[发明专利]利用多种燃料的内燃机和其操作方法

说明书

根据一个或多个实施例，一种内燃机可以通过包含以下中的一项或多项的方法进行操作：使第一燃料和第二燃料喷射到发动机汽缸中以形成燃料混合物；以及用火花塞燃烧所述燃料混合物以使容纳在所述发动机汽缸中的活塞平移并使联接到所述活塞的曲轴旋转。所述第一燃料的辛烷等级可以大于所述第二燃料的辛烷等级。目标CA50可以对应于所述燃料混合物的燃料消耗率的最小值。所述火花塞可以在某一时间时开始燃烧，使得所述内燃机以处于所述目标CA50的20度之内的操作性CA50进行操作。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年4月9日提交的美国实用专利申请第15/948,516号的权益，所述美国实用专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及内燃机，并且更具体地涉及利用多种燃料的内燃机。

背景技术

石油类燃料用于为绝大多数轻型运输车辆(如汽车)提供动力。例如，相对便宜并且广泛地为用户所用的汽油用于为全世界的汽车内燃机提供动力。然而，石油类燃料的燃烧可能将二氧化碳释放到环境中，出于多种原因，这可能是不期望的。由于用于与运输车辆一起使用的其它更清洁的能源可能过于昂贵并且开发不足，因此需要能够以提高的效率、降低的燃料消耗或两者利用石油类燃料进行操作的发动机。

发明内容

如本文所公开，同时利用多种燃料类型的内燃机可以用于减少燃料消耗，同时仍然操作发动机而不发生爆震、提前点火或两者。已经发现，通过在发动机的辛烷要求相对低的情况下以相对低的负荷和中等负荷利用低辛烷值燃料源，同时以高负荷另外利用高辛烷值燃料(与低辛烷值燃料的混合物中)，内燃机可以以较少的燃料消耗运行，以减轻或消除如果单独利用低辛烷值燃料会发生的爆震。通过此方法，可以利用有限量的高辛烷值燃料来使发动机更有效地使用石油类燃料(其与如甲醇和乙醇等通常可获得的高辛烷值燃料相比可以具有相当高的比能)。例如，本文公开了可以用于减轻对具有不同抗爆震性质和单独的引入方法运行的内燃机中的提前点火的方法和系统。在一个或多个实施例中，如石油衍生燃料等低辛烷值燃料与如醇燃料等高辛烷值燃料结合使用。

根据一个或多个实施例，如本文所公开的用于操作发动机的方法可以包含以恒定的发动机负荷延迟燃烧定相(参考给定发动机的最大制动转矩定时)，使得汽缸内的空气-燃料混合物的峰值压力、峰值温度或两者都降低(与以最大制动转矩定时操作相比)。这种燃烧定相延迟可以减少发动机操作不会发生爆震所需的高辛烷值燃料的量，同时增加总混合物中石油类燃料的分数。燃烧定相的延迟可以另外降低燃料消耗率和二氧化碳排放率。较低的缸内压力结合操作发动机所需的减少的醇燃料量可以减轻异常燃烧现象，如提前点火。

根据一个或多个实施例，一种内燃机可以通过包括以下中的一种或多种的方法操作：使第一燃料和第二燃料喷射到发动机汽缸中以形成燃料混合物，以及用火花塞燃烧所述燃料混合物，以使容纳在所述发动机汽缸中的活塞平移并使联接到所述活塞的曲轴旋转。所述第一燃料的辛烷等级可以大于所述第二燃料的辛烷等级。CA50可以被定义为在50wt.％的所述燃料混合物燃烧时所述曲轴的角位置，其中CA50可以在所述曲轴的上止点位置之后测量，并且CA50是通过所述火花塞进行的燃烧的定时的函数。目标CA50可以对应于所述燃料混合物的燃料消耗率的最小值。所述火花塞可以在某一时间时开始燃烧，使得所述内燃机以处于所述目标CA50的20度之内的操作性CA50进行操作。