本發(fā)明總體上涉及用于氣體燃料內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)、點(diǎn)火裝置和汽缸蓋，以及用于操作內(nèi)燃機(jī)的相關(guān)方法。

背景技術(shù)：

操作內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)已知的問題是有害氮氧化物的生成。在燃燒過程中，由于高峰值燃燒溫度會(huì)形成那些氮氧化物。因此，降低在燃燒過程中的峰值燃燒溫度可通常降低氮氧化物的形成。為此，使用稀薄空氣燃料混合物，例如稀薄氣體燃料空氣混合物。與具有化學(xué)計(jì)量空燃比的燃料混合物相比，稀薄空氣燃料混合物具有相對(duì)較大的空燃比。

由于從單點(diǎn)點(diǎn)火源(例如火花塞)的相對(duì)較慢的速率的火焰?zhèn)鞑?，操作具有相?duì)較大的空燃比(稀薄混合物)的內(nèi)燃機(jī)可導(dǎo)致主燃燒室內(nèi)的不完全燃燒。此外，稀薄混合物可引起較差的可燃性。特別地，大口徑發(fā)動(dòng)機(jī)可遭受那些影響。

為了改進(jìn)稀薄燃燒氣體燃料內(nèi)燃機(jī)的可燃性，該內(nèi)燃機(jī)可提供有預(yù)燃室(還稱作為預(yù)燃燒室)。例如，這種預(yù)燃室經(jīng)由例如多個(gè)但至少一個(gè)流動(dòng)傳輸通道可被流體地連接至相應(yīng)汽缸的主燃燒室。那些流動(dòng)傳輸通道允許在壓縮沖程過程中氣體燃料和空氣的稀薄混合物從主燃燒室流至預(yù)燃室中。通常通過經(jīng)由單獨(dú)的氣體供給通道提供少量氣體燃料至預(yù)燃室中來實(shí)現(xiàn)預(yù)燃室中稀薄燃料的富集。通過點(diǎn)火器，例如火花塞，來點(diǎn)燃預(yù)燃室中的富集混合物。富集混合物的點(diǎn)火引起從預(yù)燃室經(jīng)由流動(dòng)傳輸通道傳播至主燃燒室中的熱氣火焰前鋒。因而，主燃燒室中的稀薄混合物點(diǎn)燃并燃燒，且因而，抵靠驅(qū)動(dòng)曲軸的可移動(dòng)的活塞擴(kuò)張。

例如，Caterpillar公司的美國(guó)專利5,024,193公開了一種具有限定了預(yù)燃室的預(yù)燃燒室組件的燃料燃燒系統(tǒng)。該預(yù)燃室具有預(yù)選擇的形狀和體積。提供了多個(gè)預(yù)選擇的幾何橫截面的噴射通道，用于將燃燒氣體從預(yù)燃室以大于聲速的速率導(dǎo)向并可控地?cái)U(kuò)張至主燃燒室中。

本發(fā)明至少部分地旨在改進(jìn)或克服現(xiàn)有系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)方面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一方面，公開了一種用于操作氣體燃料內(nèi)燃機(jī)的方法，該氣體燃料內(nèi)燃機(jī)包括至少一個(gè)主燃燒室以及配置成用于啟動(dòng)點(diǎn)火區(qū)域內(nèi)點(diǎn)火事件的至少一個(gè)點(diǎn)火裝置。該方法可包括：在由點(diǎn)火裝置啟動(dòng)點(diǎn)火事件之前，在約30°至約0°之間、特別地在約10°至約2°之間的曲柄角度的時(shí)間內(nèi)，將加壓燃料供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域，用于使點(diǎn)火區(qū)域富集燃料。該方法還可包括：?jiǎn)?dòng)點(diǎn)火區(qū)域的點(diǎn)火事件，用于燃燒點(diǎn)火區(qū)域內(nèi)的富集空氣/燃料混合物。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了一種用于包括至少一個(gè)主燃燒室的內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)。該點(diǎn)火系統(tǒng)可包括具有限定點(diǎn)火區(qū)域的點(diǎn)火部分的點(diǎn)火裝置。該點(diǎn)火裝置可被配置成用于啟動(dòng)點(diǎn)火區(qū)域中的點(diǎn)火事件，用于啟動(dòng)至少一個(gè)主燃燒室內(nèi)的燃燒過程。該點(diǎn)火系統(tǒng)還可包括配置成用于供應(yīng)加壓燃料至點(diǎn)火區(qū)域的至少一個(gè)燃料供應(yīng)通道，用于使點(diǎn)火區(qū)域富集燃料，其中，在由點(diǎn)火裝置啟動(dòng)點(diǎn)火事件之前，在約30°與約0°之間、特別地在約10°與約2°之間的曲柄角度的時(shí)間內(nèi)，加壓燃料被供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，氣體燃料內(nèi)燃機(jī)可包括可移動(dòng)地容納相關(guān)聯(lián)的活塞的至少一個(gè)汽缸，其中，該至少一個(gè)汽缸和相關(guān)聯(lián)的活塞可限定用于在其中燃燒空氣/燃料混合物的主燃燒室。該氣體燃料內(nèi)燃機(jī)還可包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了一種用于啟動(dòng)用于點(diǎn)燃?xì)怏w燃料內(nèi)燃機(jī)內(nèi)空氣/燃料混合物的點(diǎn)火事件的點(diǎn)火裝置，該氣體燃料內(nèi)燃機(jī)包括至少一個(gè)燃燒室。該點(diǎn)火裝置可包括配置成用于生成并啟動(dòng)點(diǎn)火事件的點(diǎn)火部分，其中，該點(diǎn)火部分可限定至少部分地在至少一個(gè)燃燒室內(nèi)設(shè)置的點(diǎn)火區(qū)域。該點(diǎn)火裝置還可包括配置成用于供應(yīng)加壓燃料至點(diǎn)火區(qū)域的至少一個(gè)燃料供應(yīng)通道，用于使點(diǎn)火區(qū)域富集燃料，其中，在由點(diǎn)火裝置啟動(dòng)點(diǎn)火事件之前，在約30°與約0°之間、特別地在約10°與約2°之間的曲柄角度的時(shí)間內(nèi)，加壓燃料可被供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了一種用于氣體燃料內(nèi)燃機(jī)的汽缸蓋，該氣體燃料內(nèi)燃機(jī)包括至少一個(gè)燃燒室。該汽缸蓋可包括配置成用于將空氣/燃料混合物供應(yīng)至燃燒室的至少一個(gè)入口通道；用于容納至少一個(gè)點(diǎn)火裝置的至少一個(gè)點(diǎn)火裝置安裝部，該至少一個(gè)點(diǎn)火裝置被配置成用于啟動(dòng)點(diǎn)火區(qū)域中的點(diǎn)火事件，用于點(diǎn)燃燃燒室內(nèi)的空氣/燃料混合物；以及配置成用于將加壓燃料供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域的至少一個(gè)燃料供應(yīng)通道，用于使點(diǎn)火區(qū)域富集燃料。在由點(diǎn)火裝置啟動(dòng)點(diǎn)火事件之前，在約30°與約0°之間、特別地在約10°與約2°之間的曲柄角度的時(shí)間內(nèi)，加壓燃料可被供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域。

從以下描述和附圖，本發(fā)明的其它特征和方面將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是由汽缸蓋覆蓋的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的上部的示意圖，且該汽缸蓋僅僅被部分示出，該汽缸蓋包括預(yù)燃室組件；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例且與內(nèi)燃機(jī)的預(yù)燃室相連使用的點(diǎn)火系統(tǒng)的示意圖；以及

圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的點(diǎn)火系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下是本發(fā)明的示意性實(shí)施例的詳細(xì)描述。在此描述并在附圖中示出的示意性實(shí)施例意于教示本發(fā)明的原理，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在許多不同環(huán)境下并針對(duì)不同應(yīng)用來實(shí)施并使用本發(fā)明。因此，該示意性實(shí)施例并不意于為且不應(yīng)被視作為專利保護(hù)范圍的限制性描述。而是，專利保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)有所附權(quán)利要求來限定。

本發(fā)明可能至少部分地基于以下實(shí)現(xiàn)：操作具有富集的燃料和空氣的混合物的主燃燒室可提供非?？煽康夭僮飨”∪紵龤怏w燃料內(nèi)燃機(jī)。然而，在燃燒富集混合物的富集主燃燒室中生成相當(dāng)多的氮氧化物。在大孔徑發(fā)動(dòng)機(jī)中可尤其牽涉上述影響。因此，提出提供具有燃料供應(yīng)通道的內(nèi)燃機(jī)，該燃料供應(yīng)通道用于將加壓燃料供應(yīng)至在主燃燒室內(nèi)設(shè)置的點(diǎn)火區(qū)域。主燃燒室可填充有燃料和空氣稀薄混合物。然后，在點(diǎn)火事件之前不久，加壓燃料可被提供至點(diǎn)火區(qū)域中，以通過混合稀薄混合物和單獨(dú)供應(yīng)的燃料來至少部分地生成點(diǎn)火區(qū)域中的富集混合物。在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作過程中，例如通過火花點(diǎn)火器的火花引起主燃燒室中的點(diǎn)火。在點(diǎn)火區(qū)域中生成的火焰可傳播并可啟動(dòng)主燃燒室內(nèi)的燃燒，用于燃燒其中的稀薄混合物，該傳播由通過燃燒而增加的壓力來驅(qū)動(dòng)。因此，由于存在燃料和空氣的富集混合物的可靠點(diǎn)火與氮氧化物的相對(duì)較低的生成相組合。

本發(fā)明可至少部分地基于以下實(shí)現(xiàn)：上述概念還可被應(yīng)用至任何采用用于促進(jìn)主燃燒室中的點(diǎn)火過程的預(yù)燃室的內(nèi)燃機(jī)。因此，提出提供具有燃料供應(yīng)通道的預(yù)燃室組件，該燃料供應(yīng)通道用于將加壓燃料供應(yīng)至在預(yù)燃室內(nèi)設(shè)置的點(diǎn)火區(qū)域。在壓縮沖程過程中，預(yù)燃室可填充有來自主燃燒室的燃料和空氣的稀薄混合物。然后，在點(diǎn)火事件之前不久，加壓燃料可被提供至點(diǎn)火區(qū)域中，以通過混合稀薄混合物和單獨(dú)供應(yīng)的燃料來至少部分地生成點(diǎn)火區(qū)域中的富集混合物。在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作過程中，例如通過火花點(diǎn)火器的火花引起預(yù)燃室中的點(diǎn)火。在點(diǎn)火區(qū)域中生成的火焰可由通過燃燒而增加的壓力來驅(qū)動(dòng)以從預(yù)燃室傳播至主燃燒室，用于燃燒其中的稀薄混合物。

本發(fā)明還可至少部分地基于以下實(shí)現(xiàn)：供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域的加壓燃料可具有大于空氣/燃料混合物在燃料供應(yīng)時(shí)間實(shí)際呈現(xiàn)的壓縮壓力的壓力。

本發(fā)明還可至少部分地基于以下實(shí)現(xiàn)：提供加壓燃料至點(diǎn)火區(qū)域可導(dǎo)致在主燃燒室或預(yù)燃室內(nèi)產(chǎn)生至少部分地分層的空氣/燃料混合物。在主燃燒室或預(yù)燃室內(nèi)的至少部分地分層的空氣/燃料混合物的特征在于：具有在主燃燒室或預(yù)燃室中的混合，即具有在燃燒室或預(yù)燃室中的多個(gè)不同部分，該多個(gè)不同部分具有不同的空燃比。在預(yù)燃室中的混合梯度可導(dǎo)致或引起主燃燒室中的混合梯度。由于直接地在點(diǎn)火區(qū)域處富集有加壓燃料的主燃燒室或預(yù)燃室并結(jié)合在燃燒室的剩余部分中的稀薄混合物，因而NOx的生成可被顯著地降低。

盡管在以下參考預(yù)燃燒組件被描述，示意性示出的將加壓燃料供應(yīng)至點(diǎn)火裝置(例如，例如火花塞)的點(diǎn)火區(qū)域的概念還可被應(yīng)用至具有在內(nèi)燃機(jī)的主燃燒室中直接地設(shè)置的點(diǎn)火區(qū)域的點(diǎn)火裝置。換句話說，示意性示出的概念還可被應(yīng)用于至少部分地以氣體燃料運(yùn)行的、且并未提供有預(yù)燃室組件的內(nèi)燃機(jī)。因此，加壓燃料可被直接地供應(yīng)至在主燃燒室中設(shè)置的點(diǎn)火區(qū)域。

供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域的加壓燃料可以為氣體燃料、液化氣體燃料、汽油燃料或煤油。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明通常被應(yīng)用于至少部分地以氣體燃料運(yùn)行的任何火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)。

現(xiàn)在參考附圖借助于實(shí)例來解釋本發(fā)明的一般原理。圖1描繪了在內(nèi)燃機(jī)(未進(jìn)一步詳細(xì)示出)的汽缸或汽缸管線4中可移動(dòng)地布置的活塞2。汽缸4由汽缸蓋6覆蓋?；钊?、汽缸4和汽缸蓋6一起限定內(nèi)燃機(jī)的主燃燒室8。

活塞2在汽缸4中被往復(fù)地布置，以在內(nèi)燃機(jī)的操作過程中在上止點(diǎn)與下止點(diǎn)之間移動(dòng)。為了本發(fā)明的目的，內(nèi)燃機(jī)被視作為至少部分地以氣體燃料操作的四沖程內(nèi)燃機(jī)，例如燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，內(nèi)燃機(jī)可以為任何類型的將至少部分地以氣體燃料操作的發(fā)動(dòng)機(jī)(渦輪、燃?xì)?、柴油、天然氣、丙烷、兩沖程等)。此外，內(nèi)燃機(jī)可以為任何尺寸，具有任何數(shù)目的汽缸，以及進(jìn)行任何配置(V型、線性、輻射式等)。再者，可使用內(nèi)燃機(jī)來給任何機(jī)器或其它裝置提供動(dòng)力，包括機(jī)車應(yīng)用、公路上的卡車或車輛、非公路用卡車或機(jī)器、運(yùn)土設(shè)備、發(fā)電機(jī)、航空航天應(yīng)用、船舶應(yīng)用、或其它發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的應(yīng)用。

汽缸蓋6包括至少一個(gè)入口閥10，例如提升閥。入口閥10容納在在汽缸蓋6的活塞側(cè)面14中打開的入口通道12中，用于將氣體燃料和空氣的稀薄混合物供應(yīng)至主燃燒室8中。類似地，至少一個(gè)出口閥16，例如也為提升閥，被容納在汽缸蓋6的出口通道18中，以將廢氣引導(dǎo)出主燃燒室8。

根據(jù)在圖1中示出的實(shí)施例，汽缸蓋6還可包括預(yù)燃室組件20，該預(yù)燃室組件20包括如在以后更詳細(xì)描述的預(yù)燃室主體22。多個(gè)流動(dòng)傳輸通道26將預(yù)燃室組件20內(nèi)的預(yù)燃室36(在圖1中不可見)與汽缸4的主燃燒室8流體地連接。然而，示意性示出的點(diǎn)火系統(tǒng)還可被應(yīng)用于至少部分地以氣體燃料(例如，例如天然氣)操作的內(nèi)燃機(jī)，且該內(nèi)燃機(jī)并不采用用于促進(jìn)主燃燒室8內(nèi)的燃燒過程的預(yù)燃室組件20。

如在圖1中所示，預(yù)燃室組件20經(jīng)由安裝主體24被安裝在汽缸蓋6中?？蛇x地，預(yù)燃室組件20可以任何其它方式被安裝在汽缸蓋6中。

參考圖2，以示意性剖視圖示出了與預(yù)燃室組件20連接使用的點(diǎn)火系統(tǒng)31的示意性實(shí)施例。

預(yù)燃室組件20包括預(yù)燃室主體22，該預(yù)燃室主體由第一或下主體部分(預(yù)燃室頂部)28和第二或上主體部分(預(yù)燃室支撐部)30形成。此外，預(yù)燃室組件20包括用于可移除地容納點(diǎn)火系統(tǒng)31的點(diǎn)火裝置34的點(diǎn)火裝置安裝部32。

預(yù)燃室主體22包括并限定了預(yù)燃室36和流動(dòng)傳輸通道26。預(yù)燃室36為漏斗形，且在至主燃燒室8的方向上漸縮?？蛇x地，預(yù)燃室36可具有任何其它形狀，例如圓柱形形狀、角錐形形狀、圓錐形形狀以及它們的組合。例如，預(yù)燃室36可具有一體積，該體積為汽缸4(參見圖1)的壓縮體積的從約0.1％至約20％的范圍。

為了將預(yù)燃室36流體地連接至主燃燒室8(參見圖1)，提供了流動(dòng)傳輸通道26。該流動(dòng)傳輸通道26沿著各自流動(dòng)通道軸線延伸通過預(yù)燃室主體22的尖端40。進(jìn)一步，該流動(dòng)傳輸通道26可包括臺(tái)階狀形狀且在它們各自的入口和出口處可具有圓角和/或倒角。

尖端40可以為圓形形狀、或可以為平的或以其它方式彎曲的。在一些實(shí)施例中，尖端40可達(dá)到主燃燒室8中，或可以至少部分地布置在于汽缸蓋6的面14中提供的腔體內(nèi)(參見圖1)。

點(diǎn)火系統(tǒng)31可包括點(diǎn)火裝置34，例如，火花塞、激光或等離子點(diǎn)火器、點(diǎn)火燃料噴射器、或電熱塞，該點(diǎn)火裝置至少部分地安裝在預(yù)燃室組件20中且被安裝至點(diǎn)火裝置安裝部32。具體地，點(diǎn)火裝置34被可操作地連接至預(yù)燃室36。

如在此使用的可操作地連接意味著點(diǎn)火裝置34根據(jù)它的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)被配置和布置成用于點(diǎn)燃預(yù)燃室36中的可燃混合物。例如，在點(diǎn)火裝置34為火花塞的情況下，該點(diǎn)火裝置可延伸進(jìn)預(yù)燃室36中。具體地，火花塞的電極可到達(dá)預(yù)燃室36中，以使得在那些電極之間的火花點(diǎn)燃預(yù)燃室36中的混合物。預(yù)燃室36還可被設(shè)計(jì)成包括電極。預(yù)燃室的外主體可以為點(diǎn)火裝置的接地電極，且中心電極還可為腔室(預(yù)燃室)的一部分。作為另一實(shí)例，在點(diǎn)火裝置34為激光點(diǎn)火器的情況下，該點(diǎn)火裝置經(jīng)由窗戶可與預(yù)燃室36相隔開，該窗戶被配置成用于將激光束從所述激光點(diǎn)火器傳輸至預(yù)燃室36中。

如在圖2中所示，點(diǎn)火裝置34具有點(diǎn)火部分37，在該點(diǎn)火部分處啟動(dòng)點(diǎn)火事件；且該點(diǎn)火裝置包括點(diǎn)火區(qū)域38，該點(diǎn)火區(qū)域包括并基本圍繞點(diǎn)火部分37。例如，在火花塞被配置成用于在火花間隙39處生成火花的情況下，點(diǎn)火區(qū)域38可以從約0.1mm至約15mm的范圍的距離圍繞火花間隙39。即點(diǎn)火區(qū)域38為包括緊密圍繞點(diǎn)火部分37的部分，在這里點(diǎn)火被啟動(dòng)。

在圖3中示出的實(shí)例中，點(diǎn)火區(qū)域38為預(yù)燃室36的一部分。然而，在一些并未提供預(yù)燃室的實(shí)施例中，例如，點(diǎn)火區(qū)域38可以為主燃燒室8的一部分。

點(diǎn)火系統(tǒng)31還包括朝向點(diǎn)火區(qū)域38中打開的燃料供應(yīng)通道46，用于供應(yīng)加壓燃料，例如加壓燃料，至點(diǎn)火區(qū)域38，用于將該點(diǎn)火區(qū)域富集燃料。在圖2中示出的實(shí)施例中，燃料供應(yīng)通道46完全地延伸通過預(yù)燃室主體22，特別地通過上預(yù)燃室部分30，從入口端口48至朝向點(diǎn)火區(qū)域38打開的出口50。然而，在一些并未提供預(yù)燃室的實(shí)施例中，燃料供應(yīng)通道46可完全地延伸通過汽缸蓋6，還從入口端口(類似于入口端口48)至朝向點(diǎn)火區(qū)域38打開的出口(類似于出口50)。

例如，燃料供應(yīng)管線(在圖2中未示出)可被連接至入口端口48。附加地，至少一個(gè)控制閥(在圖2中未示出)可被安裝在燃料供應(yīng)通道46的上游或流體地連接該燃料供應(yīng)通道的上游，以控制經(jīng)由燃料供應(yīng)通道46供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域38的加壓燃料的量。此外，至少一個(gè)止回閥(在圖2中未示出)，例如，例如電磁閥，可被安裝在燃料供應(yīng)通道46的上游處或流體地連接該燃料供應(yīng)通道的上游，以選擇性地允許或不允許燃料通過燃料供應(yīng)通道46從燃料供應(yīng)流至點(diǎn)火區(qū)域38中。

該燃料供應(yīng)通道46可具有例如從約0.1mm至約10mm的范圍的直徑。由于燃料供應(yīng)通道46的小直徑，任何在點(diǎn)火裝置34的點(diǎn)火事件的過程中生成的火焰可僅僅部分地穿進(jìn)燃料供應(yīng)通道46中，且可能在穿進(jìn)燃料供應(yīng)通道46太深之前而熄滅。這可保護(hù)上游布置的控制閥和/或止回閥，使它們免遭受火焰和高溫，且因此可確保相應(yīng)的控制閥和止回閥的適當(dāng)操作。

在一些實(shí)施例中，例如，如在此參考在圖2中示出的示意性實(shí)施例所描述，點(diǎn)火裝置34和燃料供應(yīng)通道46可被分開地提供?？蛇x地，如參考在圖3中示出的示意性實(shí)施例所描述，點(diǎn)火裝置34和燃料供應(yīng)通道46可作為集成單元被提供。

在圖3中示出的點(diǎn)火系統(tǒng)131與在圖2中示出的燃料點(diǎn)火系統(tǒng)31基本相同，但不同之處在于燃料供應(yīng)通道的布置。因此，在圖2和3中相同的元件提供有相同的附圖標(biāo)記。

如在圖3中所示，點(diǎn)火系統(tǒng)131包括在點(diǎn)火裝置安裝部32中容納的點(diǎn)火裝置134。點(diǎn)火裝置134包括點(diǎn)火部分37和燃料供應(yīng)通道146。該燃料供應(yīng)通道146經(jīng)由出口150朝向點(diǎn)火區(qū)域38打開。如以上所描述，燃料供應(yīng)管線(在圖3中未示出)可被連接至燃料供應(yīng)通道146。附加地，至少一個(gè)控制閥(在圖2中未示出)可被安裝在燃料供應(yīng)通道146的上游或流體地連接該燃料供應(yīng)通道的上游，以控制經(jīng)由燃料供應(yīng)通道146供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域38的加壓燃料的量。此外，至少一個(gè)止回閥(在圖3中未示出)可被安裝在燃料供應(yīng)通道146的上游處或流體地連接該燃料供應(yīng)通道的上游，以選擇性地允許或不允許燃料通過燃料供應(yīng)通道146從燃料供應(yīng)流至點(diǎn)火區(qū)域38中。

工業(yè)實(shí)用性

如通常在此公開的點(diǎn)火系統(tǒng)可應(yīng)用在氣體燃料內(nèi)燃機(jī)中。特別地，點(diǎn)火系統(tǒng)可應(yīng)用在一氣體燃料和空氣的稀薄混合物操作的氣體燃料內(nèi)燃機(jī)中，用于降低氮氧化物的生成和排放和/或改進(jìn)點(diǎn)火可靠性。然而，以上所述的富集點(diǎn)火區(qū)域的概念還可應(yīng)用于至少部分地以氣體燃料操作的且并未采用預(yù)燃室組件的內(nèi)燃機(jī)中。在這種實(shí)施例中，附加的加壓燃料可被供應(yīng)至穿進(jìn)主燃燒室的點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火區(qū)域。

在以下中，參考圖1至3來示意性地描述包括預(yù)燃室組件20的氣體燃料內(nèi)燃機(jī)的操作，以解釋如在此公開的點(diǎn)火系統(tǒng)31的功能。

在進(jìn)氣沖程的過程中，經(jīng)由入口閥10供應(yīng)稀薄空氣/燃料混合物至主燃燒室8。在關(guān)閉入口閥10之后，可開啟壓縮沖程，其中，活塞2從下止點(diǎn)朝向上止點(diǎn)移動(dòng)。在活塞2的移動(dòng)過程中，稀薄空氣/燃料混合物經(jīng)由多個(gè)流動(dòng)傳輸通道26可被至少部分地推進(jìn)預(yù)燃室36，且可被持續(xù)地壓縮至最大運(yùn)轉(zhuǎn)壓縮壓力。在無點(diǎn)火事件的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)過程中，最大運(yùn)轉(zhuǎn)壓縮壓力為主燃燒室8內(nèi)空氣/燃料混合物在壓縮沖程結(jié)束時(shí)的壓力。例如，最大運(yùn)轉(zhuǎn)壓縮壓力可為從約50巴至約170巴的范圍。

稀薄空氣/燃料混合物可被提供至主燃燒室8，且空燃比例如可從為從約1.5至約3.0的范圍。在壓縮沖程的結(jié)束處，主燃燒室8和預(yù)燃室36內(nèi)的空氣/燃料混合物可具有以上所述的壓縮壓力。

在通過點(diǎn)火裝置34啟動(dòng)點(diǎn)火區(qū)域38中的點(diǎn)火事件之前，預(yù)設(shè)定量的加壓燃料可被供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域38。然后，加壓燃料可至少部分地與在點(diǎn)火區(qū)域38中已經(jīng)存在的稀薄空氣/燃料混合物混合，這導(dǎo)致富集的點(diǎn)火區(qū)域38。例如，在活塞2的上止點(diǎn)之前，例如，在約20°與約0°之間的曲柄角度的時(shí)間內(nèi)，以及特別地在約5°與約15°之間的曲柄角度的時(shí)間內(nèi)，可啟動(dòng)點(diǎn)火事件。因此，在啟動(dòng)點(diǎn)火事件之前不久，加壓燃料可被供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域38。例如，在啟動(dòng)點(diǎn)火事件之前，在約30°與約0°之間、特別地在約10°與約2°之間的曲柄角度的時(shí)間內(nèi)，可供應(yīng)加壓燃料至點(diǎn)火區(qū)域。

由于在壓縮沖程結(jié)束時(shí)的空氣/燃料混合物的壓縮壓力，供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域38的加壓燃料可具有大于主燃燒室8和預(yù)燃室36內(nèi)的稀薄空氣/燃料混合物的實(shí)際壓力的預(yù)設(shè)定壓力例如，預(yù)設(shè)定壓力可以為最大運(yùn)轉(zhuǎn)壓縮壓力的約60％至約150％。例如，預(yù)設(shè)定壓力可為從約50巴至約120巴(上至約190巴)的范圍，特別地從約70巴至約120巴。

在已經(jīng)將加壓燃料供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域38之后，點(diǎn)火區(qū)域38被富集有燃料，且因此，包括小于主燃燒室8和預(yù)燃室36內(nèi)的稀薄空氣/燃料混合物的空燃比的空燃比。因此，預(yù)燃室36包括燃燒混合物的分層充入，且在點(diǎn)火區(qū)域38中為富集的燃燒混合物，以及在預(yù)燃室36的剩余部分中為稀薄燃燒混合物。供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域38的加壓燃料的量被控制，以使得點(diǎn)火區(qū)域38中的空燃比為從與0.5至約1.0的范圍，優(yōu)選地在0.7與0.9之間。

然后，在供應(yīng)加壓燃料至點(diǎn)火區(qū)域38之后，點(diǎn)火裝置34啟動(dòng)點(diǎn)火事件，用于燃燒點(diǎn)火區(qū)域38內(nèi)的富集空氣/燃料混合物。然后，點(diǎn)火區(qū)域38的燃燒燃料還可點(diǎn)燃并燃燒預(yù)燃室36中的稀薄空氣/燃料混合物，這反過來還可前進(jìn)通過流動(dòng)傳輸通道26，用于點(diǎn)燃并燃燒主燃燒室8內(nèi)的稀薄/空氣燃料混合物。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上所描述的操作過程可類似地應(yīng)用于至少部分地以氣體燃料操作的、且并不包括預(yù)燃室組件的內(nèi)燃機(jī)。在這種實(shí)施例中，加壓燃料可被供應(yīng)至點(diǎn)火區(qū)域38，該點(diǎn)火區(qū)域直接地位于主燃燒室8中。

盡管在此已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但在不脫離以下權(quán)利要求的范圍的情況下可涵蓋各種改進(jìn)和修改。