述防護(hù)件包圍所述電熱塞。
47.如權(quán)利要求45所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述防護(hù)件確定至少兩個(gè)燃料通道，至少一個(gè)進(jìn)入通道和至少一個(gè)退出通道，所述至少一個(gè)進(jìn)入通道用來接收第一量的所述氣體燃料，所述第一量的所述氣體燃料由所述電熱塞點(diǎn)燃，所述至少一個(gè)退出通道用來將火焰引到在退出通道之外且被所述防護(hù)件引導(dǎo)經(jīng)過所述退出通道的第二量的氣體燃料中，所述火焰點(diǎn)燃所述第二量的氣體燃料，且在所述第一量的氣體燃料的燃燒期間產(chǎn)生。
48.如權(quán)利要求42到47中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，包括用來命令所述閥針的控制器。
49.如權(quán)利要求48所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中當(dāng)命令所述控制器在高負(fù)荷運(yùn)行模式下工作時(shí)，當(dāng)所述活塞處于上止點(diǎn)之前的60到30度的曲柄角之間時(shí)，所述控制器命令閥針到達(dá)所述第一打開位置。
50.如權(quán)利要求48所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中當(dāng)命令所述控制器在預(yù)定閥值負(fù)荷之上工作時(shí)，所述控制器工作在第一運(yùn)行模式中，其中當(dāng)所述活塞處于上止點(diǎn)之前的60到30度的曲柄角之間時(shí)，控制器命令所述閥針到達(dá)第一打開位置，和在所述燃燒室處于所述氣體燃料的自燃溫度或處于氣體燃料的自燃溫度之上時(shí)，命令所述閥針到達(dá)第二打開位置。
51.如權(quán)利要求48到50中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述預(yù)定閥值負(fù)荷包括發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷圖上的一系列點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)都與不同的負(fù)荷條件對應(yīng)。
52.一種在供給氣體燃料的直接噴射式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中使用的電熱塞防護(hù)件，所述電熱塞防護(hù)件包括外表面和與所述外表面相對的內(nèi)表面，所述防護(hù)件限定至少一個(gè)進(jìn)入徑向面和至少一個(gè)退出徑向面，每個(gè)徑向面都從所述外表面突出，每個(gè)所述至少一個(gè)進(jìn)入徑向面和至少一個(gè)退出徑向面都確定至少一條交線，該交線從用于每個(gè)所述至少一個(gè)進(jìn)入徑向面和至少一個(gè)退出徑向面的所述內(nèi)表面向后突出，至少一條進(jìn)入線，在進(jìn)入線處，所述至少一個(gè)進(jìn)入徑向面與所述外表面相交，和至少一條退出線，在退出線處，所述至少一個(gè)退出徑向面與所述外表面相交，其中在所述至少一條交線處，在全部的所述至少一個(gè)進(jìn)入徑向面和全部的所述至少一個(gè)退出徑向面之間的全部角度大于45度，和所述防護(hù)件限定至少兩個(gè)通道，一進(jìn)入通道和一退出通道，所述進(jìn)入通道以每個(gè)所述至少一條進(jìn)入線為中心，所述退出通道以每個(gè)所述至少一條退出線為中心。
53.如權(quán)利要求52所述的電熱塞防護(hù)件，其中所述防護(hù)件限定一圓柱形狀。
54.如權(quán)利要求53所述的電熱塞防護(hù)件，其中所述防護(hù)件確定一頂面，在該頂面，所述防護(hù)件從內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)的火力板懸掛下來，所述進(jìn)入通道和退出通道與所述頂面的距離相等。
55.如權(quán)利要求52所述的電熱塞防護(hù)件，其中所述通道是孔。
56.一種運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法，該方法包括a.將進(jìn)氣引入燃燒室中，b.在所述燃燒室內(nèi)對該進(jìn)氣進(jìn)行壓縮，e.確定何時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷等于或大于預(yù)定閥值負(fù)荷，f.當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷等于或大于所述預(yù)定閥值負(fù)荷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在第一運(yùn)行模式中，第一運(yùn)行模式包括i.在壓縮所述進(jìn)氣時(shí)，噴射處于進(jìn)入通道處的第一量的燃料，所述進(jìn)入通道由在所述燃燒室中延伸的電熱塞防護(hù)件限定，所述電熱塞防護(hù)件布置在所述噴射器和靠近所述防護(hù)件的電熱塞之間，從而使得所述第一量的所述燃料在穿過所述進(jìn)入通道之后在電熱塞上被點(diǎn)燃，ii.通過在所述防護(hù)件中限定的退出通道將所述第一量的燃料的燃燒引起的火焰引向第二量的燃料，所述第二量的燃料被引導(dǎo)經(jīng)過所述防護(hù)件并引導(dǎo)到所述退出通道之外，所述火焰使得該第二量的燃料被點(diǎn)燃，所述第一和第二量燃料的燃燒增加了所述燃燒室內(nèi)的進(jìn)氣的溫度，iii.當(dāng)所述進(jìn)氣的溫度處于所述燃料的自燃溫度或燃料的自燃溫度之上時(shí)，在接近完成所述進(jìn)氣的壓縮時(shí)，將第三量的燃料直接噴射到所述燃燒室中。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，其中所述燃料是氣體燃料。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其中所述燃料包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和氫氣中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明披露了在內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)創(chuàng)造一種適合燃料的自燃和燃燒的環(huán)境的方法和裝置，本來這些燃料是不會(huì)自燃的。在高負(fù)荷條件下，在活塞的壓縮沖程期間將引燃量的燃料噴射到內(nèi)燃機(jī)燃燒室中，選擇燃料量和正時(shí)以到主燃料噴射所需的時(shí)間時(shí)，將燃燒室內(nèi)的進(jìn)氣加熱到燃料的自燃溫度或燃料的自燃溫度之上，以在作功沖程期間驅(qū)動(dòng)活塞。通常，應(yīng)該在活塞的上止點(diǎn)或上止點(diǎn)附近達(dá)到自燃溫度。還披露了以本方法教導(dǎo)的方式輸送燃料的噴射器設(shè)計(jì)。
文檔編號F02D41/40GK1723343SQ200380104192
公開日2006年1月18日 申請日期2003年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月2日
發(fā)明者李國偉, 奧利維爾·萊貝斯塔德 申請人:韋斯特波特研究公司