[发明专利]无源预燃室直接喷射燃烧

说明书

喷射器‑点火器组件包括无源预燃室和燃料喷射器。在内燃发动机中，燃料直接喷射到燃烧室中以与燃烧室中的空气混合。各实施例使得能够以不同于燃烧室的空燃比对预燃室进行填充，而无需用燃料直接填充预燃室。预燃室具有与燃烧室流体连通的射流孔口。在操作中，燃料通过喷嘴直接喷入燃烧室，以形成与预燃室内的开口相邻的云。随后，混合燃料和空气从燃烧室被摄入预燃室并点燃。摄入预燃室前的混合程度可以使用不同的喷嘴构造进行控制。点燃的气态燃料和空气通过射流孔口从预燃室排出并作为具有气态燃料核心的火焰射流进入燃烧室。

优先权要求

本申请要求2015年10月6日提交的美国专利申请第62/238,013的优先权，该申请的内容以参见的方式纳入本文。

技术领域

本文的构思涉及用于内燃机的气体燃料燃烧。

背景技术

由于其低成本，推动将天然气用作发动机燃料。例如，相对于柴油燃料，天然气是单位能源成本较低的燃料。天然气通常用火花塞点燃。然而，火花塞的点火能量在高压缩比下并不总是有效地点燃天然气，特别是在贫油运行条件下。为了解决这个问题，一些系统放弃了火花塞并使用柴油作为引燃燃料。换言之，这些系统在压缩循环的早期阶段将少量的柴油燃料作为引燃燃料进行喷射，从压缩中自动点燃。天然气然后喷射并通过燃烧引燃燃料点燃。然而，使用柴油作为引燃燃料的天然气系统需要两个燃料系统和相关的管道、储存器、喷射器等，这会增加成本，尺寸和复杂性并且难以进行改装。

已知压缩点火(例如柴油)发动机是效率标准的——由于高压缩比、空气而不是燃料和空气的引入和压缩、没有节气门和高制动平均有效气缸压力(即“BMEP”)。然而，典型的柴油发动机中的燃料在扩散火焰中燃烧——具有喷射入空气的富含燃料的核心。火焰前沿位于燃料和空气之间的化学计量界面处，燃烧速率由氧气扩散到反应中的速率和燃烧产物扩散出反应区域的速率来控制。这种不均匀的燃烧导致(a)NOx和烟灰的高排放和(b)较慢的燃烧，因此整体燃烧定相效率较低，因为随着活塞膨胀而发生显着部分的燃烧，因此每克燃料在曲轴上死点后会发生燃烧，从而使发动机的膨胀率越来越低，从而降低工作量。

或者，在奥托循环内(接近恒定容积燃烧)气体燃料的火花点火燃烧具有高效燃烧和良好的燃烧定相效率，然而由于预混空气——燃料混合物中固有的自燃过程——以控制爆炸和爆震，压缩比必须要低一些；节气门用来控制负载；且空气加燃料的新鲜充量是压缩工作流体。然而，当以受控的化学计量空燃比(即AFR)运行时，低成本的三元催化剂在将排放物减少至规定水平时非常有效，而没有太大复杂性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种在内燃发动机的主燃烧室中燃烧气态燃料的方法，方法包括：

通过喷射器孔将气态燃料接收到主燃烧室中以与主燃烧室中的空气混合，内燃发动机包括预燃室，预燃室具有在预燃室的内部与主燃烧室之间流体连通的射流孔口，气态燃料沿穿过射流孔口的轨迹接收在主燃烧室中，其中，泄放端口将主燃料喷射通道连接至预燃室，使得气态燃料能够发生一些泄漏，从而同时对主燃烧室和预燃室的一部分填充燃料；

在主燃烧室压缩过程中，使混合气态燃料和空气通过射流孔口流入预燃室，压缩使混合气态燃料和空气无源地流动；

在预燃室中点燃从主燃烧室摄入预燃室的混合气态燃料和空气；以及将点燃的气态燃料和空气从预燃室通过射流孔口排出并作为火焰射流进入主燃烧室。

本发明还提供一种在内燃发动机的主燃烧室中对混合物点火的系统，系统包括：

载体，载体适于联接到内燃发动机并且包括：

预燃室，预燃室限定构造成接纳点火器的开口端和射流通道，预燃室适于通过射流通道接收来自主燃烧室的燃料，

燃料阀容座，燃料阀容座构造成接纳燃料阀并包括燃料通道，以及

末端，末端限定：