[發明專利]氣體共軌燃料系統及使用該系統的高壓縮比發動機

有效

• 申請號: 201410012257.9
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103925119B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: D·R·科爾德倫;C·A·布朗;M·L·威利
• 申請（專利權）人: 卡特彼勒公司
• 主分類號: F02M21/02
• 分類號: F02M21/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 張魯濱,吳鵬

技術領域

本發明總體上涉及氣體燃料發動機，更具體地涉及利用與氣體燃料直接噴射相結合的獨立的點火預燃室的高壓縮比氣體燃料發動機。

背景技術

近來已經受到關注的一類發動機是雙燃料發動機，其利用少量的壓燃液體柴油燃料的預噴射量以進而點燃更大量的通過直接噴射被供應到發動機氣缸的氣體燃料。這樣的發動機尋求將與壓燃式發動機關聯的效率與氣體燃料的吸引力相結合。盡管這些類型的發動機展示出了好的前景，但是伴隨它們而來的是大量與向獨立的發動機氣缸供應兩種分開的燃料關聯的新問題。這些問題包括但不限于，控制問題、封裝問題以及許多取決于選定的具體硬件和使用的策略的其它問題。用于這類發動機的燃料系統的一個例子在共有美國專利申請公開文獻US2012/0187218中示出。

本發明涉及上述問題中的一個或多個。

發明內容

一個方面中，發動機包括限定出多個氣缸的發動機殼體。多個活塞分別定位在所述氣缸中的一個內并且能在下止點位置和上止點位置之間移動，所述下止點位置和所述上止點位置限定出大于14:1的壓縮比。多個燃料噴射器分別定位成用于向所述氣缸中的一個內的直接噴射。多個點火預燃室設置在所述發動機殼體內，并且各點火預燃室分別流體地連接至所述氣缸中的一個。多個點火裝置分別定位在所述點火預燃室中的一個內。多條氣體燃料供應通路設置在所述發動機殼體內，并且各氣體燃料供應通路分別在一個端部處通到所述點火預燃室中的一個。氣體燃料共軌流體地連接至所述燃料噴射器中的每一個。

在另一方面中，一種用于運行發動機的方法包括使氣體燃料從所述氣體燃料供應通道中的相應的一條移動到所述點火預燃室中的一條。通過使所述活塞中的一個從所述下止點位置移動到所述上止點位置以至少14:1的壓縮比在所述氣缸內壓縮空氣。利用所述點火裝置中的一個在所述點火預燃室內點燃空氣和氣體燃料的混合物。將氣體燃料從所述燃料噴射器中的一個直接噴射到所述氣缸內。響應于所述的噴射步驟使氣體燃料從所述氣體燃料共軌朝向所述燃料噴射器中的一個移動。利用響應于所述的混合物點燃步驟而被從所述點火預燃室推到所述氣缸內的熱氣體來點燃被噴射的氣體燃料。

附圖說明

圖1是根據本發明的發動機的示意圖；

圖2是圖1的發動機的部分截面示意圖；

圖3是根據本發明另一方面的發動機的一部分的截面示意圖；和

圖4是根據本發明又一方面的發動機的一部分的截面示意圖。

具體實施方式

首先參見圖1和圖2，發動機10包括限定出多個氣缸12的發動機殼體11。多個活塞13中的每一個各自定位在氣缸12中的一個內。活塞13能在下止點位置和上止點位置之間移動，所述下止點位置和所述上止點位置限定出大于14:1的壓縮比。本領域技術人員將理解這個壓縮比大致與所謂的壓燃式發動機有關，所述壓燃式發動機通常以本領域已知的方式燃燒液體柴油燃料。然而，本發明的發動機僅燃燒氣體燃料，其不是壓燃式的，這與出于點火目的而使用柴油燃料的柴油燃料發動機或者雙燃料發動機中的情況不同。相反，本發明的發動機10包括多個設置在殼體11中的點火預燃室14，其中各點火預燃室各自流體地連接至氣缸12中的一個。多個點火裝置30中的每一個各自定位在點火預燃室14中的一個內。多條氣體燃料供應通路31設置在發動機殼體11中，其中各氣體燃料供應通路各自在一個端部32處通到點火預燃室14中的一個。盡管非必要，各氣體燃料供應通路31的另一端部33可以流體地連接至低壓氣體燃料共軌40。發動機10還包括多個燃料噴射器20，每個噴射器定位成用于向氣缸12中的一個內的直接噴射。高壓氣體燃料共軌25流體地連接至每一個燃料噴射器20。高壓氣體燃料共軌25和低壓氣體燃料共軌40兩者都可以含有加壓天然氣。在一個具體實施例中，可以將高壓氣體燃料共軌25保持在大約35MPa的壓力下，并且可以將低壓氣體燃料共軌40保持在低得多的壓力下，例如可以是1.5MPa。取決于具體的應用，兩條共軌25和40中的壓力可以明顯不同于上述的示例性壓力而不脫離本發明。另外，氣體燃料供應通路31可以連接至除了共軌之外的氣體燃料源而不脫離本發明。