CN108350833B - 气态燃料燃烧 - Google Patents

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Abstract

在内燃机中，气态燃料在第一次喷射中通过预燃烧室喷射到燃烧室中，以与燃烧室中的空气混合。该预燃烧室具有喷孔，该喷孔在预燃烧室和燃烧室之间流体连通。然后，经混合的气态燃料和空气从燃烧室摄取到预燃烧室中并且点燃。在第二次喷射中，将气态燃料喷射到预燃烧室中，并且在第二次喷射的情形下，将经点燃的气态燃料和空气通过喷孔从预燃烧室中排出并且作为火焰射流进入燃烧室，该火焰射流以气态燃料为芯部。

Description

气态燃料燃烧
优先权要求
本申请要求2015年10月29日提交的美国专利申请第14/927,327的优先权，该申请的内容以参见的方式纳入本文。
背景技术
本文的概念涉及一种用于内燃机的气态燃料燃烧。
由于天然气的低成本，而推行将天然气用作发动机燃料。例如，相对于柴油燃料，天然气是单位能量成本较低的燃料。为了利用天然气的较低成本，许多发动机确切地设计成基于天然气来运行。此外，最初设计成使用柴油燃料的一些发动机能改装成使用天然气来作为燃料。
柴油发动机具有高压缩比并且使用压缩点火来点燃柴油燃料充料。通常利用火花塞来点燃天然气。然而，尤其是在贫燃操作状况下，来自火花塞的点燃能量并不总是有效地以高压缩比点燃天然气。例如，直接喷射的天然气的高速率趋于熄灭正发展的火焰核心。为了解决该问题，一些系统放弃火花塞并且使用柴油燃料来作为引燃燃料。换言之，这些系统在压缩循环的早期喷射小量柴油燃料作为引燃燃料，该小量柴油材料通过压缩而自动点燃。然后，喷射天然气且该天然气通过燃烧引燃燃料而点燃。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联的管道、存储件、喷射器等等，而这会增大成本、尺寸、复杂度并且使得改装困难。
附图说明
图1是内燃机系统的一部分的示意侧剖视图；
图2是示例发动机系统的示意图；
图3是发动机循环的时序图；
图4A-4D是内燃机的一部分在发动机循环期间的按序剖视图；以及
图5示出实施多个点燃事件的示例燃烧的放热率的视图。
在各附图中相似的附图标记指示相似的部件。
具体实施方式
图1示出示例内燃机系统100的一部分的剖视图。示例发动机系统100包括内燃机101，该内燃机是往复式发动机并且包括缸盖102、缸体122以及活塞104。活塞104位于气缸内部，该气缸限定在缸体122内部。活塞104被承载，以使得活塞在发动机运行期间在气缸内部往复运动，且该活塞的运动驱动曲柄(未示出)，而曲柄的运动驱动活塞104。主燃烧室106是位于气缸内部缸盖102和活塞104之间的容积，并且由缸体122界定。图1是气缸中一个活塞104的剖视图。然而，发动机101可在气缸中包括一个、两个或更多个类似的活塞104，该活塞联接于曲柄。
示例内燃机101包括空气进气通道108和排气通道112，该空气进气通道具有进气阀110，而该排气通道具有排气阀114。通道108、112在缸盖102中邻近于主燃烧室106，且阀110、114形成主燃烧室106的壁的一部分。进气阀110打开以接纳空气，且燃料喷射器125操作以喷射燃料，从而在主燃烧室106中形成空气/燃料混合物。在燃烧之后，排气阀114打开以从主燃烧室106中排出燃烧残留物并且将这些燃烧残留物排放到排气通道112中。虽然本文的概念在这里相对于往复式内燃机进行描述，但这些概念也可适用于其它内燃机构造。
示例内燃机101包括示例发动机燃料喷射器-点火器组件116。发动机燃料喷射器-点火器组件116包括燃料喷射器125和示例点火塞124。燃料喷射器125设置成用于直接喷射，意指喷射器125将燃料直接地喷射到燃烧室(这里，主燃烧室106和预燃烧室120)中，而非进入空气进气通道108或者该空气进气通道上游。在某些情形中，发动机101能附加地包括并非设置成用于直接喷射的喷射器或其它加燃料装置，该喷射器或其它加燃料装置联接于气态燃料源，以将燃料引入到空气进气通道108中或者上游。
示例喷射器-点火器组件116是位于缸盖102中的大体细长封壳并且螺纹地和/或以其它方式联接于缸盖102。在一些情形中，喷射器-点火器组件116能延伸到主燃烧室106中，与燃烧室106的壁齐平，或者从主燃烧室106的壁凹入。示例点火塞124接纳在示例喷射器-点火器组件116内部，并且螺纹地和/或以其它方式联接于喷射器-点火器组件116。喷射器-点火器组件116限定围绕点火塞124和燃料喷射器125的外部封壳。
预燃烧室120封围燃料喷射器125的出口和点火器124。图1将预燃烧室120示作喷射器-点火器组件116内部的外部腔室，该外部腔室邻近于主燃烧室106并且与主燃烧室隔开。然而，在一些情形中，预燃烧室120能自身形成在缸盖102中，且能省略喷射器-点火器组件116或者预燃烧室120能与点火塞124集成(例如，在共同或联体的壳体或封壳中)。预燃烧室120示作绕喷射器-点火器组件116的中心线具有大体对称的圆柱形形状，但在其它情形中，预燃烧室120可以是非对称的形状。在一些情形中，预燃烧室120的中心线与喷射器-点火器组件116的中心线重合，但在其它情形中，预燃烧室相对于喷射器-点火器组件116的中心线偏移或者成非平行角度。
示例喷射器-点火器组件116包括喷孔118a-c。喷孔118a-c在预燃烧室120的内部和预燃烧室120的外部之间流体连通。在该剖视图中可观察到三个喷孔118a-c，但也可提供更多或更少的喷孔。喷孔118a-c向中心通道126收敛，该中心通道开通到预燃烧室120中。中心通道126是轴向内部通道，该轴向内部通道沿着喷射器-点火器组件116的中心线从喷孔118a-c延伸至预燃烧室120。中心通道126沿着喷射器-点火器组件116的中心线引导流动，且如图所示，通道126的最大横向尺寸小于预燃烧室120的剩余部分的最大横向尺寸。喷孔118a-c在数量上可以是一个或多个，包括侧向定向的一个或多个(例如，喷孔118a-b)和/或轴向定向的一个或多个(例如，喷孔118c)，并且能以对称或非对称型式位于喷射器-点火器组件116上。喷孔118a-c允许充料、火焰以及残留物能在喷射器-点火器组件120和主燃烧室106之间流动。如下文更详细讨论地是，来自燃烧室106的空气/燃料混合物通过喷孔118a-c摄取到预燃烧室120中，且中心通道126操作，以沿着喷射器-点火器组件116的中心线将流引导至点火塞124。在某些情形中，中心通道126将空气/燃料混合物的流直接地引导到点火塞124的点火间隙中，和/或通过围绕点火塞124的点火间隙的封壳的中心喷孔。然后，在点燃预燃烧室120中的空气/燃料混合物之后，喷孔118a-c和中心通道126作为射流通道操作，以将来自预燃烧室120的燃烧空气/燃料混合物喷为发散火焰射流，这些发散火焰射流深深地到达主燃烧室106中并且点燃主燃烧室106中的燃料。
燃料喷射器125联接于一个或多个气态燃料(例如，气态甲烷、天然气、沼气、垃圾填埋气、丙烷或其它气态燃料或称为燃料气体的短链烃)的燃料源，并且构造成在活塞104的压缩冲程期间将气态燃料直接地喷射到预燃烧室120中。侧向喷孔118a-b能相较轴向更为侧向地定向或者相对于轴向以45度定向，以减少喷射到主燃烧室106中引入或者收集在活塞104和燃烧室106之间的界面处的角部或裂缝中的燃料量。附加地或替代地，能使得轴向喷孔118c的直径相对大于侧向喷孔118a-b的直径，以使得相比流过中心轴向通道118c，所喷射燃料的较少部分流过侧向喷孔118a-b的每个，从而使得燃料在主燃烧室106中更均匀地分布。
点火塞124是这样一个装置，该装置构造成启始火焰核心以点燃燃烧室106中的空气/燃料混合物，且例如是火花塞、热表面点火器、激光点火器和/或其它类型的点火器。在一些实施方式中，点火塞124包括与预燃烧室120隔开的附加封壳，该附加封壳形成封围点火位置的腔室。可用作点火塞124的点火塞的一些示例在题为“Quiescent Chamber HotGas Igniter(静止腔室热气体点火器)”的US 2014/0190437和题为“Controlled SparkIgnited Flame Kernel Flow(受控火花点燃火焰核心流)”的US 8,584,648进行了描述。点火器的其它构造也在本文的概念内。
示例发动机系统100还包括控制器150，该控制器通信地联接于喷射器-点火器组件116。控制器150能将信号发送至喷射器-点火器组件116，以通过燃料喷射器125将燃料喷射到预燃烧室120中。在一些实施方式中，控制器150向喷射器-点火器组件116发出信号，以作为多个单独的燃料喷射事件来多次喷射燃料。控制器150能对信号计时，以使得在特定的持续时间内喷射燃料。控制器150还可向点火塞124发出信号，以点燃预燃烧室120中的经混合燃料和空气。控制器150能以任何顺序发送不同类型的信号。例如，控制器150能发送用以喷射燃料的一个或多个信号，以及发送用以操作点火器的一个或多个信号。在一些实施方式中，控制器150同时地发送用以喷射燃料的信号和用以点火的信号。可包括控制器150，以作为发动机系统100的一部分或者作为喷射器-点火器组件116的一部分或者作为另一系统的一部分。
图2示出控制器150的示意图，该控制器通信地联接于示例发动机101。控制器150能将信号发送至发动机101，以触发燃料喷射和/或点燃事件。控制器150包括存储器252和处理器254。存储器252是计算机可读介质，该计算机可读介质存储诸如执行本文所描述方法的指令之类的指令，这些指令可操作以由处理器254执行。处理器254例如可以是计算机、电路、微处理器或其它类型的数据处理设备。在一些实施方式中，控制器150的一些或所有与发动机系统100集成。
示例发动机燃料喷射器-点火器组件116可使得发动机100能在无需不同类型的第二燃料(例如，引燃燃料)的情形下使用气态燃料来操作。例如，喷射器-点火器组件116可允许发动机101能在同样无需使用柴油燃料来作为引燃燃料的情形下使用气态燃料(例如，天然气)来操作。在一些情形中，喷射器-点火器组件116能安装或者改装到柴油发动机上，以使得发动机能使用所有的气态燃料运行。例如，可将柴油发动机的缸盖替换为包括诸如喷射器-点火器组件116之类的喷射器-点火器组件的另一缸盖。替代地，喷射器-点火器组件116可替代柴油发动机的喷射系统，或者喷射器-点火器组件116可连同现有的喷射系统一起安装。这样，通过使用喷射器-点火器组件能将全柴油发动机或部分柴油发动机转换成全气态燃料发动机，同时在发动机操作期间保持柴油压缩比。
现在参照图3和4A-D，喷射器-点火器组件在多个单独的情形下喷射气态燃料以便于燃烧。图3示出发动机循环的一部分的示例次序300的时序图，该发动机循环包括燃料喷射302、306、310以及点燃事件304。如果完全示出的话，在四冲程发动机中，整个发动机循环包括空气的进气，燃烧室内容物的压缩，通过空气/燃料充料的燃烧而驱使活塞向下的动力冲程，以及燃烧室的内容物排出的排气。燃烧喷射302、306、310以及点燃事件304能例如通过来自控制器150的信号而触发。图4A-D示出发动机400的循环的各部分，该发动机基本上类似于图1中示出的示例发动机101。例如，发动机400包括喷射器-点火器组件410，该喷射器-点火器组件包括气态燃料喷射器412和点火塞414。发动机400还包括预燃烧室430，该预燃烧室通过中心通道432和喷孔426流体地连接于燃烧室402。
在点燃事件304之前且在活塞已达到上死点308之前通过喷射器412发生第一次燃料喷射302，从而用发动机循环的总体燃料充料的大部分来充入燃烧室。在该阶段处，发动机循环的总体空气充料已进入到燃烧室中或者正进入，且燃料通过喷孔426从预燃烧室中流出，以与主燃烧室中的空气混合。替代地，或者与通过喷射器412喷射组合地，第一次燃料喷射302能例如经由燃料喷射器或者将燃料引入到空气进气部中或者上游的其它加燃料装置而通过空气进气部引入。在某些情形中，第一次喷射事件302在从压缩上死点308(即，活塞处于该活塞在其压缩冲程上的最高点处)的-150度处开始，且然后燃料喷射终止。然而，第一次喷射事件302能在相对于压缩上死点308的其它时刻处发生。在第一次燃料喷射302期间喷射的燃料量旨在提供针对发动机循环的大部分燃料充料，但将产生的空气/燃料混合物保持在预点燃阈值之下。在某些情形中，喷射一个发动机循环中总体喷射燃料的60％、70％、80％或一些其它多数分数。在某些情形中，主燃烧室中的空燃比是γ1.5或更高，其中，γ是实际空燃比与化学计量比的比值。图4A示出发动机400的循环的一部分，在该部分处，在第一次燃料喷射302处喷射的燃料通过预燃烧室430经由喷孔426射入到燃烧室402中。在点燃事件304之前发生第一次燃料喷射302时，射入到燃烧室430中的燃料与燃烧室402中的空气组合并混合。由于产生的空气/燃料混合物低于预点燃阈值，因而该混合物基本上不会由于燃烧室中的热量和压缩而预点燃。
第一次燃料喷射302是分阶段的，以使得压缩中的活塞运动驱动空气/燃料混合物通过喷孔426从燃烧室402摄取并且进入预燃烧室430。来自第一次喷射302的一些残留燃料留存在预燃烧室430中，并且使得从主燃烧室中摄取的空气/燃料混合物富燃。图4B示出在发动机循环的压缩循环期间的示例发动机400，在该压缩循环中，驱动空气/燃料混合物进入预燃烧室430。如图4A-D中所示，中心通道432引导所摄取的空气/燃料混合物撞击到点火塞414上，并且致使进入的空气/燃料混合物在预燃烧室430中湍流地循环和混合。在一些情形中，喷孔426能以一定角度与中心通道432相遇，该角度使得进入流通过喷孔426平滑地过渡到中心通道432中，以例如减小进入预燃烧室430的速率损失。
在第一次燃料喷射302之后和在活塞到达上死点308之前的某一时刻处，触发点燃事件304，以开始在预燃烧室430中点燃空气/燃料混合物。保护预燃烧室430中空气/燃料混合物的点燃，以免受主燃烧室中的高速率影响。在某些情形中，点燃事件能在相对于上死点308的-10度(或一些其它时刻)处发生。参照图4A-C中的发动机400，点燃事件304将从燃烧室402摄取到预燃烧室430中的混合气态燃料和空气点燃。由于燃烧而在预燃烧室430中产生的增大压力致使燃烧的空气/燃料混合物作为火焰从喷孔426射出并进入燃烧室402。预燃烧室430中点燃的产生火焰射流424a、424b的空气/燃料混合物类似于“引燃充料”操作，该引燃充料点燃主燃烧室中的混合物。
在点燃事件304之后，触发第二次燃料喷射306，以将附加的燃料提供给火焰射流，这些火焰射流通过点燃预燃烧室430中的空气/燃料混合物而产生。第二次燃料喷射306使得预燃烧室430中的混合物富燃，用于改进可燃性。第二次燃料喷射306在压缩上死点308之前且在点燃事件304之后立刻发生，且包含在循环期间待喷射的剩余燃料的一部分。在第二次燃料喷射306之后，燃料的喷射停止，以允许预燃烧室430中的火焰和来自预燃烧室430的射流稳定并生长。将第二次喷射306中的燃料量选择为足够小，以至该燃料量趋于不会熄灭预燃烧室430中的燃料混合物。在某些情形中，如果第一次燃料喷射302包含70％的循环期间待喷射总体燃料，则第二次燃料喷射306可仅仅包括5％的待喷射燃料。当然，这些是燃料的示例比例；燃料的实际比例可取决于发动机、应用、期望燃烧特征或其它因素。在某些情形中，如图3中所示，第二次喷射在相对于上死点308的-5度处发生。
图4C示出刚好在第二次燃料喷射306之后的示例发动机400。第二次燃料喷射306已将燃料420喷射到燃烧的空气/燃料混合物422后面，这也有助于通过喷孔426从预燃烧室中排出所点燃的空气/燃料混合物422的一部分。图4D示出在来自第二次燃料喷射306的燃料420已填充预燃烧室并且将火焰射流424a、424b驱动离开预燃烧室之后的发动机400。在燃料420流过喷孔426时，用来自第二次燃料喷射306的未经燃烧燃料420来填充火焰射流424a、424b的芯部。火焰射流424a、424b作为扩散火焰点燃燃料420的芯部。扩散燃烧是相对缓慢的燃烧，因为燃烧受到空气进入燃料的扩散率所限制，且由此能提供较缓慢且更可控的燃烧事件。在火焰射流424a、424b中发生的较缓慢扩散燃烧允许火焰射流能与不具有空气/燃料混合物的芯部和扩散燃烧的火焰射流相比、更缓慢地燃烧以产生更稳固且更强烈的火焰。
然后，触发第三次燃料喷射310，以提供发动机循环的总体燃料充料的剩余部分。第三次喷射事件310能在活塞已通过压缩上死点308之后发生。在某些情形中，如图3中所示，第三次燃料喷射310在相对于上死点308的+5度处发生。在一些实施方式中，第三次燃料喷射310喷射的燃料量小于第一次燃料喷射302的燃料量，但大于第二次燃料喷射306的燃料量。第三次燃料喷射310喷射发动机循环中使用的燃料的剩余部分，以使得第一次喷射302、第二次喷射306以及第三次喷射310包含发动机循环期间喷射的所有气态燃料。例如，第一次燃料喷射302能包含70％的待喷射总体燃料，第二次燃料喷射306能包含5％的燃料，且第三次燃料喷射能包含剩余25％的燃料。第三次燃料喷射310能在第二次燃料喷射306之后延迟一定持续时间(例如，5-10曲柄角角度或其它持续时间)，以允许火焰能生长并且远离喷射器412运动。在某些情形中，第三次燃料喷射310的所有或一部分馈送火焰射流424a、424b的燃料芯，且然后在扩散火焰中燃烧。
在一些实施方式中，第二次和第三次喷射306、310事件组合成第二次燃料喷射306，以提供第三次燃料喷射310的益处或特征，且并不使用第三次燃料喷射310。在此种示例中，第二次燃料喷射306在压缩上死点308之后发生，并且包括发动机循环期间喷射的燃料的剩余部分。例如，如果第一次燃料喷射302包含70％的循环期间的待喷射总体燃料，则第二次燃料喷射306能包含剩余30％的燃料。
图5示出示例燃烧的放热率的视图500，该燃烧实施图3中描述的多个点燃事件并且在具有喷射器-点火器组件的发动机100和发动机400中实施。相对于发动机循环的曲柄角角度来绘制放热率曲线502。曲线502示出放热率在第二次燃料喷射306之后快速地增大，该第二次燃料喷射在相对于上死点308的-5度处发生。具体地说，放热率大致在上死点308和+5度处的第三次点燃事件310之间最快速地增大。视图500指示使用所描述的多个点燃事件和喷射器-点火器组件能使得柴油发动机中使用的气态燃料能快速地燃烧。
在第一方面中，一种在内燃机的燃烧室中燃烧气态燃料的方法，该方法包括：
在第一次喷射中将气态燃料喷射到内燃机中以与燃烧室中的空气混合，该内燃机包括预燃烧室，该预燃烧室具有喷孔，该喷孔在预燃烧室和燃烧室之间流体连通；
在第一次喷射之后，在预燃烧室中将从燃烧室摄取到预燃烧室中的经混合气态燃料和空气点燃；以及
在点燃之后，在第二次喷射中将气态燃料喷射到预燃烧室中，并且在第二次喷射的情形下，将经点燃的气态燃料和空气通过喷孔排出从预燃烧室中并且作为火焰射流进入燃烧室，该火焰射流以气态燃料为芯部。
在根据第一方面的第二方面中，该方法进一步包括：在第二次喷射之后的第三次喷射中，将气态燃料通过预燃烧室喷射到燃烧室中。
在根据第二方面的第三方面中，第一次喷射中喷射的气态燃料量大于第三次喷射中喷射的气态燃料量，且第三次喷射中喷射的燃料量大于第二次喷射中喷射的燃料量。
在根据第二方面或第三方面的第四方面中，内燃机是往复式发动机，该往复式发动机在燃烧室中包括活塞，以及
在第三次喷射中喷射气态燃料包括：在活塞已通过压缩上死点之后，在第三次喷射中喷射气态燃料。
在根据第四方面的第五方面中，在该方法中，
在第二次喷射中喷射气态燃料包括：在活塞已通过压缩上死点之前，在第二次喷射中喷射气态燃料。
在根据第三方面的第六方面中，在该方法中，第一次、第二次和第三次喷射包括在发动机循环期间喷射的所有气态燃料。
在根据第一至第三或第六方面的任何一个的第七方面中，在该方法中，在第一次喷射中喷射在第一次和第二次喷射中喷射的大部分燃料。
在根据第一方面的第八方面中，发动机是往复式发动机，该往复式发动机在燃烧室中包括活塞，且第一次和第二次喷射在压缩上死点之前喷射。
在根据第一方面的第九方面中，火焰射流是扩散燃烧。
在根据第一至第三方面、第六方面、第八方面或第九方面的任何一个的第十方面中，其中，在第一次喷射中将气态燃料喷射到内燃机中包括：在第一次喷射中，通过预燃烧室将气态燃料喷射到内燃机中。
在第十一方面中，该系统包括：发动机燃料喷射器-点火器组件，该发动机燃料喷射器-点火器组件适合于安装于发动机且与发动机的燃烧室流体连通，且该喷射器-点火器组件包括封壳，该封壳限定预燃烧室，该预燃烧室封围气态燃料喷射器的出口和点火器并且包括喷孔，该喷孔在预燃烧室的内部和预燃烧室的外部之间流体连通；控制器，该控制器适合于通信地联接于喷射器-点火器组件，且该控制器适合于：
向喷射器-点火器组件发出信号，以将第一次喷射的气态燃料经由喷孔通过预燃烧室喷射到燃烧室中；
在第一次喷射之后，向喷射器-点火器组件发出信号，以在预燃烧室中将从燃烧室摄取到预燃烧室中的经混合气态燃料和空气点燃；以及
在点燃之后，向喷射器-点火器组件发出信号，以将第二次喷射的气态燃料喷射到预燃烧室中，并且在第二次喷射的情形下，将经点燃的气态燃料和空气通过喷孔从预燃烧室中排出并且作为火焰射流进入燃烧室，该火焰射流以气态燃料为芯部。
在根据第十一方面的第十二方面中，该控制器进一步适合于向喷射器-点火器组件发出信号，以将第三次喷射的气态燃料喷射到预燃烧室中，第三次喷射与第一次喷射相比喷射较小的燃料量而与第二次喷射相比喷射较大的燃料量。
在根据第十二方面的第十三方面中，该系统的控制器适合于向喷射器-点火器组件发出信号，以在压缩上死点之前喷射第一次喷射和第二次喷射的气态燃料，且在下死点之后喷射第三次喷射的气态燃料。
在根据第十二或第十三方面的任一个的第十四方面中，该控制器适合于在第一次、第二次和第三次喷射的循环期间将所有燃料喷射到发动机中。
在根据第十一方面的第十五方面中，该喷射器-点火器组件是大体细长的，且该封壳包括多个喷孔，并且喷孔的至少一个侧向地定向，而喷孔的一个轴向地定向。
在根据第十一至第十三方面或第十五方面的任何一个的第十六方面中，该封壳限定轴向内部通道，该轴向内部通道从喷孔延伸至预燃烧室的剩余部分，且通道的最大横向尺寸大于预燃烧室的剩余部分的最大横向尺寸。
在第十七方面中，一种方法包括：将气态燃料喷射到发动机中以与发动机的主要燃烧室中的空气混合；在喷射之后，在预燃烧室中将从主燃烧室摄取到预燃烧室中的经混合气态燃料和空气点燃；以及在点燃之后，将气态燃料喷射到预燃烧室中，以在主燃烧室中形成以气态燃料为芯部的火焰射流。
在根据第十七方面的第十八方面中，该方法进一步包括：将气态燃料喷射到预燃烧室中，以完成发动机循环中供给至燃烧室的总体燃料充入。
在根据第十七方面或第十八方面的第十九方面中，该方法包括：将气态燃料喷射到预燃烧室中以在主燃烧室中形成以气态燃料为芯部的火焰射流包括与所提及的第一次喷射相比喷射较少的气态燃料。
已描述了多个实施方式。然而，应理解的是可进行各种修改。因此，其它实现方式也在所附权利要求的范围之内。

Claims (19)

1.一种在内燃机的燃烧室中燃烧气态燃料的方法，所述方法包括：
在第一次喷射中将气态燃料喷射到所述内燃机中以与所述燃烧室中的空气混合，所述内燃机包括预燃烧室，所述预燃烧室具有喷孔，所述喷孔在所述预燃烧室和所述燃烧室之间流体连通；
在所述第一次喷射之后，在所述预燃烧室中将从所述燃烧室摄取到所述预燃烧室中的经混合气态燃料和空气点燃；以及
在所述点燃之后，在第二次喷射中将气态燃料喷射到所述预燃烧室中，并且在所述第二次喷射的情形下，将经点燃的气态燃料和空气通过所述喷孔从所述预燃烧室中排出并且作为火焰射流进入所述燃烧室，所述火焰射流以气态燃料为芯部。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在所述第二次喷射之后的第三次喷射中，将气态燃料通过所述预燃烧室喷射到所述燃烧室中。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于，所述第一次喷射中喷射的气态燃料量大于所述第三次喷射中喷射的气态燃料量，且所述第三次喷射中喷射的燃料量大于所述第二次喷射中喷射的燃料量。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述内燃机是往复式发动机，所述往复式发动机在所述燃烧室中包括活塞，以及
在所述第三次喷射中喷射气态燃料包括：在所述活塞已通过压缩上死点之后，在所述第三次喷射中喷射气态燃料。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于，在所述第二次喷射中喷射气态燃料包括：在所述活塞已通过所述压缩上死点之前，在所述第二次喷射中喷射气态燃料。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于，所述第一次喷射、所述第二次喷射和所述第三次喷射包括在所述内燃机的循环期间喷射的所有气态燃料。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一次喷射中喷射在所述第一次喷射和所述第二次喷射中喷射的大部分燃料。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述内燃机是往复式发动机，所述往复式发动机在所述燃烧室中包括活塞，且所述第一次喷射和所述第二次喷射在压缩上死点之前喷射。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述火焰射流是扩散燃烧。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一次喷射中将气态燃料喷射到所述内燃机中包括：在所述第一次喷射中，将气态燃料通过所述预燃烧室喷射到所述内燃机中。
11.一种燃烧气态燃料的发动机系统，包括：
发动机燃料喷射器-点火器组件，所述发动机燃料喷射器-点火器组件适合于安装于发动机且与所述发动机的燃烧室流体连通，且所述喷射器-点火器组件包括封壳，所述封壳限定预燃烧室，所述预燃烧室封围气态燃料喷射器的出口和点火器并且包括喷孔，所述喷孔在所述预燃烧室的内部和所述预燃烧室的外部之间流体连通；
控制器，所述控制器适合于通信地联接于所述喷射器-点火器组件，且所述控制器适合于：
向所述喷射器-点火器组件发出信号，以将第一次喷射的气态燃料经由所述喷孔通过所述预燃烧室喷射到所述燃烧室中；
在所述第一次喷射之后，向所述喷射器-点火器组件发出信号，以在所述预燃烧室中将从所述燃烧室摄取到所述预燃烧室中的经混合气态燃料和空气点燃；以及
在所述点燃之后，向所述喷射器-点火器组件发出信号，以将第二次喷射的气态燃料喷射到所述预燃烧室中，并且在所述第二次喷射的情形下，将经点燃的气态燃料和空气通过所述喷孔从所述预燃烧室中排出并且作为火焰射流进入所述燃烧室，所述火焰射流以气态燃料为芯部。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步适合于向所述喷射器-点火器组件发出信号，以将第三次喷射的气态燃料喷射到所述预燃烧室中，所述第三次喷射与所述第一次喷射相比喷射较小的燃料量而与所述第二次喷射相比喷射较大的燃料量。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述控制器适合于向所述喷射器-点火器组件发出信号，以在压缩上死点之前喷射所述第一次喷射和所述第二次喷射的气态燃料，且在下死点之后喷射所述第三次喷射的气态燃料。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述控制器适合于在所述第一次喷射、所述第二次喷射和所述第三次喷射的循环期间将所有燃料喷射到所述发动机中。
15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述喷射器-点火器组件是大体细长的，且所述封壳包括多个喷孔，并且所述喷孔的至少一个侧向地定向，而所述喷孔的一个轴向地定向。
16.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述封壳限定轴向内部通道，所述轴向内部通道从喷孔延伸至所述预燃烧室的剩余部分，且所述通道的最大横向尺寸大于所述预燃烧室的剩余部分的最大横向尺寸。
17.一种在发动机的燃烧室中燃烧气态燃料的方法，包括：
将气态燃料喷射到发动机中以与所述发动机的主燃烧室中的空气混合；
在所述喷射之后，在预燃烧室中将从所述主燃烧室摄取到所述预燃烧室中的经混合气态燃料和空气点燃；以及
在所述点燃之后，将气态燃料喷射到所述预燃烧室中，以在所述主燃烧室中形成以气态燃料为芯部的火焰射流。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括：将气态燃料喷射到所述预燃烧室中，以完成所述发动机的循环中供给至所述燃烧室的总体燃料充入。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，将气态燃料喷射到所述预燃烧室中以在所述主燃烧室中形成以气态燃料为芯部的火焰射流包括与所提及的第一次喷射相比喷射较少的气态燃料。
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