[发明专利]用于气体燃料发动机中的预混混合气的点火设备以及方法

说明书

预混合式发动机在发动机速度和载荷低于预定范围时具有点火问题。一种用于点燃气体燃料内燃发动机中的预混混合气的点火设备包括与内燃发动机的燃烧室相关联的点火装置。该点火设备具有用于引入使在点火装置周围形成分层混合气的稀释剂的稀释喷射器和用于引入使在点火装置周围形成分层混合气的气体燃料的加浓喷射器中至少一者。电子控制器与点火装置以及稀释喷射器和加浓喷射器中所述至少一者可操作地连接，并且被编程为以下至少一者：当点火装置使点火装置周围的局部空燃当量比降低至低于预定阈值时致动稀释喷射器以引入稀释剂；以及当发动机载荷和发动机速度低于预定阈值发动机载荷和速度范围时以及当点火装置不影响点火装置周围的局部空燃当量比时致动加浓喷射器以引入气体燃料进而降低局部空燃当量比。

技术领域

本申请涉及用于气体燃料内燃发动机中的预混混合气(premixed charge)的点火设备和方法。

背景技术

已知以化学计量空燃比运行的液体燃料内燃发动机使用火花塞来点燃燃烧室中的预混混合气。当这些发动机以气体燃料作为燃料时，有利的是采用引燃燃料来点燃气体燃料而不是采用火花塞来点燃气体燃料，因为通常的气体燃料具有比液体燃料更高的活化能并且需要更高的用以点火的温度。在已知的系统中，引燃燃料被直接喷射并被压燃，引燃燃料的燃烧用作为气体燃料的高能点火源。引燃燃料通常被用于使用全局贫油的空气-燃料混合物运行的迪塞尔循环气体燃料发动机中。在化学计量比发动机中，与全局贫油的迪塞尔循环发动机中的引燃燃料周围的当量比相比，直接喷射的引燃燃料周围的局部空燃当量比(λ)更低(富燃)。在化学计量比发动机中，引燃燃料颗粒(也就是，来自柴油燃料的各种成分的分子)与氧化剂颗粒(诸如氧分子)发生反应的可能性降低。在较低的载荷条件下，如果节流降低了燃烧室中氧化剂的摩尔数，在点燃引燃燃料时可能会遇到困难，原因为引燃燃料周围的局部空燃当量比与更高的载荷条件相比降低，并且使引燃燃料和氧化剂颗粒发生反应的可能性甚至进一步降低。此外，在较低的载荷条件下，压缩之后的缸内温度与更高载荷情况下相比较低，这降低了预混混合气的反应性和可燃性。这个问题在低温条件下加剧，在低温条件下，与燃烧室中的颗粒相关联的动能减少，并且各种颗粒因动力学运动而发生碰撞和发生反应的可能性受到阻碍。

对于不使用引燃燃料来点火的发动机而言，同样存在在低载荷或低温条件下点燃气体燃料内燃发动机中的预混混合气的同样问题。例如，当采用用于产生火花、热表面、激光、微波或等离子的点火装置时，在使用常规的化学计量比气体燃料发动机的情况下，点火装置附近的局部条件可能导致不稳定的点火和不良的燃烧。

现有技术状态缺乏用于在化学计量比气体燃料发动机中、特别是在低载荷以及低温运行条件下、点燃预混混合气的设备和技术。本设备以及方法提供了用于改进预混合的、化学计量比气体燃料内燃发动机中的气体燃料的可燃性的技术。

发明内容

一种用于点燃气体燃料内燃发动机中的预混混合气的改进型点火设备包括点火装置，所述点火装置与所述内燃发动机的燃烧室相关联。所述点火设备具有稀释喷射器和加浓喷射器中至少一者，所述稀释喷射器用于引入稀释剂，所述稀释剂使所述点火装置周围形成分层混合气，所述加浓喷射器用于引入气体燃料，所述气体燃料使所述点火装置周围形成分层混合气。电子控制器与所述稀释喷射器和所述加浓喷射器中所述至少一者以及所述点火装置可操作地连接，并且所述电子控制器被编程为以下至少一者：当所述点火装置使所述点火装置周围的局部空燃当量比降低至低于预定阈值时，致动所述稀释喷射器以引入所述稀释剂；以及当发动机载荷和发动机速度低于预定阈值发动机载荷和速度范围时以及当所述点火装置不影响所述点火装置周围的所述局部空燃当量比时，致动所述加浓喷射器以引入所述气体燃料进而降低所述局部空燃当量比。所述气体燃料可以是氢、甲烷、天然气、丙烷以及这些燃料的混合物中的至少一者。