[发明专利]分层充气端口喷射式发动机及方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种内燃机，更具体地涉及具有端口喷射燃料的火花点燃式内部燃烧。

背景技术

火花点然式发动机，诸如天然气燃烧发动机，基本上为按照奥托(Otto)循环或米勒(Miller)燃烧循环运行的四冲程发动机。鉴于与其他类型的燃料，例如汽油或柴油相比，天然气相对低的能含量，在运行过程中，往复式活塞类型的天然气燃烧发动机将产生未燃烧碳氢化合物排放物，并容易出现爆震。众所周知，发动机爆震通常也是指一种发生爆燃或出现爆震声的现象，当气缸内的空气／燃料混合物在单次燃烧动作中未完全消耗时，将在火花点燃式发动机中发生发动机爆震。更具体地，在典型的爆震情况下，燃烧气缸内的空气／燃料混合物响应于火花塞点火引起燃烧，但是一团或多团空气／燃料混合物将在通常的燃烧的边缘或火焰前锋的外部燃烧。出现在燃烧气缸内部的二次或额外的燃烧区域造成气缸内出现压力波，压力波使得气缸压力剧增。由于气缸压力的增大使得各种发动机构件的应力和负载增大，因此，对于使用寿命和各种发动机构件的耐用性不利。

发明内容

在一方面，本发明公开一种内燃机。内燃机包括燃烧室，其通过具有活塞顶的往复式活塞被至少部分地在气缸的孔内限定。进气充气室能够与该燃烧室流体连接，并且至少一个进气口构造为将该进气充气室与燃烧室流体连接。至少一个进气门构造为将该进气充气室与燃烧室选择性地流体连接。该燃烧室构造为接收稀薄的空气／燃料混合物，以基本上填充该燃烧室。该燃烧室进一步构造为接收浓空气／燃料混合物，在该燃烧室内形成分层的总空气／燃料混合物。

在另一方面中，本发明公开一种内燃机，其包括多个气缸，每一气缸都包含一个具有活塞顶、并限定燃烧室的往复式活塞。每一燃烧室通过具有第一进气门的第一进气口以及通过具有第二进气门的第二进气口流体连接于进气充气室。第一进气门和第二进气门能够选择性地将燃烧室与进气充气室流体连接。发动机还包括燃料喷射器，其与第二进气口协同作用，并构造为选择性地将气态燃料送入第二进气口中。燃料与经过第二进气口的空气混合，以形成浓空气／燃料混合物，当第二进气门至少部分打开时，该浓空气／燃料混合物进入该燃烧室。点火设备向燃烧室内突出。限定在活塞顶的活塞碗部构造为将浓空气／燃料混合物向点火设备引导。第一进气门构造为相对于该第二进气门独立地操作，使得当该第一进气门打开时，空气或稀薄的空气／燃料混合物经第一进气门被供给来填充该燃烧室。该第二进气门打开时被供向该燃烧室的浓空气／燃料混合物由该活塞碗部向该点火设备引导，以在点火之前，在该燃烧室内产生分层的空气／燃料填充物。

在又一方面中，本发明公开一种内燃机的运行方法。该方法包括：打开第一进气门，使内燃机的进气充气室经由第一进气口与燃烧室流体连接。经由该第一进气口向该燃烧室提供空气或稀薄的空气／燃料混合物。打开第二进气门，使进气充气室经由第二进气口与燃烧室流体连接。启动构造为向该第二进气口内喷射气态燃料的燃料喷射器，以使经过该第二进气口的空气与喷射入该第二进气口的燃料混合，以形成浓空气／燃料混合物。当该第二进气门至少部分打开时，经由该第二进气口向该燃烧室提供浓空气／燃料混合物。在对存在于燃烧室内的空气／燃料混合物点火前，关闭该第一和第二进气门。

附图说明

图1为根据本发明的具有进气口喷射燃料结构的内燃机的结构图；

图2至图4为根据本发明的燃烧气缸结构处于不同运行状态的截面图；

图5为根据本发明的控制器的结构图；

图6为根据本发明的进气门正时图；

图7为根据本发明的内燃机运行方法的流程图。

具体实施方式

图1为示出根据本发明的内燃机100的框图。如图所示，发动机100为固定发动机，其为发电机设备的一部分。因此，发动机100具有与发电机104连接的输出轴102。在运行过程中，发动机100可以接近恒定发动机速度、和根据发电机104的电功率或电流输出的变化的负载运行。控制器105可与各种发动机和／或发电机系统相关地运行。所示实施例中的控制器105包括与发动机100和发电机104的各种传感器和系统的可操作的连接，并构造为接收关于这些传感器和系统的运行参数的信息，以及通过这些连接向各种致动器和系统发送指令。

发动机100可包括多种构件和系统，诸如润滑系统和电系统，简明起见，其从图1中省略。与本发明相关的是，发动机100包括曲柄箱106，其包括其中形成的一个或多个燃烧气缸108。尽管仅示出了6个直列布置的气缸108，但是也可使用按不同布置(例如“V”形布置)的任意数量的气缸。