CN100374700C - 供给气体燃料的压燃式发动机 - Google Patents

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Abstract

在引导点火的、供给气体燃料的压燃式发动机中，控制引燃燃料喷射和/或点火，从而保持Dp/Di＜1，这里，Dp是引导喷射过程的时间，而Di是点火延迟时间，该喷射延迟时间是从引燃燃料喷射开始(Tp)到引燃燃料自燃开始(Ti)所测得的。当混合时间Dm位于引燃燃料喷射结束和自燃开始之间时，Dp/Di小于1。这种混合时间能使所喷射出来的引燃燃料全部分布在整个燃烧室中，并且与燃烧室内的气态燃料/空气进行混合，及在着火之前进行汽化，从而提高了引燃燃料、气态燃料和空气的非均匀混合的预混合燃烧，并且大大地减少了NOx排放。

Description

供给气体燃料的压燃式发动机
本发明的背景技术
1.本发明的领域
本发明通常涉及一种至少部分由气态燃料如天然气提供动力的发动机(在下文中称为供给气体燃料的发动机)，更加具体地说，本发明涉及供给气体燃料的压燃式发动机，该发动机采用一些方法在它的压缩冲程期间把引燃燃料喷射到发动机的燃烧室中，从而通过压缩点火使气态燃料着火。本发明还涉及一种使供给气体燃料的压燃式发动机中的引燃燃料点火强度最大化的方法。
2.现有技术的讨论
近年来已经看到，提高了在压燃式发动机中使用气态燃料作为主要燃料源的需要。许多人认为气态燃料如丙烷或者天然气优于柴油燃料等，因为气态燃料通常不贵，并且当用于压燃式发动机中时，通过相同或者更好的燃料经济性提供了相同或者更多的功率，并且明显地降低了排放。这个最后优点使气态燃料特别有吸引力，因为近年制订和正在制订的世界范围的法律倾向于禁止使用柴油作为许多发动机中的主要燃料源。由于下面原因使气态燃料的吸引力进一步提高：现有的压燃式发动机设计容易适合于燃烧这些气态燃料。
气态燃料的一个缺点是，与传统用于压燃式发动机中的柴油、润滑油和其它液体燃料相比，它们具有明显较高的点火临界温度。气体和空气的混合物的压缩温度在标准的压燃发动机的工作期间不足以进行自燃。这个问题通过用火花塞等点燃气态燃料来克服。它还可以通过下面方法来克服：把一定量的引燃燃料、典型地是柴油喷射到具有均匀气态燃料/空气混合物的、发动机的每个燃烧室中。在喷射之后点燃引燃燃料，并且以足够能点燃气态燃料的高温进行燃烧。引导点火的、压燃的、供给气体燃料的发动机有时称为“双燃料”发动机，特别地，如果它们成形成单独运转在柴油上，或者运转在柴油和气态燃料的结合上。它们常常有时称为MircroPilot发动机(MircroPilot是Clean Air Partner，Inc.of San Diego，Ca的注册商标)，特别地，如果引燃燃料喷射器太小以致不能只以柴油模式使用发动机。典型的、真实的“双燃料”发动机使用了最大燃料率的6％-10％的引燃。在MircroPilot发动机中，引燃燃料的这种百分比可以减少到最大值的1％，或者甚至更小。本发明应用到这种真正的双燃料发动机、MircroPilot发动机和其它引导点火的、压燃的、供给气体燃料的发动机中。为了方便，简单地称为“双燃料发动机”。
相对于火花点火式发动机，双燃料发动机的缺点是潜在地增加了氮的氧化物量(NOx)，这种氮的氧化物是由引燃燃料的亚最大点火强度所导致的，结果小于引燃燃料和气体燃料的最佳燃烧。发明人推理出，小于最大点火强度是由于：不能使引燃燃料自燃定时到至少通常产生于气体/空气混合物中的引燃燃料的最佳穿透、分配和汽化之后。如果在引燃燃料喷射之后自燃(定义为引燃燃料燃烧的开始定时)产生得太快，那么引燃燃料将高度聚中在喷射器附近，因为它没有时间在整个燃烧室内进行扩散。其结果是，过浓的空气/燃料混合物在喷射器附近进行燃烧，而过稀的混合物远离喷射器进行燃烧。相反，如果在引燃燃料喷射之后自燃产生得太长，那么将产生过量的引燃燃料汽化，从而导致了失火。
而且，与扩散燃烧即产生于紧接在喷射到燃烧室中而在燃料与空气混合之前的燃烧相比，引燃燃料的预混合燃烧即产生于燃料与空气混合之后的燃烧提供了更大的点火强度。借助于延迟自燃而提高了引燃燃料的最大预混合燃烧，从而使引燃燃料有机会完全地与空气混合并且形成了均匀的气体/引燃燃料/空气混合物。但是，在柴油机技术中，延迟自燃定时常常被认为是不好的。事实上，通常几乎都同意，通过可能的最短点火延迟来实现传统压燃式柴油机中的最佳燃烧，并且通常优选的是，点火延迟时间应该总是短于喷射时间，从而避免了过度的压力升高速率、较高的最大压力和过度的NOx排放。(例如参见SAE，Paper No.870344，Factors That Affect BSFC and Emissionsfor Diesel Engines：Part II Experimental Confirmation of ConeeptsPresented in Part I，page 15)。但是，传统的双燃料发动机借助于点燃大部分进行了预混合的引燃而没有充分的混合时间从而使点火强度最大化。
因此，需要使双燃料的点火强度最大化。
本发明的概述
已经发现，当引燃喷射最佳化从而实现最强点火时，点火延迟和喷射时间之间的关系非常重要。当燃料和燃烧环境控制成使引燃燃料的喷射时间小于点火延迟时间(点火延迟时间定义为引燃燃料喷射开始和引燃燃料自燃开始之间的时间)，可以得到最好的性能。以另外一种方式表述，当比率Dp/Di＜1(这里，Dp是喷射时间，而Di是点火延迟时间)时，可以得到最好的性能。应该相信，引燃喷雾束在混合时间期间Dm全部进行了预混合，而这种混合时间Dm产生于引燃燃料喷射结束和自燃开始Ti之间。这种完全预混合导致了最大的点火强度，并且大大地减少了排放。因此，发明人惊讶地发现，改进的结果发生于直接远离提供点火延迟时间的传统知识，该点火延迟时间短于喷射时间。但是，在优选的实施例中，混合时间Dm最好也被控制成足够短从而避免失火。
借助于改变引燃燃料喷射定时、引燃燃料喷射时间或者自燃定时来改变比值Dp/Di。由于Dp/Di依赖于点火延迟，因此对于给定的Di而言，通过下面方法可以使比值Dp/Di最佳化：确定最佳Dm，并且与得到确定的最佳Dm所需要的那样调整发动机工作参数。这种控制最好根据全部时间、全速和负荷范围来执行。它可以是开环或者闭环。
也可以根据引燃点火所产生的最大功率来考虑点火强度最大化。如果喷射和自燃被控制成使引燃燃料的油滴的数目和分布最大化并使它们的尺寸大小最小化，那么可以得到大约100KW/升的点火功率，从而非常有效地点燃气态燃料。在这些情况下的点火可以被认为是模拟在整个气体/燃料混合物中所分布的数万个小火花塞同时通电。
附图的简短描述
本发明的优选示例性实施例图示在附图中，在这些附图中，相同的标号在所有附图中表示相同的零件，在这些附图中：
图1示意性地示出了内燃机的燃料供给系统，在该内燃机中可以执行本发明的点火强度最大化控制系统。
图2示意性地示出了图1的发动机的燃烧气流控制系统。
图3是图1和2的发动机的一部分的局部示意性剖视侧视图；
图4是可以用于图1-3的发动机上的引燃燃料喷射器组件的示意性局部剖视的侧视图，它示出了处于关闭位置上的喷射器；
图5与图4相对应，但示出处于打开位置上的喷射器；
图5a是图5的燃料喷射器组件的喷嘴的一部分的放大视图；
图6示意性示出了来自ECIS型的燃料喷射器的喷射雾束的分布；
图7是底部落座柱针式喷嘴和顶部落座柱针式喷嘴的排出通道的底部处的速度对针阀升程的图形；
图8示意性地示出了图1-3的发动机的电子控制器；
图9是示出了在一组特殊的发动机工作条件下点火延迟的变化对NOx排放的影响的图形；
图10是一组图线，它们示出了燃料穿透/分布百分比和喷雾束汽化百分比对各种空气温度(ACT)的混合时间；
图11是一组图线，它们示出了双燃料发动机的燃烧特性；
图12是一组图线，它们示出了在各种引燃燃料喷射定时时改变ACT对点火延迟的影响；
图13是一组图线，它们示出了在各种Dp/Di的比值下点火延迟对混合时间的影响；
图14是流程图，它示出了根据本发明使引燃燃料点火强度最大化的开环控制系统；
图15是流程图，它示出了根据本发明使引燃燃料点火强度最大化的闭环控制系统。
在详细解释本发明的实施例之前，应该知道，本发明不局限用到下面描述所提出的或者附图中所示出的这些零件的结构和布置的细节中。本发明可以是其它实施例，或者可以以各种各样的方式来实现或者执行。此外，应该知道，这里所采用的术语和措词是用来描述，而不能认为是限制的。
优选实施例的详细描述
1.概述
根据本发明，燃料预喷射和/或点火被控制在引导点火的、气体燃料的、压缩点火式发动机中，从而保持这样的关系：Dp/Di＜1，其中Dp是燃料预喷射过程的时间，而Di是点火延迟时间，这些都是从燃料预喷射(Tp)开始到引燃燃料自燃(Ti)所测得的。尽管这种控制与传统的知识相反，但是发明人已经发现，借助于在点火之前使喷射出来的燃料完全散布在燃烧室内并且在燃烧室内与气体燃料/进气进行混合，保持点火延迟时间(该点火延迟时间长于喷射时间)所导致的混合时间(Dm)使点火强度最大化。这又提高了引燃燃料、气态燃料和空气的接近均匀混合物的预混合燃烧，并且大大减少了NOx的排放。
实际上，根据一个接一个的循环、全速和负荷范围，使比值Dp/Di(或者它的特性如Di或者Dm)最好保持在预定范围内，从而在所有的发动机工作条件下使点火强度最大。最好借助于调整Dp、Di或者这两者的结合来使Dp/Di最佳化。这种控制可以是开环(使用查寻表等)，或者是闭环(使用依赖于点火强度的参数来进行反馈)。引导点火强度的最后最大化可以产生大约200KW/升的发动机排量的引导点火的瞬时功率。
2.系统概述
a.基本发动机设计
现在转向附图，首先特别是转到图1-3中，示出了发动机10，本发明可以在该发动机10中来实现。发动机10是双燃料发动机，该发动机具有若干个缸12，每个缸用缸盖14(图3)盖住。还如图3所示一样，活塞16可滑动地设置在每个汽缸12的孔内，从而在缸盖14和活塞16之间限制出燃烧室18。活塞16还以传统的方式连接到曲轴20上。传统的进气阀和排气阀22和24设置在缸盖14的相应通道26和28的端部上，并且借助于标准的凸轮轴30来致动，从而控制空气/燃料混合气供给到燃烧室18中并且控制来自燃烧室18的燃烧产物的排出。气体通过进气管34和排气管35各自供给到发动机10和从发动机10中排出。但是，与传统的火花点火式气体燃料发动机不同，没有节流阀(该节流阀在正常情况下存在于进气管34内)或者至少不能工作，因此产生了“无节流”式发动机。出于下面详细描述的原因，还提供了进气控制系统。
B.空气和燃料输送系统
气态燃料(如压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)或者丙烷)通过一个测量阀来供给，而该测量阀通到位于歧管34的入口处的混合主体中，或者气态燃料通过相同设置的机械控制阀来供给。但是，在图示的实施例中，为每个汽缸12提供了独立的喷射器40。每个喷射器40接受来自共用箱39和歧管36中的天然气、丙烷或者其它气态燃料，并且通过管路41把燃料直接喷射到相关汽缸12的入口26中。
发动机10通过许多电控的液体燃料喷射器组件32而供给有引燃燃料。每个引燃燃料喷射器组件32包括电控喷射器和相关的设备。合适的喷射器的例子可以是(1)压力增强储压器型液压电子元件喷射器，这种喷射器公开在美国再公告专利No.33270和美国专利No.5392745；及(2)压力增强非储压器型液压电子燃料喷射器，这种喷射器公开在5191867中，这些专利文件的公开内容在这里全部引入以作参考，或者合适的喷射器的例子可以是高压共轨系统。优选的喷射器组件是下面要描述的、所谓的OSKA-ECIS喷射器组件。
参照图1和3，喷射器组件32通过供给管路或者共轨44从传统的箱子42中供给有燃料。设置在管路44中的是过滤器46、泵48、高压溢流阀50和压力调节器52。返回管路54也从喷射器32连通到箱子42中。燃料可以是适合用于压燃式发动机的任何燃料。柴油是最常用于公知型双燃料发动机中的引燃燃料。但是，可以使用发动机润滑油。发动机润滑油在Micro Pilot应用中特别有吸收力，因为这些应用需要如此小量的引燃燃料(典型地，平均包括不超过供给到燃烧室中的总燃料的大约1％)，以致可以连续地补充润滑油，从而保持油新鲜并且不需要更换机油。
气态燃料通过一个测量阀来供给，而该测量阀装料到位于歧管34的入口处的一个节流体中，或者通过类似设置的机械控制阀来供给气态燃料。但是，在图示的实施例中，为每个汽缸12提供了独立的喷射器40。每个喷射器40接受来自共用箱39和歧管36中的天然气、丙烷或者其它气态燃料，并且通过管路41把燃料直接喷射到相关汽缸12的入口26中。
参照图2，进气控制系统包括：(1)废气再循环(EGR)子系统，它允许再循环过的废气(REG)从排气管35流到进气管34中，和/或进行过滤，从而除去炭烟；和/或(2)废气涡轮增压子系统，它使加入到进气管34中的非GER的空气增压。EGR子系统改变EGR和空气流量，该子系统可以用来提高着火迟延期、稀释进料、减少最大燃烧温度并且防止形成NOx排放。它包括：(1)EGR冷却器59和EGR测量阀60，它们设置在返回管路58中，该返回管路58从排气管35通到进气管34中。管路58可以连通到排气管路中，该排气管路在它的入口端装有废气阀74(下面详细描述)，该管路58在它的出口端借助于混合文氏管61而最好注入到进气管路中。EGR过滤器63也设置在EGR冷却器的上游处的管路58中，从而减少了柴油机的炭烟。第二管路62从涡轮旁通阀76连通到进气系统并且返回到进气系统中。此外，排气背压(EBP)阀68具有可调整的流量限定测量喷孔，该阀68可以设置在废气流中，从而控制废气绝对压力(EGAP)，因此改变了GER流量。如果有阀68，那么阀68可以通过控制器56(参见图8)来致动，从而在没有控制阀60的情况下调整EGR在加入到进气口66中的总充气中的百分比。
如图2所示一样，进气控制系统的涡轮增压子系统包括涡轮增压器70和后置冷却器72，该后置冷却器72设置在位于阀60和进气口66的上游处的管路62中。借助于废气阀74和涡轮旁通阀76以传统方式来控制涡轮增压器70的工作，而废气阀74和涡轮旁通阀76可以电连接到控制器56上(下面详细描述)。也可以采用其它进气量改进装置如增压器、涡轮-空气旁通阀或者EGR改进装置如膨胀涡轮或者后置冷却器。在待审和公知的授权美国专利申请系列No.08/991413(413专利申请)中(413专利申请的名称为压燃式发动机的最佳λ控制，该413专利申请由Beck等提交)提供了这些方式的例子，在这些例子中，这些装置可以进行工作，从而调整发动机工作参数如空气温度(ACT)、过量空气比(λ)和歧管绝对压力。413专利申请的公开内容以背景技术信息的方式引入以作参考。
c.OSKA-ECIS燃料喷射器组件
用于本发明的优选的、图示的实施例中的OSKA-ECIS燃料喷射器组件32包括：(1)高排出系数的喷射器300；(2)所谓的OSKA破坏物体302；和(3)ω形燃烧室304，它设置在活塞16的上部表面360的腔中。喷射器300以快速落下的速率排出高速流，从而提供膨胀云状喷雾束(Expanding Cloud Injection Spray)(ECIS)。所喷射出来的燃料流撞击物体302，这使燃料滴破裂成更小的燃料滴，并且使燃料作为分散的、汽化的喷雾束折回到燃烧室304中。然后，使喷雾束以较大的涡流方式在整个燃烧室304中涡旋，从而使穿透、分配、汽化的速率最大化，并且与室18内的空气/燃料混合物进行混合。
喷射器300最好是储压器型喷射器如美国再公告专利No.33270和美国专利No.5392745所描述的那种，这两个专利的内容在这里引入以作参考。在储压器型燃料喷射器中，喷射压力作为平方函数而从初始最大值下降，并且喷射速度作为压力的平方根函数而下降。因此，在喷射过程中，速度基本上以直线函数而下降。以另一种方式来说明，由于所有的或者接近所有的引燃燃料以均匀的下降速率进行喷射，因此从喷嘴中喷射出来的油滴的每个连续部分移动得比它之前的部分要慢，因而这些油滴没有机会聚集起来。这种效果图示在图6的示意图中，图6示出了由快速落下的喷射速度或者-dUj/dt所产生的分离。
还如745专利所讨论的一样，通过下面方法可以提高ECIS效果：在喷射器中使用喷嘴，与传统的阀-罩-喷孔(VCO)喷嘴相比，该喷嘴具有相对较高的排出系数。中空喷嘴具有一个相对较大的排出喷孔，该喷孔直接朝向物体302，这样的中空喷嘴就足够了。但是，优选的喷嘴310是所谓的底座柱针式喷嘴，例如这种喷嘴描述在美国专利No.5853124中，该专利的内容在这里引入以作参考。在那种喷嘴中，负干涉角形成于针的锥形端部和配合的锥形阀座之间，因此针阀座设置在阀座的底部上而不是设置在阀座的顶部上。即使在很小的针阀升程中，但是所得到的喷嘴在针阀座的下游处没有任何速率降，因此实质上，用来使燃料增压的所有能量被转换成动能了。因此明显提高了处于较小针升程中的喷雾束分散和穿透能力。
参照图3-5a，柱针式喷嘴310包括喷嘴体312，在该喷嘴体312内安装着针阀组件，该针阀组件包括针阀314和阀座316。针阀314可滑动地安装在孔318内，该孔318从阀座316沿轴向向上延伸到喷嘴体312中。压力室319形成在针阀314的下部周围，并且借助于燃料进入通道(未示出)和进入管路44而连接到燃料源42中。针阀314的下端形成了顶部328。针阀314的上端连接到针杆(未示出)上，该针杆本身由衬套或者其它针阀导向装置(也未示出)来导向，从而与孔318进行共心运动。借助于回位弹簧(也未示出)作用在针阀导向装置的上表面上，使针阀314向下偏压到阀座316上。相对较短的圆柱形通道324形成于阀座316下方的喷嘴体312中，并且出于下面要详细描述的目的而使之通到喷嘴体312的底表面326上。
参照图5a，阀座316典型地直接机加工成喷嘴体312并且形成了孔318的底端部，该阀座316终止于阀座喷孔330中。针阀顶部328成形成可选择地：(1)座落在阀座316上，从而防止喷射；及(2)从阀座316中升起，从而进行喷射。当针阀顶部328处于图5和5a的升高位置上时，排出通道332形成于阀座316和针阀顶部328之间，从而通过排出通道332从压力室319中使燃料进行流动并且通过阀座喷孔330流出喷射阀组件32。阀座316和密封阀座316的至少一部分针阀顶部328通常是锥形或者截锥形(这里所使用的术语锥形包括呈直角锥形的结构和截面积从上部到下部进行减少的其它结构)。
针阀顶部328包括与阀座316接合的截锥形部分334并且终止于底表面336。截锥形部分334长于阀座316，但是却相当短，或者只要它相对于要“底部落座”的阀座16而成形，甚至也可以采用其它形状，“底部落座”如下面要定义的那个术语一样。即使在喷射器300处于图4的关闭位置上时，针阀顶部328的底表面336也保持凹入到缸盖14中，从而保护针阀顶部328以免受到燃烧室18内的热气体的影响。为了形成聚中的“激光”流，而该激光流成形成以最大力撞击在物体302上，因此当针阀顶部328处于它的关闭位置或者落座位置上时，喷嘴300终止于所谓的0角度针阀轴针，从而减少了在锥形阀座316下方进行延伸的任何结构。已经发现，在0针阀轴针中，来自0角度针阀轴的柱针式喷嘴的喷雾束呈铅笔式薄喷射(pencil-thin jet)的形式。
在优选的图示实施例中，柱针式喷嘴300是所谓的无节流柱针式喷嘴，在该喷嘴中，形成于柱针336和圆柱形通道324的边缘表面之间的间隙面积总是大于阀座喷孔330的有效面积，因此最小的流量限制发生在阀座326的下游处。这种结构确保了燃料以最大速度从喷嘴300排出-在较小的针阀升程和较小的燃料喷射量时考虑它非常重要。
阀座锥形所包括的角度a和针阀顶部锥形所包括的角度β常常是不同的，因此在它们之间形成了所包括的干涉角，从而确保落座在截然不同的针阀座上，该针阀座只是局部地沿着阀座316的长度进行延伸，并且理论上讲包括线接触。干涉角设置成负的，因此针阀顶部328的锥形部分334落座在针阀座342上，而该座342设置在阀座316的底端上，而该底端位于这样的位置上，该位置处于阀座孔330上或者接近邻近阀座孔330，因此形成了底部落座的柱针式喷嘴。其结果是，通道332的横截面积从阀座孔330到它的上端连续增大。干涉角应该设置成足够大，以致可以实现落座在阀座316的底部处的理想位置上，但是一定设置成足够小，从而充分地分配针阀关闭时所产生的撞击力，从而在针阀顶部328和阀座316上避免过度的撞击应力。优选地，干涉角的范围应该为0.5°到2°之间，并且它最好应该设置为大约1 °。
在工作时，喷嘴310的喷嘴针阀314在正常情况下借助于回位弹簧(未示出)而被迫处于关闭或者落座位置上，如图4所看到的一样。当希望起动喷射过程时，使燃料从燃料进入通道320加入到压力室319中。当压力室319中的增压燃料作用在针阀314上的升力克服弹簧所施加的关闭力并且减少储压器式喷射器的控制腔内的流体压力时，喷嘴针阀314升高，从而允许燃料流过排出通道332、通过针阀座342、流出阀座孔330，然后流出喷嘴310。当压力室319内的燃料压力充分减少从而导致所得到的升力降低到小于回位弹簧施加在针阀314上的关闭力时，喷嘴针阀314关闭，从而终止喷射过程。
传统的顶部落座针栓(TSP)的排出通道的顶部上的流动面积小于0.0到0.035mm的针阀升程值的阀座喷孔处的面积。另一方面，底部落座针栓(BSP)300的排出通道的流动面积，在阀座喷孔330处小于在所有针阀升程值时的排出通道332的顶部。因此，连续或者流动的规则规定，BSP的阀座喷孔330处的流动速度小于排出通道的上端处的流动速度一个量，该量与阀座喷孔330处的流动面积和排出通道332的上端处的面积之间的差值成比例。例如，在0.005mm的针阀升程中，在TSP喷嘴的排出通道的顶部处的流动面积是0.0125mm2，而在通道的底部上的面积是0.025mm2，或者比值为0.5∶1.0。这种差别在第一次眼中好象是微不足道的。但是，考虑到，在相同的针阀升程和流动速率时，喷嘴300的流动面积在排出通道332的顶部处是0.045mm2，而在底部处即在阀座喷孔330处是0.0125mm2。在相同针阀升程时，在底部落座的柱针式喷嘴的出口或者阀座喷孔处的喷雾束速度由于BSP300的排出通道332的汇合流动面积而将是顶部落座的柱针式喷嘴的喷雾束速度的两倍。由于喷雾束的动能与速度的平方成比例，因此在相同的针阀升程和容积流率时，BSP300的喷雾束能量将是类似的顶部落座的针栓的四倍。这又允许快速混合和汽化所喷射出来的燃料。
借助于图7的曲线370和372来评价这种效果的重要性，这些曲线作图表示了BSP和TSP的排出通道的底部处的流体速度。这些曲线特别合适，这些曲线示出了：在小于大约0.03mm的针阀升程时，BSP的排出通道的底部处的速度基本上大于TSP的排出通道的底部处的速度。在0.01mm的升程处，BSP的喷雾束的速度与TSP的喷雾束的速度之比是175m/s比121m/s，或者能量比是2∶1。
底部落座(bottom seated)的柱针式喷嘴300所提供的提高速度产生了这样的阀座喷孔处的喷雾束速度，该速度是工作在相同针阀升程和喷射压力下时其它类似结构的顶部落座(top seated)的柱针式喷嘴的速度的两倍。提高的速度在OSKA-ECIS燃料喷射器和撞击物体组件中提供了两个方面的优点。首先，它在每单位时间内可以喷射大量的燃料，因此可以使用更短的Dp来喷射给定量的引燃燃料，因此有利于使Dp/Di大约为0.2或者更小。第二，高速喷射撞击物体302使喷射雾束能量最大化，并且还提高了由OSKA物体302所提供的增强混合效果，因此进一步减少了Dm。
再参照图4和5，OSKA物体302通常是由美国专利No.5357924所公开的那种，该专利的内容在这里引入以作参考。物体302安装在平台350上，平台350从腔304的中心向上延伸。物体302最好包括平头插入物，该插入物拧到平台350的顶部上的孔352中或者插入到孔352中。与铸造金属活塞16的剩余部分相比，该插入物较硬，从而减轻了磨损。物体302的上表面354包括所喷射出来的燃料的进入流的、基本上是平的撞击平面。环形区域356包围着物体302并且沿着径向形成于平台350的边缘和物体302之中，该环形区域356用作过渡区域，该过渡区域促使折回燃料流以这样的方式进入ω形燃烧室304中，以致可以增强由燃烧室304的ω形所提供的涡流运动。
燃烧室304不是真正的ω形，因为借助于截去活塞16的上表面360的头部而使ω形的顶部减小了。切断(1)提供了压燃式发动机所需要的余隙容积和压缩比；(2)截去了ω形的上表面的内边缘362的头部，从而防止形成刃状物，因此使活塞的结构更加坚固。截断程度设置成在活塞的TDC位置上使活塞16的上表面360接近接触缸盖14的最下部表面364，因此提高了所谓的“挤压混合”的效果，该效果产生于空气/燃料混合物聚集在非常小的间隙中，而间隙位于活塞16的最上表面360和缸盖14的最下表面364之间。
燃烧室304的横截面设置成提供所需要的容积，从而提供发动机的额定压缩比。在具有16∶1的压缩比的发动机中，环形横截面具有大约为0.25XDBORE的直径DTOROID，这里DBORE是孔的直径，在该孔内放置着活塞。因此，在140mm的直径孔的情况下，每个环形具有35mm的直径。燃烧室304的各个环形具有55mm的中心-对-中心空间。相反地，DTOROID等于大约0.20DBORE，从而得到20∶1的压缩比，并且DTOROID等于大约0.30DBORE，从而得到12∶1的压缩比。
选择喷嘴300、物体302和燃烧室304的总体尺寸大小和结构，从而在使理想的ECIS效果最大化的同时，实现理想的Dp/Di减少量和Dm的减少量效果。当燃料以下面这样的速度进行喷射时：该速度大小从大约200到250m/s(最好是230m/s)的初始最大速度下降到大约130m/s到220m/s(最好为160m/s)的最后速度，最好实现ECIS效果。这些效果通过下面方法可以实现：在5到10MPa的汽缸压力下得到20到30MPa的喷射压力。
在心中有这些约束条件，可以发现，对于140mm的活塞直径和2mm3的引燃燃料量QPILOT而言，最佳的喷射器和喷雾束尺寸大小接近如下：
表1：优选的OSKA-ECIS喷射器特性
  系统特性   优选范围   特别优选值
  喷射器座的直径   0.35mm to 0.70mm   0.5mm
  针阀升程   0.05mm to 0.15mm   0.1mm
  喷射束直径   0.30mm to 0.35mm   0.32mm
由于OSKA物体302使喷雾油滴破裂成这样的尺寸，该尺寸大小大约是进入的喷雾束的直径的5％到10％，由于油滴在ECIS型喷射过程中移动大约500到1000油滴直径的距离，因此最后得到的OSKA-ECIS喷射器组件32将使油滴分布在25到100倍的初始喷雾束直径的空间内，或者分布在作为第一近似值的8到32mm的空间中。最后所得到的布置允许燃料穿透率、分配率和汽化率在最小的Dm期间最大化，因此大大有利于Dp/Di和Dm最小化，并且有利于这些特性的主动控制，从而使点火强度最佳。
d.电子控制系统
参照图8，控制器或者电子控制元件(ECU)56包括任何电子装置，该电子装置可以监视发动机工作，并且控制供给到发动机10的燃料和空气。在图示的实施例中，ECU56包括可编程数字微处理器。控制器或者ECU56接受来自各种传感器的信号，该各种传感器各自包括控制器位置或者其它动力命令传感器80、燃料压力传感器81、发动机速度(RPM)传感器82、曲轴角度传感器84、进气管绝对压力(MAP)传感器86、进气管空气充气温度(ACT)传感器88、发动机冷却剂温度传感器90、测量排气背压(EBP)的传感器92和监视废气阀74的工作的传感器94。控制器56还确定EGAP直接来自EGAP传感器98或者非直接来自EBP传感器92(如果使用EBP阀68)。用来控制燃料喷射的其它传感器以100图示在图8中。其它值如指示平均有效压力(EMEP)和所喷射出来的气体质量及大小(各自为QGAS和VGAS)借助于控制器56使用来自一个或者多个传感器80-100的数据和公知的数学关系来计算出来。还有其它值如进气管绝对压力(MAP)、指示平均有效压力(IMEP)、最大发动机速度(RPM)、容积效率燃料质量和各种系统常数最好储存在ROM或者控制器56的其它储存装置中。控制器利用这些信号并且发射输出信号，从而各自控制柴油轨压力调节器52、引燃燃料喷射器组件32和气体喷射器40。类似信号用来各自控制涡轮废气阀74、涡轮旁通阀76和测量喷孔或者EBP阀68。
3.点火强度最大化
a.通过Dp/Di控制来使点火强度最大化
i.基本理论
根据本发明的优选实施例，控制器56(1)接受来自各种传感器的信号，(2)根据这些信号执行计算，从而确定使点火强度最大化的喷射和/或燃烧特性；及(3)相应地调整所确定的特性。这种控制最好根据全部时间(即一个接一个的循环)、全速和负荷范围来执行。它可以是开环或者闭环。现在描述可能的控制图表，但是应该知道，其它控制图表也是可能的。
如上所述，点火强度最大化的关键是得到比值Dp/Di＜1。借助于改变引燃燃料喷射定时Tp、引燃燃料喷射时间Dp和/或自燃定时Ti来改变Dp/Di。借助于改变混合时期Dm(这里Dm＝Di-Dp)，所有这三种可以改变了Dp/Di.Dm是燃料的最后油滴从喷射器喷出到自燃开始之间的时间。因此，点火强度通过优化Dm可以达到最大。这个事实通过图9的曲线可以得到证实。那个图的曲线110表示在各种Tp和Dm值下、Caterpillar Model 3406发动机运转在1800RPM和全负荷情况下的NOx排放物对Dm。Dm可以通过改变点火定时Ti来进行调整。Dp保持不变，并且，由于Ti在6°c.a.和BTDC时接近不变，因此Di接近等于Tp-6°，并且Dm接近等于Tp-12°。
对于图9、曲线110的数据而言，Dp/Di的范围以下面进行运行：
Dp＝6°c.a.
Tp＝10-40°c.a.
Di＝4-34°
Dm＝0-28°
Dp/Pi＝1.5-0.17
Dp/Di opt＝6/22到6/36
＝0.27到0.17
用来形成图9的数据再现在下面的表2中：
表2：BSNOx和Dm之间的关系
  BSNOx<u>g/hD-h</u>   Dm，°c.a.，<u>High ACT</u>
  1.0   4
  4.0   13
  2.5   10
  6.0   16
  5.0   20
  4.0   23
  2.5   24
  1.5   26
  1.2   27-40
实际数据可以改变。曲线110′表示通过使用减少的ACT作为工具来调整Di和Dp/Di所期望的。就减少的ACT或者加入EGR等而言，Di增加，从而在增加Dm和移向最佳的Dm和Dp/Di时提供了直接效果。
上面只是示出这种趋势的典型例子。最佳的Dm不是不变的。它随着许多因素进行改变，这些因素包括发动机速度、发动机负荷和ACT。由于燃料汽化率随着温度而升高，因此最大的理想Dm随着VCT而反向改变。那种效果借助于图10来证明，该图10表示在上述发动机运转在1800RPM和全负荷的情况下(1)燃料穿透率和分配百分比，及(2)燃料汽化百分比。曲线120证明了，对于所有的ACT大小而言，在大约25°c.a.的Dm之后，燃料穿透和分配的百分比连续增加到实际的100％。曲线120′表明，平均穿透率随着MAP的减少而增大。燃料汽化百分比在平均比率(该比率随着ACT增加)下增加得更慢(比较小的ACT曲线122(即ACT-30℃)和中等的ACT曲线124(即ACT-50℃)及小的ACT曲线126(即ACT-70℃))。点火强度最大化产生于(1)穿透和汽化的百分比及燃料汽化的百分比超过至少大约50％、最好是75％，从而得到预混合的燃烧；及(2)对于超过大约10°c.a.(在那个点之后可以产生失火)而言，燃料喷雾束汽化的百分比不会保持在100％。使用这些参数，可以看到，对于小的ACT而言，最佳Dm范围从25到30°c.a.，对于中等ACT而言，最佳Dm范围从20到25°c.a.，对于大的ACT而言，最佳Dm范围从18到23°c.a.。用来产生图10的数据再现在表3中：
表3：Dm和汽化穿透及分配百分比之间的关系
  ％汽化百分比   Dm，°c.a.，大的ACT   Dm，°c.a.，中间ACT   Dm，°c.a.，小的ACT   穿透及分配百分比   Dm，°c.a.，正常图线   Dm，°c.a.，减少的MAP
  20   10   12   14   20   3   4
  40   17   19   21   40   8   10
  60   20   22   24   60   11   15
  80   22   24   26   80   16   20
  100   23   25   27   95   20   24
  100   24   28
点火强度最大化的效果可以用图11的曲线来表示。曲线130、132和134表示在Caterpillar Model 3406B发动机具有2.4升/汽缸的排量并且工作在1800RPM的速度和全负荷的情况下的瞬时热量释放(BTU/c.a.)、累积的热量释放(BTU)和汽缸压力对曲柄角位置。Tp、Dp和Ti各自设置在18°BTDC、6°c.a.和12°c.a.，从而保持6°c.a.的Dm和0.5的Dp/Di。由于点火强度最大化的作用，瞬时热量释放曲线130在引燃燃料燃烧期间非常陡(实际上接近垂直)，这产生于从大约7°到2°BTDC。热量以0.05BTU/°c.a.或者0.5BTU/毫秒的速率进行释放。通过大约220kW/升的最大点火强度，这种高热量释放导致非常快速地点燃主要气态燃料。(假设引燃燃料只产生了点燃能量的一半来计算出热量释放速率的估计值，这种百分比可以通过EGR和/或水喷射进入进气/燃料混合物等来进行调整)。如从曲线132所看到的一样，在整个燃烧过程中，累积热量释放非常快速地形成，从而影响接近均匀混合物的有效燃烧并且降低NOx排放物。
假设对于Tp和Dp不变的时间而言，Dm及相应的Di/Dp可以通过改变自燃定时Ti来进行改变。如图13的曲线180、182、184和186所示的一样，混合时间时的Di变量的作用将依赖于作为Di变量和/或Dp变量的结果而得到的Dp/Di。这些曲线证实了，Dm对Di变化的敏感度在小的Dp/Di比率比在大的Dp/Di比率时大得多(比较曲线180到曲线186)。这些曲线还证实了，较长的混合时间在小的Dp/Di比率时更加容易实现，从而有利于使Dp/Di比率保持小于0.5、最好保持小于0.2，从而在没有过度延迟Ti的情况下形成足够大的Dm。用来形成图13的数据再现在表4中：
表4：Tp和Di之间的关系
  点火延迟Dm，°c.a.，
  喷射开始   小ACT   中等ACT   大的ACT
  0   2   5   8
  10   3   7   11
  18   6   11   16
  28   16   21   26
  40   28   33   38
对于特殊的一系列发动机工作特性而言，Ti进行改变从而优化Dm的方式需要理解影响它的因素。
自燃定时主要依赖于下面因素：
发动机压缩比；
空气温度(ACT)；
压缩压力(MEP)；
压缩温度；
燃料的十六烷值；
气体燃料压缩指数，Cp/Cv；
空气/燃料比(λ)；
废气再循环(EGR)。
在这些因素当中，对于特殊发动机(这种发动机供给特殊燃料并且没有EGR或者水的再循环)而言，发动机压缩比、燃料十六烷值和Cp/Cv是不变的。此外，压缩温度直接依赖于ACT，并且压缩压力直接依赖于歧管的绝对压力MAP。λ依赖于(A)供给到燃烧室中的气态燃料的质量；(B)供给到燃料室中的空气的质量；(C)ACT；(D)MAP；及(E)跳火工作时的点火汽缸的比例FFC。
如上所述，Di和相应的Dm及Di/Dp也可以通过改变喷射定时Tp进行改变，喷射时间常常保持尽可能地短，因此很少故意改变喷射时间。但是，下面这些是理想的：调整引燃量、喷射压力等从而处理引燃喷雾束，从而有助于引燃点火过程的优化。Tp和Di之间的关系随着许多因素进行改变，特别是明显地随着ACT和/或EGR进行改变。这个事实由图12中的曲线142、144和146所知道，这些曲线各自示出了小的ACT、中等的ACT和大的ACT的Di比Tp。这些曲线示出了，如果一个人借助于得到如15°c.a.的Di而希望得到理想的Dm和Di/Dp，那么Tp在大约为30℃的小ACT时将大约是18°BTDC、在大约为50℃的中等ACT时将大约是24°BTDC、并且在大约为70℃的在ACT时将大约是30°BTDC。
总之，点火强度最大化通过使Dp/Di小于1、最好小于0.5并且常常处于0.1和0.2之间或者甚至更小来实现。Dp/Di通过调整Tp、Dp和/或Di来进行改变。主要注意的是，Dp/Di的任何控制不应该导致形成失火危险的Dm。Dp/Di的变量常常受到Dm的变量影响并且依赖于Dm的变量。因此引导点火强度最大化常常被认为是根据全部时间、全部范围来优化Dm。现在详细描述优化Dm的可能的控制图。
ii.开环控制
现在参照图14，在全部时间、全部范围内使点火强度最大化的一个可能的程序用150来示出。程序150最好通过图8的控制器56来执行，而控制器56使用了那个附图中所示出的各种传感器和控制设备。该程序借助于使混合时间Dm最佳化而使Dp/Di最佳化。典型地，Dm通过使Tp、Di或者这两者最佳化而最佳化。程序150从152的开始转到方块154中，在那里，读出各种发动机工作参数，从而使用来自图8的传感器的预定值和读数。这些工作参数可以包括：
控制设置或者一些其它的动力命令指示；
发动机速度(Sc)；
曲轴位置(Pm)；
歧管绝对压力(MAP)；
空气温度(ACT)；
废气再循环(EGR)；
施加到歧管中的气体量(QGAS)；及
燃料成分。
数据进入之后，程序150转到方块156中，并且开始计算影响Dm的发动机工作参数，这些参数包括λ、引燃燃料轨压力PRAIL、Tp和Dp。然后，在方块158中，程序150确定得到最大点火强度所需要的Dm的值。最好从查寻表中得到在特殊工作条件下的最佳Dm，而该查寻表为包括速度、负荷、λ等在内的发动机的工作条件的全部范围进行校准过。
一旦确定了最佳Dm，那么程序150转到方块160中，在那里，查寻表被用来确定在普通的发动机工作条件下得到确定的Dm所需要的、一个或者多个工作参数的合适设定值。如上面所显而易见的是，选择要调整的参数及调整量的大小根据许多因素来改变，这些因素包括瞬时速度和负荷和其它同时运转的程序如λ最佳程序。如上所述，如果使用Tp、λ、MAP、ACT和EGR的话，那么所控制的参数典型地是Tp、λ、MAP、ACT和EGR的结合。如果Tp不变、或者根据其它考虑单独控制Tp，那么Dm通过调整Ti来进行调整。Ti可以通过下面两种方法来进行调整：调整初始的空气温度(即喷射/燃烧循环开始时的温度)，及在发动机的工作循环的压缩相期间，调整燃烧室内的空气温度的升高速率。在这种情况下，初始空气温度可以通过改变ACT来调整。例如借助于调整废气再循环(EGR)、水喷射、MAP和λ中的一个或者多个来调整空气温度升高速率。
查寻表包含根据经验所确定的信息，该信息涉及在各种发动机工作条件下这些参数中的每一个对Dm的影响，并且控制器56选择得到Dm(Dm落入使点火强度最大化的、可接受的范围内)所需要的特殊设定值。另一方面，使用例如从图12的Tp对Di曲线所搜集起来的数据，调整Tp，从而得到最佳Di，并且相应地得到最佳的Dm。
然后，该程序转到方块162中，在那里，所控制的发动机工作参数调整成得到在方块160中所确定的Dm的值所需要的。其结果是，当气体/空气混合物加入到燃烧室中并且引燃燃料喷射到方块164中的空气和气体的预混合中时，可以得到所确定的最佳Dm，从而得到理想的Dp/Di和点火强度的最大化。然后，该程序转到方块166中的返回中。
iii.闭环控制
另一方面，在闭环方式中使点火强度最大化，该闭环方式使用测量过的参数，例如，该参数从快速NOX传感器、爆震探测器、汽缸压力传感器或者用为反馈的氢火焰离子化检测器中得到。从根据上讲，火焰离子化优选为反馈参数，因为在一个接一个的循环中它可以相对容易监视到，并且可以提供直接的Di测量值，因为Di＝Tp-Ti及Dm＝Tp-Ti-Dp。参照图15，执行闭环反馈控制的程序200从方块202的开始进行，并且除了用作反馈如火焰离子化的一个或者多个辅助值在方块204中读出之外，与图14的开环例子一样通过读出和计算步骤202和204。然后，在方块206中，使反馈参数的测量值与预定值或者这些的范围进行比较，从而确定Dm的调整量是否需要。如果查询的回答是YES，那么表明不需要混合时间调整量，那么程序200转到步骤212中并且在没有调整Dm的情况下控制燃料加入量、引燃燃料喷射和燃料点火循环。另一方面，如果方块206的查询回答是NO，那么表明在继续的循环中所使用的点火延迟需要改变，那么程序200转到方块210中并且改变一个或者多个发动机工作参数，从而改变Dm。刚好与前面的一样，改变过的参数是Tp、ACT、MAP、λ或者这些的结合。调整量的大小可以不变，或者可以依赖于测量值之间的偏差大小，该值大小在正常情况下与理想的Dm和实际的Dm之间的差值成比例。
然后，程序200与前面一样转到方块212中，从而开始引燃燃料喷射、气态燃料/空气加入及点火和燃烧循环。然后，程序转到方块214中的返回。
c.通过引燃点火的功率的功率最大化来进行点火强度最大化控制
因此，根据最佳的Dp/Di或者涉及它如最佳Di或者最佳Dm的因素，在前面描述了最大点火强度。但是，根据自燃期间引燃燃料所产生的最大瞬时功率来考虑最大点火强度也是有利的。通过下面方法来得到最大瞬时功率输出：控制喷射定时、喷射时间和/或点火延迟，从而在整个燃烧室内具有最佳尺寸大小和数目的油滴而得到均匀分布的引燃燃料。点火强度最大化的这种方法可以通过使用具体的例子来知道。在发动机的压缩点火式引导点火中(该发动机具有每缸2.4升的排量、16∶1的压缩比和2mm3的柴油引燃量)，点火强度最大化产生于所喷射出来的引燃燃料呈50微米的平均直径的、均匀分布的油滴的形式时。如果气体/空气处于2.0的λ时，那么喷射的燃烧特性如下：
表5：由最大点火强度所产生的喷燃烧特性
  油滴直径   0.050mm
  油滴数目   30，560
  空气/气体单元直径   2mm
  火焰行程   1mm
  火焰速度   1m/sec
  燃烧时间   1.0millisecond
  1.0m/秒的点火功率   70kW
在上面例子中，自燃产生于超过30000个油滴的瞬时燃烧，每个油滴起着小火花塞的作用。所得到的自燃产生了70KW/升或者30KW/升的瞬时功率，从而导致了气态燃料在燃烧室内的非常有效的点火。这种最大点火强度受到图11的曲线130上的最大值的影响。其它计算已经表明，可以得到超过200KW/升的排量的最大点火强度。
在没有脱离本发明的精神实质的情况下可以对本发明进行许多改变和替换。
例如，主要结合在活塞的进气冲程期间加入气态燃料的发动机描述了本发明，但是它同样可以应用到这样的发动机中：在该发动机中，在活塞的压缩冲程期间，典型地接近活塞的TDC位置，借助于高压直接喷射(HPDI)来供给气态燃料。例如，DPDI描述在美国专利No.5832906(Westpor Industries)中，这个专利的内容在这里引入以作参考。
附加的权利要求书使其它改变的范围变得更加显而易见。

Claims (31)

1.一种把引燃燃料喷射到压燃式发动机的燃烧室中从而点燃燃烧室内的气态燃料的方法，该方法包括：控制引燃燃料喷射的开始定时Tp、引燃燃料喷射时间Dp和点火延迟时间Di中的至少一个，从而使Dp/Di＜1。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：在全部时间、发动机全部转速范围和全部负荷范围内重复控制步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：控制步骤包括得到混合时间Dm＞1°c.a.，这里Dm＝Di-Dp。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：控制步骤包括得到位于5°c.a.和40°c.a.之间的Dm。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：得到步骤包括改变自燃定时Ti。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：Ti通过调整下面这些中的至少一个来进行改变：
(A)加入到燃烧室中的空气的温度ACT；
(B)加入燃烧室中的空气的压力MAP，及
(C)燃烧室内的天然气/空气混合物的空气/燃料比λ。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述ACT通过下面这些中的至少一个来进行调整：
(A)改变从发动机的废气到燃烧室中的废气再循环EGR的百分比；
(B)改变下面这些中的至少一个的工作(1)增压器、(2)涡轮增压器、(3)后置冷却器及(4)设置于中冷器下游处的膨胀涡轮；
(C)改变中间冷却器的工作，该中间冷却器冷却供给到燃烧室中的进气，及
(D)将水喷射到进气混合物中。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：通过下面方法来调整MAP：调整涡轮空气旁通阀的工作状态，从而控制进气流的百分比，该进气流旁通发动机的涡轮增压器的压缩机输出。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：通过调整废气阀或者调整涡轮增压器的可变涡轮喷嘴来调整MAP。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于：通过改变下面这些中的至少一个来调整λ：
(A)供给到进气系统或者燃烧室中的气态燃料的值，
(B)供给到燃烧室中的空气的大小，
(C)ACT，
(D)MAP，及
(E)在跳火工作时点火汽缸的比例。
11.如权利要求5所述的方法，其特征在于：通过调整废气再循环EGR来改变Ti。
12.如权利要求3所述的方法，其特征在于：得到步骤包括调整Tp和Dp中的至少一个。
13.如权利要求3所述的方法，其特征在于：得到步骤包括：通过调整燃烧室内的引燃燃料油滴的尺寸大小、数目、分布和汽化比例中的至少一个，从而调整燃烧室内的引燃燃料燃烧的速率。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于：喷射步骤包括，使连接到引燃燃料源中的电动燃料喷射器进行工作，而该燃料是可以压燃的。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：喷射器包括一个这样的喷射器，在至少喷射过程的基本部分期间，它以膨胀云状喷射燃料。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：喷射器包括底部落座的柱针式喷嘴和撞击物体，从喷嘴喷射出来的燃料撞击该物体。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于：喷射器包括储压器型液压电子元件喷射器和非储压器型液压电子元件喷射器中的一个，或者包括高压共轨电子燃料喷射系统。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于：引燃燃料是柴油。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于：引燃燃料是发动机润滑油。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于：引燃燃料包括平均不超过供给到燃烧室中的总燃料的大约1％。
21.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在活塞的进气冲程期间，把气态燃料加入到燃烧室中。
22.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在活塞的压缩冲程期间，把气态燃料加入到燃烧室中。
23.一种发动机，它包括：
(A)汽缸，它包括发动机缸盖和活塞，该活塞在所述汽缸内可以往复运动，从而在所述发动机缸盖和所述活塞之间限制出变容式燃烧室；
(B)气态燃料源，在所述活塞的进气冲程和所述活塞的压缩冲程中的一个期间，它设置成与所述燃烧室处于流体连通；
(C)空气源，在所述活塞的所述进气冲程期间，它设置成与所述燃烧室处于流体连通中；
(D)引燃燃料喷射器，在所述活塞的压缩冲程期间，它成形成把引燃燃料喷射到所述燃烧室中；及
(E)控制器，它控制至少包括所述引燃燃料喷射器、所述气态燃料源和所述空气源在内的装置，引燃燃料喷射的开始定时Tp、引燃燃料喷射时间Dp和点火延迟时间Di是这样的：Dp/Di＜1。
24.如权利要求23所述的发动机，其特征在于，所述控制器控制所述装置，从而对于发动机每个循环、在发动机全部转速范围和全部负荷范围得到Dp/Di＜1。
25.如权利要求23所述的发动机，其特征在于，所述控制器控制所述装置从而得到位于5°c.a.和40°c.a.之间的混合时间Dm，这里Dm＝Di-Dp。
26.如权利要求23所述的发动机，其特征在于，所述喷射器包括一个这样的喷射器，在至少喷射过程的基本部分期间，它以膨胀云状喷射燃料。
27.如权利要求26所述的发动机，其特征在于：所述喷射器包括底部落座的柱针式喷嘴和撞击物体，从所述喷嘴喷射出来的燃料撞击该物体。
28.如权利要求23所述的发动机，其特征在于：所述燃料源是柴油和发动机润滑油中的一种。
29.如权利要求27所述的发动机，其特征在于：所述气态燃料源和所述空气源共用空气供给歧管。
30.如权利要求27所述的发动机，其特征在于：所述气态燃料喷射到所述进气口中。
31.如权利要求27所述的发动机，其特征在于：在所述活塞的压缩冲程期间，把所述气态燃料喷射到所述燃烧室中。
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