[发明专利]能够以液态和气态燃料运行的内燃发动机和运行这种内燃发动机的方法

说明书

本申请描述一种用于发动机的系统，所述系统包括用于以第二运行模式喷射气态燃料到发动机汽缸内的直接喷射喷嘴；用于以第一运行模式喷射液态燃料到发动机进气口的进气道喷嘴；和适合于调整进气门打开和关闭正时的配气机构。优选地直接喷射比如压缩天然气的气态燃料到汽缸内，增加了效率并且允许减少对于安装在进气口内的较少使用的液化气燃料喷射器的高温暴露，从而减少了这些喷射器的焦化。

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2012年10月16日的德国专利申请102012218789.8的优先权，其整个内容为了所有目的通过参考被合并。

技术领域

本公开涉及内燃发动机，其能够在第一运行模式中以液态燃料运行并且在第二运行模式中以气态燃料运行。

背景技术

随着越来越严格的排放和效率规定，有越来越多地朝向在内燃发动机中使用替代燃料的推进。在本公开的背景中，词语“内燃发动机”具体包括火花外施点火奥托发动机。在奥托发动机的情况下，例如，不仅作为传统的奥托发动机燃料的汽油而且，例如液化气（LPG-液化石油气）、丙烷/丁烷（其也被称为液化石油气或者天然气（CNG-压缩天然气））、合成甲烷也被用作燃料。氢气（H₂）、乙醇或者包含汽油和乙醇的燃料混合物是替代燃料的其他示例。

在形成本公开主题的内燃发动机的情况下，不仅液态燃料（例如传统的奥托发动机燃料）而且气态燃料（例如天然气）均被用作为运行内燃发动机的燃料，其中，在本公开的背景中，当燃料在环境条件下是气态时词语“气态燃料”被使用。

由于不同的燃料具有不同的物理和化学性质，所以内燃发动机可以针对所使用的燃料被特别地设计。在本文中，会需要调整内燃发动机的运行参数（例如点火点和喷射点）。正时、增压、冷却水温度、喷射持续时间、充气空气量和设计参数（例如压缩比）能够被且频繁地被设计以便使用具体燃料运行。被使用的燃料也影响内燃发动机的燃料供给系统的设计配置，特别地，被用于引入燃料的喷射系统的设计配置。

在此引入两种燃料喷射的概念之间的基本区别，即进气道喷射和直接喷射。在进气道喷射的情况下，奥托发动机以基本上均质的燃料-空气混合物运行，其在如下过程中由燃料外部混合物制备，其中在进气系统的所述至少一个进气管路中，燃料被引入到吸入的充气空气内。通过改变汽缸的填充物来改变载荷，例如，通过奥托发动机的常用方法，即质量控制，通常通过被提供在进气管路内的节气门。通过调整节气门，节气门下游的吸入空气的压力能够被更大或者更小程度地降低。节气门被关闭的程度越大，例如，进气管路被越多地阻塞，则节气门上的吸入空气的压力损失越大并且节气门下游的吸入空气在进入汽缸之前的压力越小。对于恒定的燃烧室容积而言，以这种方法可能通过使用吸入空气的压力来调整空气量，例如质量。由于低载荷需要严格地节流和吸入空气的大压降，所以证明这种载荷控制的方法在部分载荷范围是不利地。这导致大的泵送损失。已经提出各种概念，以便降低这些节流损失，例如这些泵送损失。

直接喷射燃料到至少一个汽缸的燃烧室内被认为是一种合适的措施以便即使在奥托发动机的情况下也使内燃发动机减少节流并且使得燃料消耗显著下降。通过直接喷射的方法，可以实现燃烧室分层进气并且因此在特定限制内实现质量控制。而且，利用直接被引入燃烧室的燃料的汽化焓导致内部汽缸的冷却效应，其通过提高压缩比允许进一步地效率提高。

直接喷射的缺点在于：存在相对少的可利用时间来喷射燃料、在燃烧室中可能通过汽化的混合物制备，即燃料的制备、增压空气与燃料的混合和制备的混合物的点火。因此使用直接喷射的奥托循环过程对于混合物形成的变化和偏差明显比使用进气道喷射的奥托斯循环过程更加敏感，特别是在喷射期间和点火期间。

现有技术包括这样的内燃发动机，其中提供了用于引入气态燃料到进气系统的进气道喷射和用于引入液态燃料到至少一个汽缸的直接喷射。这样的能够通过液态或者气态燃料被交替地操作的用于内燃发动机的喷射概念具有大量的缺点，其将在下面简要探索。