[发明专利]使用目标引燃火焰的双燃料发动机中的早期引燃稀燃策略

说明书

本发明涉及使用目标引燃火焰的双燃料发动机中的早期引燃稀燃策略。操作双燃料发动机系统包括在进气阀的延迟关闭正时之后将液态燃料的早期射流和再次射流喷射到汽缸中，以及基于液态燃料的早期射流和再次射流产生第一引燃火焰和第二引燃火焰。对准该液态燃料的早期射流，使得第一引燃火焰的燃点的分布偏离该活塞中的燃烧凹腔的外部。第一引燃火焰和第二引燃火焰从几何上不同的点火位置的传播迅速地增加了汽缸中的压力和温度，以在汽缸中的主进料中提供气态燃料和空气的稀混合物的快速燃烧。

技术领域

本发明总体上涉及一种气态和液态双燃料内燃发动机中的燃烧策略，并且更具体地涉及基于燃烧启动液态燃料的目标射流来燃烧气态燃料和空气的稀混合物。

背景技术

内燃机广为人知，并广泛用于车辆推进、发电、气体压缩和液化、液体和气体传输以及各种工业应用。在传统的操作方案中，在发动机汽缸内燃烧燃料和空气以快速升高压力并驱动与曲轴联接的活塞。火花点火式发动机通常使用液态石油馏分燃料，诸如汽油，或某些气态燃料，诸如天然气、甲烷、丙烷和各种混合物。压燃式发动机通常使用燃料，诸如柴油馏分燃料、生物柴油等。近年来，对在燃料利用，特别是气态燃料方面灵活的发动机和操作策略有重大的研究兴趣。燃料价格波动很大，并且各种燃料，诸如气态燃料可以具有有待探索利用的期望的燃烧或排放特性。

允许以不同燃料类型操作的一种类型的发动机设计组合了柴油馏分燃料和天然气。单独的柴油相对容易压缩点火，但会产生不希望的排放。当在压燃式发动机中使用天然气作为燃料时，天然气和空气的混合物可能无法点火、爆震或具有燃烧稳定性问题。此外，气态燃料可以具有取决于气态燃料类型及其来源的质量范围。与含有某些较长链烃的气态燃料相比，在甲烷中成比例地更高的气态燃料倾向于相对不容易压缩点火，结果，不同的燃料混合物可能具有不同的爆震倾向，换言之，会过早点火。

使用液态燃料的燃烧启动射流来点燃更大的气态燃料主进料的双燃料发动机可以解决这些问题中的一些问题，使得燃烧相对更可预测和可控制。通常期望使用尽可能少的液态燃料，诸如柴油燃料，这在这样的应用中是可行的，因为柴油燃烧即使小也可以产生不期望的排放物并且具有比气态燃料更高的成本。由于燃烧科学家已经用相对少量的柴油燃料来点燃更大量的气态燃料，所以时常证明难以实现实践和商业成功。从Willi等人的美国专利第6,032,617号中已知使用柴油引燃燃料来点燃天然气的双燃料发动机的一个示例。

发明内容

在一个方面，操作双燃料发动机系统的方法包括将双燃料发动机的汽缸中的活塞从下止点(BDC)位置移动到上止点(TDC)位置，以及在完成活塞到TDC位置的移动之前将液态燃料的早期射流喷射到汽缸中。该方法进一步包括基于对该液态燃料的早期射流的点火来产生第一引燃火焰，并且将液态燃料的早期射流对准汽缸，使得该第一引燃火焰的燃点的分布从该活塞中的燃烧凹腔向外偏置。该方法还包括产生第二引燃火焰，该第二引燃火焰在汽缸内向外传播以与该第一引燃火焰汇合，以及以响应于该第一引燃火焰和第二引燃火焰的产生的方式在该汽缸中燃烧气态燃料和空气的化学计量的稀混合物。

在另一个方面，在双燃料内燃发动机中燃烧的方法包括：将气态燃料和空气的化学计量的稀混合物输送到该双燃料内燃发动机中的汽缸中；以及在发动机循环中的活塞的压缩冲程期间将液态燃料的早期射流喷射到对准活塞垫环的汽缸中。该方法进一步包括在喷射早期射流之后将液态燃料的再次射流喷射到汽缸中，并且基于该液态燃料的早期射流和该液态燃料的再次射流的点燃分别在该汽缸中产生第一引燃火焰和第二引燃火焰。该方法还包括在该汽缸内传播第一引燃火焰和第二引燃火焰，以及根据基于该第一引燃火焰和该第二引燃火焰的传播的燃烧定相，在该汽缸中燃烧该气态燃料和空气的化学计量的稀混合物。