[发明专利]使用气体作为燃料的内燃机的运作方法及执行所述方法的内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及一种包含至少一个汽缸及向所述至少一个汽缸供应新鲜空气或新鲜混合物的至少一个进气线路、且使用气体作为燃料的内燃机的运作方法。

本发明也涉及一种执行所述方法的内燃机。

背景技术

在本发明的上下文中，用语“内燃机”尤其包括使用外源点火的奥托循环发动机。

由于矿物燃料资源有限，特别是以矿物油作为原材料来获得运作内燃机的燃料的有限可用性，使用替代燃料运作内燃机的做法日益普遍。

采用替代燃料的内燃机的市场份额持续增加。通过立法机构，特别是税收优惠和法律法规调节，加强和推动了这一趋势。

就奥托循环内燃机的情况而言，除了使用汽油作为传统的奥托循环燃料外，同样已在使用其他燃料，例如：液化石油气(LPG：Liquefied Petroleum Gas)，其为丙烷/丁烷混合物(也称Autogas)；或天然气(CNG：Compressed Natural Gas)，其主要成分为甲烷；或氢气(H₂)、乙醇或由汽油和乙醇组成的燃料混合物。在本发明的上下文中，使用气体作为内燃机燃料。

由于不同燃料具有不同的物理和化学特性，须将内燃机设为适合于所采用的特定燃料。

此处，对内燃机的工作参数，例如点火时间和喷射时间，的调适是必要的。控制时间、进气压力、冷却水温度、喷射时段、进气量及/或类似参数、或例如压缩比等设计参数可以且通常配置为适合于特定燃料。

对于奥托循环燃料的情况，例如，压缩比的燃料特定应考虑到不同燃料类型具有不同的抗爆震性(由辛烷数RON或MON表示)这一事实。即是说，对于能使使用特定燃料的内燃机顺利地工作的特定压缩比，如果使用了不同燃料，就可能导致爆震或在实际点火时间之前发生自动点火，后者常导致爆震燃烧。为了避免对内燃机造成损伤应避免发生爆震和自动点火，所以在内燃机的配置中应考虑到所用燃料或其抗爆震性。

所用燃料也会影响内燃机燃料供应系统，尤其是作为内燃机中用于引进燃料的辅助单元的喷射系统的物理设计。

此处，基本的不同存在于两种燃料喷射概念之间，具体指进气管喷射和直喷。

在进气管喷射的情况下，火花点火发动机的工作是使用外部混合构成机构提供的均匀燃料-空气混合物，借助于将燃料引入所述至少一个进气线路中进入导入的空气中。通过改变汽缸进气量来设置所需功率，从而，与柴油机相比，奥托循环发动机的工作过程基于进气量调节。

通常由设于进气线路中的节流阀执行荷载控制。通过调整所述节流阀，可将节流阀下游的导入空气的压力降至更大或更小水平。节流阀关闭程度越高，即进气线路的阻塞越大，则通过节流阀的导入空气的压力损失就越大，而节流阀下游、汽缸入口上游的导入空气的压力就越低。对于恒定的燃烧室容积而言，用这种方式就可以通过导入空气的压力设置空气质量，即空气量。这种荷载控制形式已经被证实在部分荷载范围内尤其存在缺陷，因为低荷载需要导入空气的大量节流及大型压降。

要降低所述节流操作损失，即进气交换损失，人们已开发了各种不同概念。

有人提出了一种基于传统柴油发动机过程的技术特征的转移来为奥拓发动机工作过程减节流的解决方案，其特征在于空气压缩、非均匀混合物、自动点火及质量调控，其中通过直喷入至少一个汽缸的燃料质量来控制荷载。导入空气的节流操作原则上被省略。

将燃料直接喷入汽缸的燃烧室被认为是可以显著减少即使是奥拓循环发动机中的耗油量的适当措施。通过减节流操作可提高效率和分层混合物的形成，从而可以在某种程度上利用质量调控。此外，由于利用了直接在燃烧室中蒸发的燃料的蒸发焓，可实现汽缸内部的冷却效果，从而通过增加压缩比实现效率的进一步提升。在均匀直喷的情况下，所述效应也会导致耗油量的降低。此处，和进气管喷射相似，均匀直喷也用均匀燃料/空气混合物操作。

直喷的一项劣势在于燃料喷射、燃烧室内的混合物准备特别是燃料的准备、是否适合蒸发、空气与燃料的彻底混合、以及已备混合物的点火各过程可用的时间相对较短。

因此与传统的奥托循环过程相比，直喷奥托循环过程对于混合物形成，尤其是喷射和点火中的变化及偏差敏感得多。此处，混合物的不均匀性及其循环可变性阻止了燃料/空气混合物的可靠及固定的点火。

从上述陈述可推知，两种喷射概念即进气管喷射和直喷都各有利弊。

和使用汽油作为传统奥托循环燃料的情况一样，在使用气体作替代燃料的某些情况下也有必要权衡并选择应该使用进气管喷射还是直喷。

发明内容