本發(fā)明涉及一種用于噴射燃料到內燃機(特別是壓縮點火引擎)的燃燒室中的方法。

本發(fā)明尤其涉及一種用于在航空或公路行業(yè)中或在諸如發(fā)電機組等固定設備的領域中使用的引擎的燃料噴射方法。該類型的引擎通常包括至少一個汽缸、設置有布置在凹型碗狀腔體中的凸緣并以往復直線運動在該汽缸中滑動的活塞、用于氧化劑的進氣裝置、燃燒氣體排氣裝置、燃燒室以及用于噴射燃料到燃燒室中的噴射裝置。

如普遍承認的那樣，在引擎設計時，涉及燃燒室的性能、污染物排放以及機械強度的要求越來越高，而用于滿足它們的裝置恰恰相反。

實際上，性能增加通常導致排放增加并導致較高的機械應力。

這些缺點需要克服以便保證在引擎的整個操作范圍內有限的排放和令人滿意的機械強度，特別是在非常高的負荷處。特別是對于排放，使用出現(xiàn)在燃燒室中的所有氧化劑是非常重要的。

實際上，燃料仍被限制在碗中且其不可與特別是擠氣面積(即，在通過汽缸壁和與活塞相對的汽缸蓋的面限定的燃燒室的上部中的體積中)中所含的氧化劑混合。

這涉及在燃燒室中創(chuàng)建高豐富性面積，在燃燒該燃料混合物時生成高產量的煙灰、氧化碳(CO)和未燃的碳氫化合物(HC)的缺點。

背景技術：

為了克服這些缺點，且如申請人提交的法國專利申請?zhí)?3/60,427中更好地描述，使用了內燃機，該內燃機包括燃料噴射裝置，其帶有具有至少兩個平面角的噴射，以及包括碗的活塞，所述碗設置有帶有兩個燃燒區(qū)體積和大幅改善燃燒質量的內琳氣動力學的凸緣。

相比常規(guī)引擎，這允許使用較大數(shù)量的氧化劑，且允許在燃燒室的較大表面面積上分布熱負荷。

申請人的目的在于通過更進一步改善燃燒來克服上述缺點。

實際上，不斷致力于全球溫室氣體和污染物(特別是微粒)排放減少導致考慮增加用于為燃燒引擎供以動力的替代燃料(諸如天然氣或生物燃料)的使用。

因此，有必要使燃燒系統(tǒng)適于這種類型的燃料以便啟動其優(yōu)化使用，因為這些替代燃料的特性基本上不同于常規(guī)燃料的特性。特別地，這些替代燃料的燃燒率低于更常規(guī)燃料的燃燒率，這引起生成諸如未燃的碳氫化合物的污染物排放的太低且不徹底的燃燒。

因此，有必要設置裝置，其旨在使燃燒完善以使得其盡可能徹底。一個選擇在于使用在兩種模式中進行了的已知的燃燒，這兩種模式為稱為使用單一燃料的單燃料模式的模式和稱為允許不同性質的幾種燃料相關聯(lián)的多燃料模式的模式。

通常，用于在單燃料模式中運行的燃料為液體形式的燃料(在下文的描述中稱為燃料1)，諸如柴油燃料，但是可以使用任何其它類型的液體燃料，諸如乙醇或生物燃料。對于在多燃料模式中運行，氣態(tài)的另一燃料，諸如CNG(壓縮天然氣)、LPG(液化石油氣)、生物氣或具有充分的揮發(fā)特性以在燃燒啟動之前徹底蒸發(fā)的任何其它液體燃料，與液體燃料(燃料1)相關聯(lián)。

因此，兩種燃燒模式出現(xiàn)在相同的引擎循環(huán)中，通過柴油燃料的自燃的常規(guī)燃燒和通過由柴油燃料的引燃自燃啟動的火焰鋒的傳播的更多的惰性氣體/氣體混合物的燃燒。在后一種模式中，少量的柴油燃料因此用于啟動氣體燃料混合物的燃燒。

申請人已通過啟用用于以高引擎負荷和/或速度處的操作的其使用，同時更進一步減少排放來特別研發(fā)這兩種模式燃燒。

此外，這些燃燒模式也允許減少燃料消耗，以在瞬時階段(例如，冷運行或加速)中獲得更好的引擎工況，同時維持用于一些污染物(一氧化碳、未燃的碳氫化合物)的可接受的排放水平。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明因此涉及一種用于壓縮點火內燃機的燃料噴射方法，該內燃機在單燃料或多燃料模式中運行并包括至少一個汽缸、在該汽缸中滑動的活塞、包括兩個混合區(qū)Z1、Z2并由活塞的上面在一側上限定的燃燒室，所述活塞包括在汽缸蓋的方向上延伸并布置在凹型碗狀腔體的中心的凸緣，以及攜帶燃料噴射裝置、用于氧化劑的進氣裝置和燃燒氣體排氣裝置的汽缸蓋，所述燃料噴射裝置在帶有不同平面角的至少兩個燃料噴射平面中投射液體燃料，所述兩個噴射平面為用于區(qū)Z1的下平面和用于區(qū)Z2的上平面，其特點在于該方法包括在單燃料模式中，噴射液體燃料到燃燒室的下區(qū)Z1和/或上區(qū)Z2中，且在多燃料模式中，在所述室中提供氧化劑與另一燃料的混合并噴射液體燃料到燃燒室的下區(qū)Z1中或兩個區(qū)Z1、Z2中。

該方法可以方法包括噴射帶有允許壓縮點火引擎的操作的物理化學特性的液體燃料，諸如柴油燃料、乙醇或生物燃料。

該方法可以包括通過進氣裝置的管將氣體燃料供給到燃燒室中以得到氧化劑/燃料混合物。

該方法可以包括噴射CNG(壓縮天然氣)、LPG(液化石油氣)或生物氣形式的氣體燃料。

該方法可以包括噴射具有允許在燃燒啟動之前蒸發(fā)以便得到氧化劑/燃料混合物的揮發(fā)特性的液體燃料到燃燒室中。

該方法可以包括噴射汽油。

該方法可以包括對于單燃料模式，通過兩個平面噴射相同質量的液體燃料到出現(xiàn)在燃燒室的兩個區(qū)中的氧化劑中。

該方法可以包括對于單燃料模式，通過兩個噴射平面噴射不同質量的液體燃料到出現(xiàn)在每個區(qū)中的氧化劑中。

該方法可以包括對于多燃料模式，通過下噴射平面噴射液體燃料到出現(xiàn)在燃燒室的下區(qū)中的氧化劑/燃料混合物中。

該方法可以包括對于多燃料模式，通過兩個噴射平面噴射液體燃料到出現(xiàn)在燃燒室的兩個區(qū)中的氧化劑/燃料混合物中。

該方法可以包括通過兩個噴射平面噴射不同質量的液體燃料到出現(xiàn)在每個區(qū)中的氧化劑/燃料混合物中。

該方法可以包括通過兩個噴射平面噴射相同質量的液體燃料到出現(xiàn)在每個區(qū)中的氧化劑/燃料混合物中。

該方法可以包括使用用于管理噴射裝置的裝置作為引擎運行參數(shù)的函數(shù)，特別是該引擎的負荷和速度。

附圖說明

參考附圖，閱讀在下文通過非限制性實例給出的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得清楚，其中：

－圖1是示出使用根據(jù)本發(fā)明的方法的內燃機的局部視圖的視圖。

－圖2至圖6示出根據(jù)圖1所示引擎的操作的實例。

具體實施方式

參考圖1，如圖中通過非限制性實例所示，帶有直接和可能間接燃料噴射的壓縮點火內燃機包括至少一個汽缸10、關閉上部中的汽缸的汽缸蓋12，直接液體燃料(燃料1)噴射裝置14，氣體或液體燃料(燃料2)噴射裝置，以及軸XX’在汽缸中以往復直線運動滑動的活塞16。

在圖1的非限制性實例中，為燃料(燃料2)提供了由汽缸蓋攜帶的間接氣體燃料噴射裝置15。

液體燃料(燃料1)應理解為這樣的燃料，諸如柴油燃料、乙醇、生物燃料或帶有物理化學特性的任何其它燃料，該物理化學特性允許包括用于該燃料的直接噴射系統(tǒng)的壓縮點火類型的引擎的操作。

燃料(燃料2)可以為氣體燃料，諸如CNG(壓縮天然氣)、LPG(液化石油氣)、生物氣或具有充分的揮發(fā)特性以在燃燒啟動之前徹底蒸發(fā)的任何其它燃料(例如，汽油類型的燃料)，所述氣體燃料與燃料1類型的該液體燃料相關聯(lián)。

該引擎還包括帶有至少一個排氣管20的燃燒氣體排氣裝置18，，所述排氣管20的開口可以通過諸如例如排氣閥22等任何裝置控制，以及用于氧化劑的帶有至少一個進氣管26的進氣裝置24，所述進氣管26的開口可以通過諸如例如進氣閥28等任何裝置控制。

進氣裝置可以被設計為準許帶有預定的空氣動力水平(旋流比/滾流比)的氧化劑進入。進氣裝置因此可以具有具體的進氣管幾何結構。

在所述實例中，氧化劑為環(huán)境壓力處的空氣，或增壓空氣或空氣(增壓的或未增壓的)和重新進入燃燒室的再循環(huán)廢氣的混合物。

直接噴射裝置包括用于燃料(燃料1)的至少一個液體燃料噴射器30，優(yōu)選沿活塞的軸XX’布置，其噴嘴32包括多個孔口，燃料通過所述孔口在引擎的燃燒室34的方向上噴射并投射。

投射的燃料是從這些噴射裝置形成至少兩個燃料噴射平面，在該實例中為燃料噴射40和42的兩個平面36和38，其在這里具有與活塞16的軸合并的一般軸，同時上下軸向安置。

更精確地說，在以下的描述中更接近活塞16的平面36被稱為下平面，而更遠離該活塞的平面38被稱為上平面。

如圖1可見，這兩個平面形成彼此不同的平面角A1和A2。平面角應理解為是由源自噴射器的圓錐體形成的頂角，其假想的外圍壁穿過燃料噴射40或42的所有軸C1或C2。

有利地，下平面的平面角A1至多等于130°，優(yōu)選在105°和130°之間的范圍內，而上平面的平面角A2至多等于180°，優(yōu)選在155°和180°之間的范圍內。

當然，燃料(燃料1)噴射裝置不沿軸XX’布置是可行的，但在這種情況下來自燃料噴射器的燃料噴射平面的一般軸至少基本平行于該軸XX’。

類似地，每個平面由專門針對燃燒室的不同的區(qū)的不同的噴射器(單平面噴射器)攜帶是可行的。

對于圖1中所示的非限制性實例，用于燃料(燃料2)的燃料噴射裝置為間接噴射裝置15并包括至少一個燃料噴射器44，其布置在進氣管26上以便噴射燃料到該管中以使得燃料與其內循環(huán)的氧化劑混合。

在液體形式的帶有高揮發(fā)特性的燃料(燃料2)的情況下，噴射裝置為布置在汽缸蓋上的直接噴射裝置，從而允許燃料噴射到燃燒室中以便在燃燒啟動之前完全蒸發(fā)并提供與氧化劑最佳混合。

燃燒室34通過與活塞相對的汽缸蓋12的內面、汽缸10的圓形內壁和活塞16的上面46限定。

活塞的該上面包括凹型碗狀腔體48，其軸在這里與汽缸的軸合并，其凹度朝汽缸蓋引導且其容納基本布置在碗的中心的凸緣50，所述碗朝汽缸蓋12上升，同時優(yōu)選與來自噴射器30的燃料平面的軸共軸。

當然，碗的軸不與汽缸的軸共軸是可行的，但主要的是布局，根據(jù)該布局，燃料噴射平面的軸，凸緣的軸和碗的軸優(yōu)選合并。

截頭大體形狀的凸緣50包括優(yōu)選圓形的頂部52，其被延伸，同時通過下至碗的底部56的基本直線運動的斜側面54遠離軸XX’朝活塞16外對稱地移動。

在圖1的實例中，該碗的底部為圓形的，其中稱為內圓表面的凹圓表面58連接到斜側面54的底部，且被稱為外圓表面的另一凹圓表面60通過其一端連接到內圓表面的下端且通過另一端連接到這里基本垂直的側壁62。

兩個圓表面58和60因此限定環(huán)形體積的下部，這里為基本上圓柱形截面64的圓環(huán)面。

仍遠離軸XX’移動的側壁62通過被稱為凹入面的凸圓表面66延伸，導致斜面68鏈接到連接到基本平面的表面70的凹噴射面69。該平面通過外凸面72延續(xù)，所述外凸面導致平面74延伸直至汽缸壁附近。

燃燒室34因此包括兩個不同的區(qū)Z1和Z2，其中通過噴射器30噴射到氧化劑(空氣、增壓的或未增壓的，或空氣和再循環(huán)燃燒氣體的混合物)中和/或噴射到燃料混合物(氧化劑和燃料2混合物)中的燃料(燃料1)的混合，以及因此形成的燃料混合物的燃燒發(fā)生，如下所述。

通過凸緣48、碗底部處的圓環(huán)面64、壁62和凸圓表面66限定的區(qū)Z1形成與軸C1的燃料噴射的下平面36關聯(lián)的燃燒室的下區(qū)。通過斜面68、凹表面69、基本平面的表面70、凸表面72、平面74、汽缸及汽缸蓋12的外圍內壁限定的區(qū)Z2形成與軸C2的燃料噴射的上平面38關聯(lián)的該室的上區(qū)。

燃燒室因此在與燃料(燃料1)的噴射關聯(lián)且根據(jù)操作模式和引擎負荷燃燒是否涉及的若干區(qū)(這里為兩個區(qū))中分離。

因此，這種操作模式允許在非常高負荷處的常規(guī)模式中獲得帶有好的效率和低煙灰、CO和HC排放的快速且徹底的燃燒。

此外，活塞和汽缸蓋之間的熱流分布通過區(qū)Z2相對于常規(guī)活塞的增加的體積顯著地優(yōu)化。

燃料噴射和活塞的面之間的相互作用能夠增加該活塞的冷卻，從而減少其更進一步經受的熱應力。

燃料1噴射器也允許不同噴射的燃料質量，不同噴射持續(xù)時間和平面之間的時間的引入以便提供氧化劑和/或位于下區(qū)以及上區(qū)中的燃料混合物(氧化劑/燃料2混合物)的最佳利用。

本發(fā)明因此允許噴射燃料到兩個區(qū)中或到一個或另一個區(qū)中，且因此提供與氧化劑混合以實現(xiàn)出現(xiàn)在室中的燃料混合物的燃燒。

這也允許引擎使用出現(xiàn)在燃燒室中的均質或準均質形式的氧化劑/燃料2混合物80在多燃料模式中(這里為在雙燃料模式中)運行，并在兩個區(qū)或這些區(qū)的一個中啟動混合物的燃燒。

圖2示出了帶有用于低負荷或部分負荷的均質燃燒的單一燃料上的引擎的操作模式。

在壓縮階段期間，液體燃料因此僅使用下平面36的燃料噴射40在活塞16的上死點附近噴射到燃燒室34的下區(qū)(區(qū)Z1)中以用于與在引擎進氣階段期間準許進入其中的氧化劑混合。

這些后期燃料噴射因此有利地允許使與凸緣50的頂部52和斜面54相切的流動方向終止于底部56、壁62和凹入面66的下部。這允許驅動出現(xiàn)在噴射器下面的室的中心的氧化劑且因此促進室的下區(qū)Z1中的混合。

圖3示出對應于噴射到活塞的表面68、70和72上支承的燃燒室的上區(qū)72中以用于與出現(xiàn)在該區(qū)中的氧化劑混合的燃料噴射的另一單燃料模式。

顯著地，該操作模式的目的在于僅使用接近該類型的引擎通常裝備的電熱塞的上平面38的燃料噴射42改進引擎起動。

實際上，因為噴射平面角的范圍導致驅動這些噴射遠離電熱塞，現(xiàn)有技術的引擎的一個缺點涉及冷起動。此外，該平面角范圍引起汽缸壁的明顯的潤濕，這對起動不利。這兩種限制利用涉及更加打開的平面角的該操作模式克服。

圖4示出了高負荷處的引擎的單燃料運行模式。

對于這些高負荷，燃料噴射到燃燒室34的下區(qū)Z1和上區(qū)Z2中。

更精確地說，下平面36的燃料噴射40被引導朝向區(qū)Z1，而上平面38的燃料噴射42送到區(qū)Z2。

在這些配置中，通過下平面36的噴射噴射較大質量的燃料到室34的下區(qū)Z1中且通過上平面38噴射較小質量到上區(qū)Z2中是可行的，噴射之間可能有相位滯后。

最后，也可以考慮噴射相同質量的燃料到兩個區(qū)Z1和Z2中。

這兩個平面中的質量分布的選擇需要根據(jù)區(qū)Z1和Z2的體積以及所選的引擎運行模式來進行。

液體燃料因此根據(jù)噴射時其體積最佳地分布在燃燒室的下區(qū)和上區(qū)中。通過該分布，可以控制每個區(qū)中的局部豐富性且因此可以限制污染物(諸如NOx、CO、HC和煙灰)的產生。

圖5和圖6中所示的實例示出各種多燃料(這里為雙燃料)配置，其用于更進一步限制排放。

因此，在引擎進氣階段期間，控制進氣閥28的打開且燃料2噴射器44可操作以用于將燃料供給到進氣管中。

貫穿進氣階段，氧化劑/燃料2混合物80幾乎填滿整個燃料室34直至接近活塞的下死點的活塞，一個控制進氣閥的關閉的活塞。

在引擎壓縮階段，該活塞接近其上死點且控制噴射器30以便噴射液體燃料(燃料1)到下區(qū)Z1中或兩個區(qū)Z1和Z2中，其中氧化劑/燃料2混合物80的燃燒通過噴射的燃料1類型的燃料的自燃啟動。

更精確地說，如圖5所示，液體燃料(燃料1)到區(qū)Z1的氧化劑/燃料2混合物80中的噴射僅使用下平面36的燃料噴射40實行以啟動出現(xiàn)在該區(qū)Z1中的燃料混合物的燃燒。其后，該燃燒火焰鋒傳播到區(qū)Z1的剩余部分，然后傳播到Z2。顯著地，在帶有低負荷和低速度的引擎運行模式中實現(xiàn)該噴射。

如圖6所示，對于引擎的中間負荷點，大量的液體燃料通過下平面36噴射到區(qū)Z1中且另一質量的液體燃料通過上平面38噴射到區(qū)Z2中，該第二質量小于噴射到區(qū)Z1中的質量(噴射之間可能有非零相位滯后)。

對于較高負荷，噴射到區(qū)Z1和Z2中的相同質量的液體燃料的氧化劑/燃料2混合物中通過平面36和38實現(xiàn)(可能有非零相位滯后)。

最后，例如在引擎起動階段期間，大質量的液體燃料(燃料1)到氧化劑/燃料2混合物中的噴射通過區(qū)Z2中的平面38實現(xiàn)，而較小質量的液體燃料的噴射通過區(qū)Z1中的平面36實現(xiàn)(可能有非零相位滯后)。

使用液體燃料噴射到帶有不同平面角的多個平面的兩個區(qū)中允許使自燃點增多且因此延伸用來啟動氧化劑/氣體燃料混合物的燃燒的初始火焰面。

這允許燃燒在兩個區(qū)中同時啟動，同時促進并加速氧化劑/氣體燃料混合物的燃燒，該燃燒因此更快且更徹底，同時限制污染物的生成。

因此，本發(fā)明允許不同的操作模式僅與燃燒室的下區(qū)Z1一起使用，或通過使兩個區(qū)相關聯(lián)與整個燃燒室一起使用。從一種模式切換到另一模式可以連續(xù)的方式通過噴射正時的管理和各種燃燒區(qū)中噴射的質量的管理來進行。

更精確地說，該管理通過用于根據(jù)引擎負荷管理用于各種燃料的噴射裝置的裝置由包括根據(jù)所述引擎的速度和負荷繪制的引擎操作圖的計算器控制，從而允許控制流速和燃料2/燃料1類型燃料的各自的比例、燃料(燃料1和/或燃料2)的噴射的持續(xù)時間和時間以及點火角。

此外，通過改變噴射正時以及通過各種燃料噴射平面噴射的量優(yōu)化氧化劑/燃料2混合物中的傳播火焰燃燒的啟動是可行的，且因此克服可以用作燃料2類型燃料的替代燃料的較低燃燒率是可行的。

因此，至于具有兩個不同的平面角的至少兩個燃料噴射平面，燃燒啟動和燃燒分布在整個燃燒室中，同時優(yōu)化氧化劑/燃料2混合物的燃燒。