[發明專利]用于將雙燃料噴射到內燃機中的方法和裝置

有效

• 申請號: 01804862.5
• 申請日: 2001-02-09
• 公開（公告）號: CN1401053A
• 公開（公告）日: 2003-03-05
• 發明（設計）人: 帕特里克·奧利特;布拉德·杜維爾;理查德·安西默;李國偉;桑迪普·芒希
• 申請（專利權）人: 韋斯特波特研究公司
• 主分類號: F02D19/08
• 分類號: F02D19/08;F02B7/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 魏曉剛,李曉舒

技術領域

本發明涉及一種用于將雙燃料噴射到內燃機的燃燒室中的技術，更具體地說，本發明涉及適用于轎車、卡車、公共汽車、機車、船舶和其他形式的交通工具的內燃機以及與能量產生和工業應用相關的發動機中的雙燃料噴射技術。

背景技術

柴油發動機向天然氣轉變的工作已經在一段時間內成為內燃機工業的目標。天然氣是一種清潔的燃燒燃料(相對于柴油)，這意味著當發動機用天然氣燃料取代柴油燃料時，發動機可以以氮氧化物(NOx)和顆粒物質(PM)的排放水平降低的條件下工作。

用于將柴油發動機轉化為天然氣的工作的一種公知方法被稱為雙燃料工作。典型地是，雙燃料發動機將天然氣與吸入空氣混合，之后將空氣/天然氣混合物引入發動機氣缸中(現有技術中公知為煙熏(fumigation)的過程)。由此，在吸氣沖程中均勻的空氣/天然氣混合物引入活塞氣缸中。在壓縮沖程中，均質混合物的壓力和溫度上升。在接近壓縮沖程結束時，少量的引燃柴油被用于點燃空氣/天然氣混合物。采用均質的空氣和天然氣混合物的優點在于燃料對空氣的比(F/A比)可以得以控制，以便以稀薄均質方式燃燒，并與相當的柴油燃料發動機相比，實現較低的NOx排放和較少的顆粒物質。

然而，這種雙燃料方法具有兩項主要缺點。第一項主要缺點是在高負載發動機工作條件下遇到，此時壓縮沖程過中活塞氣缸內的升高的溫度和壓力使得空氣/天然氣混合物易于爆震。爆震是一種不受控制的燃燒過程，其導致熱非常高速地釋放，這會造成燃燒室內的壓力快速波動，或造成本身大到足以損壞活塞和相關的發動機部件的壓力。用于降低爆震風險的少數措施包括降低發動機的壓縮比或限制功率和扭矩輸出，但是這些措施導致發動機循環效率的相應降低(即，不能從每個活塞行程獲得盡可能多的功率)。第二項主要缺點在于在低負載發動機工況下，燃料和空氣的混合物變得過于稀薄，以至于不能通過火焰傳播來支持穩定的燃燒，并導致不完全燃燒或缺火。可以節流吸入空氣流，以將F/A比維持在可燃性極限之上，但這會不利地影響發動機的效率。

最近，在現有技術中已經公知了一種不同類型的雙燃料燃燒發動機，在此稱之為“高壓直噴”(HPDI)氣體發動機。類似于上述的傳統雙燃料方法，HPDI氣體發動機燃燒大量的氣態燃料，通過降低NOx和顆粒物質的排放水平來改善柴油燃料發動機。另外，HPDI氣體發動機已經證明達到了與現有技術狀態的柴油燃料發動機相同的燃燒效率、功率和扭矩輸出。作為HPDI氣體發動機基礎的工作原理為在接近壓縮沖程結束時兩種燃料在壓力下噴射到燃燒室內。根據一種方法，少量的引燃燃料(一般為柴油)緊隨著更大量的氣態燃料噴射到氣缸中。引燃燃料在壓縮沖程結束時氣缸內的壓力和溫度下容易點火，而引燃燃料的燃燒觸發氣態燃料的燃燒，否則，氣態燃料可能難于點燃。公知的HPDI氣體發動機不使燃料和空氣預混合，結果，他們以擴散燃燒模式燃燒，而不是預混合燃燒模式。在擴散燃燒模式中，認為大量的燃燒是在近當量反應區的位置內發生，在此溫度及其導致的NOx形成相對高(與稀燃預混合燃燒所造成的溫度及其導致的NOx形成相比)。

發明內容

提出了一種改進方法，用于將燃料引入工作中的內燃機的燃燒室內。該發動機包括至少一個設置在氣缸內的活塞。引入燃燒室內的燃料包括主要燃料和引燃燃料，引燃燃料比主要燃料更易于自燃。該方法包括：

(a)檢測一組關于發動機的負載狀況；

(b)當探測到第一預定組負載狀況時采用低負載工作模式，第一預定組負載狀況對應于當理想的主要燃料對空氣的比小于主要燃料和吸入進氣的均質混合物的標定的預混合燃燒穩定性極限時存在的負載狀況，并且當探測到第二預定組負載狀況時采用高負載工作模式，其中在以曲軸每分鐘轉數(RPM)的形式測量的可操縱的給定發動機轉速下，第二組負載狀況對應于大于與第一預定組負載狀況相應的發動機負載的發動機負載；

(c)在低負載工作模式中，當氣缸加壓時、且活塞處于或靠近上止點時將引燃燃料和主要燃料引入燃燒室內；以及

(d)在高負載工作模式中，將引燃燃料和主要燃料以三個相繼的階段引入燃燒室內，由此在吸氣沖程和壓縮沖程至少一個的過程中主要燃料的第一部分在第一階段引入，引燃燃料在壓縮沖程過中在第二階段引入，以便當活塞處于或靠近上止點時引燃燃料點火，而主要燃料的第二部分在第三階段引入。

在優選方法中，低負載工作模式還包括在壓縮沖程過中以定時的方式將引燃燃料引入，使得引燃燃料在活塞處于或靠近上止點時點火，而主要燃料在引燃燃料之后依次引入。