專(zhuān)利名稱：供氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的一種供氣系統(tǒng)，更具體地說(shuō)(但不是唯獨(dú)的)涉及靠氣態(tài)燃料工作的點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。在其中一個(gè)方案中，本發(fā)明涉及由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)改裝的點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。在另一個(gè)方案中，本發(fā)明涉及作為壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)工作的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。這種以雙燃料方式工作的發(fā)動(dòng)機(jī)通常是使氣態(tài)燃料在空氣引入發(fā)動(dòng)機(jī)之前與空氣混合，同時(shí)減少柴油的注入量。在本說(shuō)明書(shū)中，“壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)”一詞不僅指恒壓下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)，即按柴油發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)方式工作的發(fā)動(dòng)機(jī)，而且也指按壓燃式循環(huán)工作的發(fā)動(dòng)機(jī)。
操縱氣態(tài)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，周知的作法是在進(jìn)氣沖程中將氣態(tài)燃料連同空氣引入氣缸中，從而使燃燒沖程中的氣體和空氣的混合料較為均勻。在燃料氣體燃燒時(shí)將燃料/空氣比減到最小程度是有好處的，這不僅減少了廢氣中的一氧化碳和烴的含量，而且可提高燃料的功效。如果將燃料/空氣比充分減小到化學(xué)當(dāng)量比以下，也可以大量減少?gòu)U氣中一氧化二氮的含量。這通常叫做貧油燃燒方式。對(duì)于目前的內(nèi)燃機(jī)，減小燃料/空氣比以實(shí)現(xiàn)貧油燃燒的作法受到以下因素的限制，即當(dāng)平均燃料/空氣比減小到一定程度從而使其燃料密度達(dá)到阻止燃料點(diǎn)燃，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)熄火。
本發(fā)明的目的在于提供一種使燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的燃料/空氣比可減小到最小程度而又不致使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火的供氣方法和供氣系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的供氣系統(tǒng)包括
氣體燃料供應(yīng)裝置，用以將氣態(tài)燃料以受控的供氣量輸送到點(diǎn)火源附近的部位，該部位包括彼此相連的預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū)。所述氣體燃料供應(yīng)裝置包括第一和第二供氣裝置，用以將氣態(tài)燃料分別輸送到上述預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū)中。此外還包括氣體控制裝置，用以控制所述第一和第二供氣裝置分別供應(yīng)的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例，從而在使用過(guò)程中可以通過(guò)引燃所述預(yù)燃區(qū)中的氣態(tài)燃料使所述燃燒區(qū)能以最少的氣態(tài)燃料而燃燒。
在本說(shuō)明書(shū)中，預(yù)燃區(qū)是我們所希望的能引燃的區(qū)域，燃燒區(qū)則是預(yù)燃區(qū)中氣態(tài)燃料的引燃所導(dǎo)致的使其余氣態(tài)燃料燃燒的區(qū)域。
所述預(yù)燃區(qū)最好緊靠所述點(diǎn)火源。一般說(shuō)來(lái)，所述預(yù)燃區(qū)設(shè)置在單獨(dú)的一個(gè)預(yù)燃室中，預(yù)燃室通過(guò)一個(gè)孔口直接與發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸連通，所述燃燒區(qū)則位于所述氣缸中。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述氣體燃料供應(yīng)裝置還包括一個(gè)噴氣器，用以將氣態(tài)燃料以受控的供氣量噴入所述靠近點(diǎn)火源的部位。通常，所述第一和第二供氣裝置分別包括第一和第二供氣管線，以提供來(lái)自公用噴氣器的氣態(tài)燃料。
所述氣體控制裝置最好包括一個(gè)氣流閥，用以控制輸送到所述預(yù)燃區(qū)和/或燃燒區(qū)的氣態(tài)燃料量。更具體地說(shuō)，所述氣流閥可以是單向閥，用以控制經(jīng)所述第一供氣管線輸送到所述預(yù)燃室的氣態(tài)燃料量。
一般說(shuō)來(lái)，對(duì)特定發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，所述第一和第二供氣裝置所供應(yīng)的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例是固定的。所述第一供氣裝置供應(yīng)的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例可以在所述氣體燃料供應(yīng)裝置輸送到所述區(qū)域的氣態(tài)燃料總量的1%至10%范圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述氣體控制裝置加有第一個(gè)輸入信號(hào)，使控制裝置可以根據(jù)至少一個(gè)工作參數(shù)來(lái)控制氣態(tài)燃料按預(yù)定的流量輸送到預(yù)燃區(qū)和/或燃燒區(qū)的供應(yīng)量。氣體控制裝置還可加上第二個(gè)輸入信號(hào)，這是獲自反饋信號(hào)的輸入信號(hào)，該反饋信號(hào)表示噴入預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū)的氣態(tài)燃料量，并且該控制裝置在用來(lái)調(diào)節(jié)氣態(tài)燃料供應(yīng)量的同時(shí)還響應(yīng)因第一個(gè)輸入信號(hào)而產(chǎn)生的該反饋信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施例中，氣體燃料供應(yīng)裝置可以包括連續(xù)流量閥，且氣體控制裝置控制分別輸送到預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū)的氣態(tài)燃料比例，并控制在一定時(shí)間內(nèi)輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的總氣體量。在另一個(gè)實(shí)施例中，氣體燃料供應(yīng)裝置可包括遞增流量閥。
上述諸實(shí)施例中發(fā)動(dòng)機(jī)的所述至少一個(gè)工作參數(shù)可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，或發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制器(即節(jié)流閥)的位置，可單獨(dú)或結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速使用。發(fā)動(dòng)機(jī)的所述至少一個(gè)工作參數(shù)的另一些例子還包括下面的諸參數(shù)，它們可單獨(dú)使用或與這些參數(shù)的任一個(gè)或多個(gè)結(jié)合起來(lái)使用空氣供應(yīng)溫度、空氣供應(yīng)壓力、供氣溫度、供氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)狀態(tài)測(cè)定值和蓄電池電壓。
上述諸實(shí)施例中有一個(gè)實(shí)施例，其反饋信號(hào)是從直接或間接測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中所含的一氧化碳、烴類(lèi)、一氧化二氮或其它不希望有的排放物含量得出的結(jié)果而獲取的。這種測(cè)定方法之一可以借助于一般使用的λ傳感器進(jìn)行，由這種傳感器監(jiān)視廢氣流中的氧含量。在另一個(gè)實(shí)施例中，不測(cè)定廢氣含量而是間接或直接測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)熄火的起始點(diǎn)，由此獲取反饋信號(hào)。
結(jié)合試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)以定出最佳點(diǎn)火時(shí)的最小氣態(tài)燃料量，就能確定通入預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū)的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例和流量的最可取的控制條件。經(jīng)初始校準(zhǔn)之后，發(fā)動(dòng)機(jī)通常是無(wú)需再校準(zhǔn)的。應(yīng)該理解的是，發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中，由供氣系統(tǒng)輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的氣態(tài)燃料量是可以變動(dòng)的。如上所述，提供反饋信號(hào)，可以確保在給定的發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下所提供的燃料量處于最佳狀態(tài)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種給燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)供氣的方法，該方法包括按受控的供氣量將氣態(tài)燃料輸送到靠近點(diǎn)火源的部位，該部位包括彼此相連的預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū);
控制分別輸送到所述預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū)的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例，從而在使用過(guò)程中，可以通過(guò)引燃所述預(yù)燃區(qū)中的氣態(tài)燃料使所述燃燒區(qū)能以最少的氣態(tài)燃料而燃燒。
本方法最好還包括將供氣量受控的空氣輸送到燃燒區(qū)中，使所述燃燒區(qū)中的空氣/燃料比維持在最小值，在引燃所述預(yù)燃區(qū)中的氣態(tài)燃料過(guò)程中，所述燃燒區(qū)中的一些空氣/燃料混合料被傳送到所述預(yù)燃區(qū)中。
通常，本方法還包括對(duì)一定時(shí)間內(nèi)輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的氣態(tài)燃料總量進(jìn)行的控制。
為便于更好地理解本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，現(xiàn)在僅以舉例的方式結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明供氣系統(tǒng)的一些實(shí)施例。附圖中

圖1是本發(fā)明供氣系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的功能方框圖;
圖2是本發(fā)明供氣系統(tǒng)第二實(shí)施例的原理圖;
圖3是與圖2的供氣系統(tǒng)類(lèi)似的一個(gè)實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)氣缸頭的剖視圖。
圖1所示的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)(圖中未示出)的供氣系統(tǒng)有一個(gè)氣體燃料供應(yīng)裝置10，用以將氣態(tài)燃料以受控的供氣量輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中靠近點(diǎn)火源的部位。發(fā)動(dòng)機(jī)中的該部位包括彼此相連的預(yù)燃區(qū)12和燃燒區(qū)14。氣體燃料供應(yīng)裝置10包括第一和第二供氣裝置16、18，用以將氣態(tài)燃料分別輸送到預(yù)燃區(qū)12和燃燒區(qū)14中;還包括氣體控制裝置20、22，用以控制所述第一和第二供氣裝置16、18分別供應(yīng)的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例。第一和第二供氣裝置16、18輸送來(lái)自氣源24的氣態(tài)燃料，且可取例如供氣管線的形式。預(yù)燃?xì)怏w控制裝置20和燃燒氣體控制裝置22可取例如氣態(tài)燃料噴射器的形式。
在本實(shí)施例中，預(yù)燃區(qū)12緊靠點(diǎn)火源26配置，點(diǎn)火源26可以是例如便于氣態(tài)燃料在預(yù)燃區(qū)12中點(diǎn)燃的火花塞。點(diǎn)火源26受點(diǎn)火控制裝置28的控制。
空氣從空氣源30經(jīng)空氣供應(yīng)裝置32和燃燒空氣控制裝置34輸送到燃燒區(qū)14中。在本實(shí)施例中，空氣不直接輸送到預(yù)燃區(qū)12中。燃燒空氣控制裝置控制燃燒空氣經(jīng)燃燒空氣供應(yīng)裝置36輸送到燃燒區(qū)14之前的量、溫度和壓力，燃燒空氣供應(yīng)裝置36通常為發(fā)動(dòng)機(jī)岐管和進(jìn)口閥系統(tǒng)。燃燒產(chǎn)物從發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒區(qū)14排出，經(jīng)廢氣排放系統(tǒng)38排到廢氣處理裝置40中。廢氣排放系統(tǒng)38通常取排氣閥系統(tǒng)和岐管系統(tǒng)的形式。廢氣排放分析器42分析所排放的廢氣并產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)信號(hào)傳送裝置44傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)(EMS)46上。
EMS46總管發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程，并分別經(jīng)信號(hào)傳送裝置48、50、52和54監(jiān)視和操縱預(yù)燃?xì)怏w控制裝置20、點(diǎn)火控制裝置28、燃燒氣體控制裝置22和燃燒空氣控制裝置34。信號(hào)傳送裝置44、48、50、52和54可以取例如電纜、光纖或任何其它適當(dāng)?shù)男盘?hào)傳輸媒體的形式。EMS46還可以監(jiān)視和/或操縱發(fā)動(dòng)機(jī)其它工作參數(shù)的控制過(guò)程，例如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)流閥的位置、發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)負(fù)荷和蓄電池電壓等。這些工作參數(shù)中每一個(gè)都會(huì)對(duì)供氣系統(tǒng)的上述基本控制過(guò)程有一定的影響，但為簡(jiǎn)明清楚起見(jiàn)，在圖1中沒(méi)有把它們表示出來(lái)。廢氣排放分析器42給EMS有46提供反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)是從直接或間接測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣含量中存在的一氧化碳、烴類(lèi)、一氧化二氮或其它不希望有的排放物的測(cè)定結(jié)果獲得的。這些排出物表示出氣態(tài)燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒的程度，EMS46可以利用這個(gè)指示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)輸送到預(yù)燃區(qū)12和/或燃燒區(qū)14的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例或在一定時(shí)間內(nèi)供給發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體總量。
上面說(shuō)過(guò)，燃燒空氣只直接輸送到燃燒區(qū)14，但在發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮沖程中，有些空氣經(jīng)預(yù)燃空氣供應(yīng)裝置56從燃燒區(qū)14傳送到預(yù)燃區(qū)12。實(shí)際上，預(yù)燃區(qū)12可以設(shè)置在通過(guò)一個(gè)孔口直接與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連通的單獨(dú)預(yù)燃室中，燃燒區(qū)14則設(shè)置在氣缸中活塞的上方。按照本發(fā)明，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，采用點(diǎn)火源26引燃預(yù)燃區(qū)12中燃料/空氣比的較富油區(qū)的氣態(tài)燃料。當(dāng)然，預(yù)燃區(qū)中的燃料/空氣比應(yīng)選擇成使氣態(tài)燃料必然會(huì)點(diǎn)燃。圖中的編號(hào)58示出了所產(chǎn)生的氣體從預(yù)燃區(qū)12中引燃直到燃燒區(qū)14所經(jīng)過(guò)的路徑，實(shí)際上該路徑可能會(huì)通過(guò)預(yù)燃室與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸之間的同一個(gè)孔口。預(yù)燃區(qū)12的容積設(shè)計(jì)成使所產(chǎn)生的氣體通過(guò)從預(yù)燃區(qū)12到燃燒區(qū)14的路徑時(shí)能充分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使燃燒區(qū)14中燃料/空氣比為貧油的氣態(tài)燃料和空氣能夠點(diǎn)燃。這樣，按上述方式通過(guò)引燃預(yù)燃區(qū)12中的氣態(tài)燃料就能使燃燒區(qū)14以最少的氣態(tài)燃料進(jìn)行燃燒。
圖2示意性地示出了本發(fā)明供氣系統(tǒng)的第二個(gè)實(shí)施例。該供氣系統(tǒng)有一個(gè)氣體燃料供應(yīng)裝置60，用以將氣態(tài)燃料按受控的供氣量輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中靠近點(diǎn)火源62(例如火花塞)的部位。圖2中只示出了發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)氣缸64，從圖中可以看到，活塞66處在靠近其壓縮沖程的頂部?？拷c(diǎn)火源62的部位包括位于預(yù)燃室70內(nèi)的預(yù)燃區(qū)68和位于氣缸64內(nèi)活塞66上方的燃燒區(qū)72。預(yù)燃室70通過(guò)孔口74直接與氣缸64連通。氣體燃料供應(yīng)裝置60包括用以將氣態(tài)燃料分別輸送到預(yù)燃區(qū)68和燃燒區(qū)72的第一和第二供氣管線76和78。來(lái)自電磁驅(qū)動(dòng)的單噴氣器80的氣態(tài)燃料輸送到供氣管線76、78中。
氣體燃料供應(yīng)裝置60還包括取氣體流量閥82形式的氣體控制裝置，用以控制第一和第二供氣管線76、78分別輸送的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例。在本實(shí)施例中，氣體流量閥82是止回閥或單向閥，當(dāng)預(yù)燃室70內(nèi)的壓力小于供氣管線76內(nèi)的壓力時(shí)打開(kāi)，而在預(yù)燃區(qū)70內(nèi)的壓力超過(guò)供氣管線76中的壓力時(shí)關(guān)閉。因此，在活塞66的向下沖程的過(guò)程中，單向閥82讓來(lái)自供氣管線76的氣態(tài)燃料通過(guò)而進(jìn)入預(yù)燃燒室70中，但在活塞66的壓縮沖程的過(guò)程中，單向閥82關(guān)閉，切斷氣態(tài)燃料進(jìn)入預(yù)燃室70的通路。單向閥82也起將供氣管線76與因預(yù)燃區(qū)68和燃燒區(qū)72燃燒所產(chǎn)生的氣體隔離開(kāi)來(lái)的作用。
輸送到預(yù)燃區(qū)68和燃燒區(qū)72的氣態(tài)燃料，其相對(duì)比例主要受單向閥82在其打開(kāi)狀態(tài)下所形成的孔口大小控制。一般說(shuō)來(lái)，單向閥82孔口的大小應(yīng)選擇得使噴氣器80所提供的氣態(tài)燃料有1%至10%通過(guò)供氣管線76而進(jìn)入預(yù)燃區(qū)68中，其余的氣態(tài)燃料則由供氣管線78輸送到氣缸64內(nèi)的燃燒區(qū)72中。通常，供氣管線78通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)歧管和進(jìn)口閥系將氣體輸送到燃燒區(qū)72中。在本實(shí)施例中，單向閥82選擇成使來(lái)自公用噴氣器80的氣態(tài)燃料有4%輸送到預(yù)燃區(qū)68中，然而分別輸送到預(yù)燃區(qū)68和燃燒區(qū)72的氣態(tài)燃料，其實(shí)際的相對(duì)比例取決于具體發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性。綜上所述，顯然第一和第二供氣管線76、78所提供的氣態(tài)燃料其相對(duì)比例對(duì)該特定的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)是固定的，它取決于單向閥82內(nèi)孔口的大小。但是，我們可以將氣體燃料供應(yīng)裝置60設(shè)計(jì)成使第一和第二供氣管線76、78提供的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例通過(guò)例如從分立的噴氣器將氣態(tài)燃料輸送到供氣管線76和78而加以調(diào)節(jié)。于是，各噴氣器輸送到供氣管線76、78的氣態(tài)燃料量就可以例如在發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)的控制下改變。
特定發(fā)動(dòng)機(jī)的輸送到預(yù)燃室和氣缸中的氣態(tài)燃料，其相對(duì)比例可按以下方法確定。確定這個(gè)相對(duì)比例的目的是要使預(yù)燃室(PCC)中的燃?xì)?空氣之比達(dá)到不難借助火花塞進(jìn)行引燃的程度。在一個(gè)實(shí)施例中，采用了天然氣作為氣態(tài)燃料。天然氣主要由甲烷組成，其燃?xì)?空氣的當(dāng)量比為0.095(9.5%)。PCC中的燃?xì)?空氣比在大約6.0%至15.0%的范圍時(shí)仍然能進(jìn)行引燃，但最可靠的引燃是在接近化學(xué)當(dāng)量比的條件下達(dá)到的。
全面確定輸送到PCC的氣體的需求量涉及到許多變量。為便于確定，我們將某些變量固定下來(lái)，然后計(jì)算出作為點(diǎn)火提前角(sparkadvanceangle)函數(shù)的PCC中燃?xì)?空氣比的和作為氣缸總?cè)莘e的容積百分比函數(shù)的總噴氣量的關(guān)系。壓縮比固定在某一值上，該值是根據(jù)其在機(jī)械上和熱力學(xué)上是否適用于該特定發(fā)動(dòng)機(jī)(這可從發(fā)動(dòng)機(jī)所要求的輸出和燃?xì)馄肺欢?確定的。為減少PCC的局部熱損失，總希望PCC/MCC(Maincombustionchamber，主燃燒室)小，但其降低程度實(shí)際上受到PCC處氣流控制可調(diào)節(jié)程度的限制。氣體/氣缸容積的大小受最大絕對(duì)升壓、壓縮比的設(shè)計(jì)值和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出要求的支配。
本發(fā)明應(yīng)用了下列各項(xiàng)定義和公式PCVFRN＝預(yù)燃室容積百分比-PCC所占據(jù)的間隙體積(clearancevolume)百分比。
PCGFRN＝預(yù)燃室氣體百分比-噴入PCC中的氣體百分比。
CR＝壓縮比＝間隙體積+被吹掃的體積(100)間隙體積間隙體積CV＝間隙體積＝被吹掃體積(100)壓縮比-1GV＝一個(gè)噴氣器所噴出的氣體體積PCGV＝所噴入的預(yù)燃室氣體體積＝GV×PCGFRNPCV＝預(yù)燃室容積＝CV×PCVFRNMCGV＝主燃燒室(或氣缸)氣體體積＝GV-PCGVMCAV＝主燃燒室空氣體積＝100-MCGVMCGR＝主燃燒室氣體比值
＝MCGV/MCAVTHETA＝點(diǎn)火提前角(0-1.57弧度角)CRI＝瞬時(shí)壓縮比＝ ((100+CV))/(CV+50×(1-COS THETA))PCGR＝預(yù)燃室氣體比值＝ (PCGV+(CRI-1)×MCGR×PCV)/((CRI-1)×(1-MCGR)×PCV)可以進(jìn)行一系列的迭代，即調(diào)節(jié)PCC/MCC氣體之比，直到在所觀察到的點(diǎn)火提前設(shè)定值的整個(gè)范圍內(nèi)接近化學(xué)當(dāng)量比的條件為止。在一個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)過(guò)程表明，在0.0至0.5236弧度角的點(diǎn)火提前設(shè)定值(THETA)的整個(gè)范圍內(nèi)，PCGFRN為0.04(4%)時(shí)達(dá)到接近化學(xué)當(dāng)量比。PCVFRN調(diào)定到0.08，CR調(diào)定到12.5，CV則為8.6956512(氣缸的容積為100個(gè)單位)。
圖2中所示的供氣系統(tǒng)，其工作情況與圖1中所示的系統(tǒng)類(lèi)似。在活塞66的空氣輸入沖程過(guò)程中，氣態(tài)燃料與空氣的混合料輸送到燃燒區(qū)72中，同時(shí)僅有氣態(tài)燃料經(jīng)單向閥82輸送到預(yù)燃區(qū)68中。在活塞66的壓縮沖程中，燃燒區(qū)72內(nèi)的一些空氣燃料混合料經(jīng)孔口74流入預(yù)燃室70中，同時(shí)點(diǎn)火源62引燃預(yù)燃區(qū)68內(nèi)的氣態(tài)燃料。在該階段之前，單向閥82一直是關(guān)閉的。由于預(yù)燃區(qū)68中燃料/空氣比呈較富油狀態(tài)，因而能輕易點(diǎn)燃，于是化學(xué)反應(yīng)就經(jīng)所產(chǎn)生的氣體從預(yù)燃區(qū)68經(jīng)孔口74至燃燒區(qū)126的路徑進(jìn)行，使燃燒區(qū)72中貧油的氣態(tài)燃料/空氣混合料點(diǎn)燃起來(lái)。這樣，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)就可以以貧油燃燒方式工作，而無(wú)須擔(dān)心發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。
圖3中示出了壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭84的剖視圖。圖3的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)已改裝成燃?xì)恻c(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，且結(jié)合了本發(fā)明與圖2類(lèi)似的供氣系統(tǒng)實(shí)施例。筒86固定在設(shè)在氣缸頭84內(nèi)的孔88中，因而在氣缸頭內(nèi)循環(huán)的冷卻水89也冷卻筒86。筒86內(nèi)有預(yù)燃室90，筒86本身由導(dǎo)熱性能良好的材料制成，這樣預(yù)燃室90中產(chǎn)生的一些熱就可以通過(guò)筒86的壁傳給冷卻水89。預(yù)燃室90內(nèi)有預(yù)燃區(qū)92，且直接與發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸94連通，而燃燒區(qū)96則位于氣缸94中。
筒86中還裝有點(diǎn)火源98(火花塞)和單向閥100。氣態(tài)燃料與圖2中的類(lèi)似，經(jīng)供氣管線102供到單向閥100中。
圖3所示供氣系統(tǒng)的工作情況與圖2的類(lèi)似，因而這里不再詳述。單向閥100控制著經(jīng)各供氣管線和公用噴氣器(圖中未示出)輸送到預(yù)燃區(qū)92和燃燒區(qū)96的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例。燃燒過(guò)程由預(yù)燃區(qū)92中的火花塞98引發(fā)，然后預(yù)燃區(qū)92中產(chǎn)生的引燃的氣態(tài)燃料經(jīng)孔口93傳到燃燒區(qū)96中，使其余的氣態(tài)燃料也燃燒起來(lái)。
顯然，預(yù)燃室90在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸頭84中的配置方式可以和圖3所示的完全不同，這取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的類(lèi)型，特別是在制造發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)而不是在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)改裝成點(diǎn)燃式燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)將預(yù)燃室配置在氣缸頭中更是如此。在雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中，也可以用本發(fā)明的供氣系統(tǒng)給發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)輔助燃料。
從上面的說(shuō)明顯然可以看出，本發(fā)明的供氣系統(tǒng)比起現(xiàn)有技術(shù)依靠燃?xì)馄鲗⑦m當(dāng)?shù)目諝?燃料混合料提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。輸送到預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū)的氣態(tài)燃料其相對(duì)比例可精確地加以控制，從而使燃燒區(qū)中的燃燒能以最少的氣態(tài)燃料量進(jìn)行而無(wú)須擔(dān)憂發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。預(yù)燃區(qū)中的燃燒產(chǎn)生了火焰前峰和分子基團(tuán)，因而很容易而且迅速地引燃燃燒區(qū)中較貧油的混合料，使發(fā)動(dòng)機(jī)的效率提高，即靠近活塞上止點(diǎn)(TDC)處的燃燒更旺，且由于分解和熱方面的因素而降低了損失，該兩方面會(huì)隨著周期性變化的峰值溫度的上升而迅速增強(qiáng)。此外，一氧化碳、烴類(lèi)和一氧化二氮的排放會(huì)因整體為貧油燃燒而減少。本發(fā)明的供氣系統(tǒng)簡(jiǎn)單、精致，因而不難裝入一般的發(fā)動(dòng)機(jī)中，且/或不難將一般的發(fā)動(dòng)機(jī)改裝成燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。
此外，由于已將本發(fā)明供氣系統(tǒng)的一些最佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明清楚，因而熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人士都知道，除上面所述的以外，在不脫離本發(fā)明基本原理的前提下是可以作種種修改的。舉例說(shuō)，分別輸送到預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū)的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例可以由各供氣管線的相對(duì)直徑確定。所有這樣的更改和修改都應(yīng)視為屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)，其性質(zhì)由上述說(shuō)明書(shū)和所附的權(quán)利要求書(shū)確定。
權(quán)利要求
1.燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的一種供氣系統(tǒng)，其特征在于包括氣體燃料供應(yīng)裝置，用以將氣態(tài)燃料以受控的供氣量輸送到點(diǎn)火源附近的部位，該部位包括彼此相連的預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū)；所述氣體燃料供應(yīng)裝置包括第一和第二供氣裝置，用以將氣態(tài)燃料分別輸送到上述預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū)中；此外還包括氣體控制裝置，用以控制所述第一和第二供氣裝置分別供應(yīng)的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例，從而在使用過(guò)程中可以通過(guò)引燃所述預(yù)燃區(qū)中的氣態(tài)燃料使所述燃燒區(qū)能以最少的氣態(tài)燃料而燃燒。
2.如權(quán)利要求1所述的供氣系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)燃區(qū)緊靠所述點(diǎn)火源配置。
3.如權(quán)利要求1所述的供氣系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)燃區(qū)設(shè)置在單獨(dú)的一個(gè)預(yù)燃燒室中，預(yù)燃燒室通過(guò)一個(gè)孔口直接與發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸連通，所述燃燒區(qū)則位于所述氣缸內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的供氣系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體燃料供應(yīng)裝置還包括一個(gè)噴氣器，用以將氣態(tài)燃料按受控的供氣量噴入所述靠近點(diǎn)火源的部位。
5.如權(quán)利要求4所述的供氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二供氣裝置分別包括第一和第二供氣管線，管線中供有來(lái)自公用噴氣器的氣態(tài)燃料。
6.如權(quán)利要求5所述的供氣系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體控制裝置包括一個(gè)氣流閥，用以控制輸送到所述預(yù)燃區(qū)和/或燃燒區(qū)的氣態(tài)燃料量。
7.如權(quán)利要求6所述的供氣系統(tǒng)，其特征在于，所述氣流閥為單向閥，用以控制經(jīng)所述第一供氣管線輸送到所述預(yù)燃室的氣態(tài)燃料量。
8.如權(quán)利要求1所述的供氣系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)特定的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，所述第一和第二供氣裝置所供應(yīng)的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例是固定的。
9.如權(quán)利要求8所述的供氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一供氣裝置供應(yīng)的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例可以在所述氣體燃料供應(yīng)裝置輸送到所述部位的氣態(tài)燃料總量的1%至10%范圍內(nèi)。
10.一種給燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)供氣的方法，其特征在于，該方法包括按受控的供氣量將氣態(tài)燃料輸送到靠近點(diǎn)火源的部位，該部位包括彼此相連的預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū);控制分別輸送到所述預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū)的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例，從而在使用過(guò)程中，可以通過(guò)引燃所述預(yù)燃區(qū)中的氣態(tài)燃料使所述燃燒區(qū)能以最少的氣態(tài)燃料而燃燒。
11.如權(quán)利要求10所述的供氣方法，其特征在于，它還包括將供氣量受控的空氣輸送到燃燒區(qū)中，使所述燃燒區(qū)中的空氣/燃料比維持在最小值，在引燃所述預(yù)燃區(qū)中的氣態(tài)燃料過(guò)程中，所述燃燒區(qū)中的一些空氣/燃料混合料被傳送到所述預(yù)燃區(qū)中。
全文摘要
燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的一種供氣系統(tǒng)，包括氣體燃料供應(yīng)裝置(10)，用以將供氣量受控的氣態(tài)燃料輸送到靠近點(diǎn)火源(26)的部位。氣體燃料供應(yīng)裝置包括第一和第二供氣裝置(16、18)，用以將氣態(tài)燃料分別輸送到預(yù)燃區(qū)(12)和燃燒區(qū)(14)中，氣體控制裝置(20、22)控制第一和第二供氣裝置分別供應(yīng)的氣態(tài)燃料的相對(duì)比例，通過(guò)引燃預(yù)燃區(qū)的氣態(tài)燃料可以最少的氣態(tài)燃料使燃燒區(qū)燃燒，從而使燃燒區(qū)中的燃料/空氣比能減小到最小程度(貧油燃燒方式)而不致使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。
文檔編號(hào)F02D19/02GK1071735SQ9211268
公開(kāi)日1993年5月5日 申請(qǐng)日期1992年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1991年10月23日
發(fā)明者B·R·紐曼 申請(qǐng)人:特蘭斯康氣體技術(shù)有限公司