[發(fā)明專利]使用氣體作為燃料的內(nèi)燃機的運作方法及執(zhí)行所述方法的內(nèi)燃機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110227034.0
• 申請日: 2011-08-09
• 公開（公告）號: CN102374013A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·D·帕斯佛;U·克黑莫
• 申請（專利權(quán)）人: 福特環(huán)球技術(shù)公司
• 主分類號: F02B43/00
• 分類號: F02B43/00
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種包含至少一個汽缸及向所述至少一個汽缸供應(yīng)新鮮空氣或新鮮混合物的至少一個進氣線路、且使用氣體作為燃料的內(nèi)燃機的運作方法。

本發(fā)明也涉及一種執(zhí)行所述方法的內(nèi)燃機。

背景技術(shù)

在本發(fā)明的上下文中，用語“內(nèi)燃機”尤其包括使用外源點火的奧托循環(huán)發(fā)動機。

由于礦物燃料資源有限，特別是以礦物油作為原材料來獲得運作內(nèi)燃機的燃料的有限可用性，使用替代燃料運作內(nèi)燃機的做法日益普遍。

采用替代燃料的內(nèi)燃機的市場份額持續(xù)增加。通過立法機構(gòu)，特別是稅收優(yōu)惠和法律法規(guī)調(diào)節(jié)，加強和推動了這一趨勢。

就奧托循環(huán)內(nèi)燃機的情況而言，除了使用汽油作為傳統(tǒng)的奧托循環(huán)燃料外，同樣已在使用其他燃料，例如：液化石油氣(LPG：Liquefied?Petroleum?Gas)，其為丙烷/丁烷混合物(也稱Autogas)；或天然氣(CNG：Compressed?Natural?Gas)，其主要成分為甲烷；或氫氣(H₂)、乙醇或由汽油和乙醇組成的燃料混合物。在本發(fā)明的上下文中，使用氣體作為內(nèi)燃機燃料。

由于不同燃料具有不同的物理和化學(xué)特性，須將內(nèi)燃機設(shè)為適合于所采用的特定燃料。

此處，對內(nèi)燃機的工作參數(shù)，例如點火時間和噴射時間，的調(diào)適是必要的?？刂茣r間、進氣壓力、冷卻水溫度、噴射時段、進氣量及/或類似參數(shù)、或例如壓縮比等設(shè)計參數(shù)可以且通常配置為適合于特定燃料。

對于奧托循環(huán)燃料的情況，例如，壓縮比的燃料特定應(yīng)考慮到不同燃料類型具有不同的抗爆震性(由辛烷數(shù)RON或MON表示)這一事實。即是說，對于能使使用特定燃料的內(nèi)燃機順利地工作的特定壓縮比，如果使用了不同燃料，就可能導(dǎo)致爆震或在實際點火時間之前發(fā)生自動點火，后者常導(dǎo)致爆震燃燒。為了避免對內(nèi)燃機造成損傷應(yīng)避免發(fā)生爆震和自動點火，所以在內(nèi)燃機的配置中應(yīng)考慮到所用燃料或其抗爆震性。

所用燃料也會影響內(nèi)燃機燃料供應(yīng)系統(tǒng)，尤其是作為內(nèi)燃機中用于引進燃料的輔助單元的噴射系統(tǒng)的物理設(shè)計。

此處，基本的不同存在于兩種燃料噴射概念之間，具體指進氣管噴射和直噴。

在進氣管噴射的情況下，火花點火發(fā)動機的工作是使用外部混合構(gòu)成機構(gòu)提供的均勻燃料-空氣混合物，借助于將燃料引入所述至少一個進氣線路中進入導(dǎo)入的空氣中。通過改變汽缸進氣量來設(shè)置所需功率，從而，與柴油機相比，奧托循環(huán)發(fā)動機的工作過程基于進氣量調(diào)節(jié)。

通常由設(shè)于進氣線路中的節(jié)流閥執(zhí)行荷載控制。通過調(diào)整所述節(jié)流閥，可將節(jié)流閥下游的導(dǎo)入空氣的壓力降至更大或更小水平。節(jié)流閥關(guān)閉程度越高，即進氣線路的阻塞越大，則通過節(jié)流閥的導(dǎo)入空氣的壓力損失就越大，而節(jié)流閥下游、汽缸入口上游的導(dǎo)入空氣的壓力就越低。對于恒定的燃燒室容積而言，用這種方式就可以通過導(dǎo)入空氣的壓力設(shè)置空氣質(zhì)量，即空氣量。這種荷載控制形式已經(jīng)被證實在部分荷載范圍內(nèi)尤其存在缺陷，因為低荷載需要導(dǎo)入空氣的大量節(jié)流及大型壓降。

要降低所述節(jié)流操作損失，即進氣交換損失，人們已開發(fā)了各種不同概念。

有人提出了一種基于傳統(tǒng)柴油發(fā)動機過程的技術(shù)特征的轉(zhuǎn)移來為奧拓發(fā)動機工作過程減節(jié)流的解決方案，其特征在于空氣壓縮、非均勻混合物、自動點火及質(zhì)量調(diào)控，其中通過直噴入至少一個汽缸的燃料質(zhì)量來控制荷載。導(dǎo)入空氣的節(jié)流操作原則上被省略。

將燃料直接噴入汽缸的燃燒室被認(rèn)為是可以顯著減少即使是奧拓循環(huán)發(fā)動機中的耗油量的適當(dāng)措施。通過減節(jié)流操作可提高效率和分層混合物的形成，從而可以在某種程度上利用質(zhì)量調(diào)控。此外，由于利用了直接在燃燒室中蒸發(fā)的燃料的蒸發(fā)焓，可實現(xiàn)汽缸內(nèi)部的冷卻效果，從而通過增加壓縮比實現(xiàn)效率的進一步提升。在均勻直噴的情況下，所述效應(yīng)也會導(dǎo)致耗油量的降低。此處，和進氣管噴射相似，均勻直噴也用均勻燃料/空氣混合物操作。

直噴的一項劣勢在于燃料噴射、燃燒室內(nèi)的混合物準(zhǔn)備特別是燃料的準(zhǔn)備、是否適合蒸發(fā)、空氣與燃料的徹底混合、以及已備混合物的點火各過程可用的時間相對較短。

因此與傳統(tǒng)的奧托循環(huán)過程相比，直噴奧托循環(huán)過程對于混合物形成，尤其是噴射和點火中的變化及偏差敏感得多。此處，混合物的不均勻性及其循環(huán)可變性阻止了燃料/空氣混合物的可靠及固定的點火。

從上述陳述可推知，兩種噴射概念即進氣管噴射和直噴都各有利弊。

和使用汽油作為傳統(tǒng)奧托循環(huán)燃料的情況一樣，在使用氣體作替代燃料的某些情況下也有必要權(quán)衡并選擇應(yīng)該使用進氣管噴射還是直噴。

發(fā)明內(nèi)容