CN112065568A - 具有液压致动活塞的预燃室点火系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于内燃发动机的点火系统，其包括：点火器，所述点火器具有点火器外壳，在点火器外壳中形成预燃室；以及活塞，所述活塞可在点火器外壳内移动，以将预燃室内的燃料和空气的点火装料的压力增加到自动点火阈值。点火系统包括液压致动器以向活塞施加致动力。公开了相关方法。
Description
技术领域
本公开大体上涉及一种用于内燃发动机的点火系统，且更具体地涉及一种具有液压致动活塞以自动点燃预燃室中的点火装料的预燃室点火系统。
背景技术
内燃发动机是众所周知的，并在全世界范围内广泛使用在从发电到为车辆推进提供旋转动力或操作机械的应用中以及用于各种其它应用。在内燃发动机操作所依靠的燃料类型以及点燃燃料进行燃烧的机制和方式方面可以存在极大的多样性。在一类点火策略中，将发动机中的燃烧气缸内的燃料和空气的混合物的压力增加到自动点火阈值。在其它策略中，通常在低于自动点火阈值的压力下使用电火花来点燃燃料和空气的混合物。还有其它技术采用预燃室点火，其中燃料和空气的混合物在预燃室装置中被点燃，所述预燃室装置流体连接到发动机中的主燃烧室，并在预燃室中产生相对稳健的燃烧反应，从而导致将热燃烧气体的喷射引导到气缸中以点燃燃料和空气的主装料。
预燃室气态燃料发动机点火装置通常采用火花塞，其点燃燃料和空气，其中燃料通过专用进料从燃料供应或从主燃烧室通过与热燃烧气体稍后排出以点燃主装料所通过的相同的出口供应到预燃室中。根据应用，所有这些通用点火策略具有某些优点和某些缺点。在授予Willi的美国专利号9,739,192中教导了一种已知的预燃室点火策略。
发明内容
在一个方面，一种用于内燃发动机的点火系统包括：点火器，所述点火器具有点火器外壳，其中，预燃室形成在所述点火器外壳中；以及至少一个气孔，所述至少一个气孔被构造成将所述预燃室流体连接到所述内燃发动机中的气缸。所述点火器还包括活塞，所述活塞具有暴露于所述预燃室的活塞端面，并且所述活塞可在所述点火器外壳内在缩回位置与前进位置之间移动。所述点火系统还包括液压致动器，所述液压致动器被构造成向所述活塞施加致动力，使得所述活塞朝所述前进位置移动以将所述预燃室内的燃料和空气的点火装料的压力增加到自动点火阈值。
在另一方面，一种内燃发动机包括：燃料供应；以及发动机外壳，所述发动机外壳具有形成在其中的主燃烧室。所述内燃发动机还包括点火系统，所述点火系统具有：点火器，其中，预燃室形成在所述点火器中；以及至少一个气孔，所述至少一个气孔将所述预燃室流体连接到所述主燃烧室。所述点火器还包括活塞，所述活塞具有暴露于所述预燃室的活塞端面，并且所述活塞可在所述点火器外壳内在缩回位置与前进位置之间移动。所述点火系统还包括液压致动器，所述液压致动器被构造成向所述活塞施加致动力，使得所述活塞朝所述前进位置移动以将所述预燃室内的燃料和空气的点火装料的压力增加到自动点火阈值。
在又一方面，一种操作发动机的方法包括：将发动机中的发动机活塞朝上止点位置移动以增加主燃烧室中的燃料和空气的主装料的压力。所述方法还包括：将点火器中的液压室流体连接到加压液压流体源；以及将所述加压液压流体的压力施加到暴露于所述液压室的点火器活塞的液压致动表面，以使所述点火器活塞朝前进位置移动。所述方法还包括基于所述点火器活塞朝所述前进位置移动，将所述点火器的预燃室中的燃料和空气的点火装料的压力增加到自动点火阈值。所述方法还包括：将所述点火装料的燃烧气体从所述预燃室输送到所述主燃烧室中；以及通过所述点火装料的燃烧气体点燃所述主燃烧室内的主装料。
附图说明
图1是根据一个实施例的内燃发动机系统的部分剖面侧视图解图；
图2是图1的发动机系统的一部分(包括点火系统)的剖面侧视图解图；
图3是图2的点火系统的部分的剖面侧视图解图；
图4是根据一个实施例的点火系统的部分的剖面侧视图解图；以及
图5是与曲柄角度位置相比发动机致动器的致动器升力和气缸压力的图形。
具体实施方式
参考图1，示出了根据一个实施例的内燃发动机系统10，其包括内燃发动机12，该内燃发动机具有发动机外壳14，气缸或主燃烧室16形成在该发动机外壳中。发动机活塞18位于气缸16内，且可以常规的四冲程模式在上止点位置与下止点位置之间移动。连杆20将活塞18与曲轴22联接。发动机头24附接到发动机外壳14，并且具有多个气体交换阀26，所述多个气体交换阀可在发动机头中移动以大致常规方式控制发动机12的进气和排气。发动机12可包括各自配备有活塞且以任何合适构造(例如，同轴构造或V形构造)布置的任意数目的气缸。发动机12可以被构造成依靠在标准温度和压力下具有气态的多种气态燃料中的任一种操作，所述多种气态燃料包括天然气、甲烷、丙烷、沼气、填埋气体、矿井瓦斯、这些的混合物，或其它或者在燃烧室上游从液体转换为气体的燃料，例如预混合的汽油、醚、乙醇等。例如，设想了端口喷射或碳化合汽油或乙醇的应用。
为此目的，发动机系统10可包括：燃料系统28，其具有气态燃料供应30；汽化和加压设备32，其具有汽化器的性质；以及至少一个泵，其被构造成接收加压气态或低温储存的液态形式的气态燃料，并将气态燃料输送到发动机12以在气缸16中燃烧。在某些情况下，罐压力管理可用作泵的替代。发动机系统10还包括：进气口36，其被构造成接收进入的空气；以及涡轮增压器40，其流体定位在进气口36与发动机外壳14之间。涡轮增压器40可以包括压缩机42和涡轮44。后冷却器46等可以流体定位在涡轮增压器40与进气歧管48之间。进气流道50从进气歧管48延伸到发动机外壳14。第二进气流道52也被示出并且将被理解为延伸到发动机12的另一个气缸(未示出)。在图示的实施例中，进气口38被定位成通过气态燃料进入阀34将气态燃料供应到进气流道50中。在其它实施例中，气态燃料进入阀可以被构造成允许气态燃料进入进气歧管48，或例如可能在压缩机42上游的位置处。在其它实施例中，气态燃料可直接注入到气缸16中。在实际实施策略中，发动机系统10的操作可包括使用当量比为约1或更小，以及在一些实施例中当量比为约0.6或更小的气态燃料和空气的化学计量贫混合物操作。化学计量的贫燃料和空气混合物有时可能相对难以可靠且最佳地点火，并且在这种情况下预燃室点火装置已用于发动机点火目的。火花点火的预燃室点火装置在预燃室内利用火花产生。已观察到，火花塞可能需要比期望的更早地维修或经历性能下降。从以下描述将进一步显而易见，根据本公开的预燃室点火策略采用燃料和空气的点火装料的压缩点火，并且预期与火花点火的预燃室策略相比具有延长的使用寿命。
发动机12还包括点火系统54，该点火系统具有定位在发动机外壳24内的点火器56，并且具有被构造成将点火器56中的预燃室流体连接到气缸16的至少一个气孔70。点火器56包括活塞66、用于活塞66的液压致动器68，以及用于致动器68的控制阀组件69，其细节在本文中进一步论述。点火系统54还可包括存储加压液压致动流体的加压流体储存器71、低压流体源或罐77，以及至少一个泵75，所述至少一个泵被构造成对液压致动流体加压并且通过阀73将液压致动流体供应到加压流体储存器71。加压流体储存器71可以是共享流体储存器，例如公轨等，其存储一定体积的加压液压致动流体，以供应至多个点火器中的多个致动器，每个点火器与发动机12中的多个气缸中的一个相关联。专用单体泵等可用于发动机12中的每个点火器来代替共享加压流体储存器。电子控制单元79(包括任何合适的计算机控制单元)与控制阀组件69联接，以控制加压流体的供应以用于液压致动器68的液压致动，如本文进一步讨论的。
现在还参考图2，更详细地示出了发动机12和点火器56的若干方面。点火器56包括支撑在发动机头24中的点火器外壳58。在图示的实施例中，点火器外壳58包括多个外壳件，包括喷嘴59、主体件61、致动器外壳件63、主体件65和主体件67。主体件61在喷嘴59与致动器外壳件63之间延伸，并且在图示的实施例中，借助主体件65和主体件67联接到致动器外壳件63。预燃室62形成在点火器外壳58中，并且至少一个气孔70，通常是多个气孔70将预燃室62流体连接到气缸16。点火器56还包括活塞66，且活塞66具有暴露于预燃室62的活塞端面88。活塞端面88在图示的实施例中是活塞66的终端端面。活塞66可在点火器外壳58内在缩回位置(大致如图2中所描绘的)与前进位置之间移动。点火器56还包括液压致动器68，其被构造成将致动力施加到活塞66，使得活塞66朝前进位置移动以将预燃室62内的气态燃料和空气的点火装料的压力增加到自动点火阈值。在其它实施例中，不是单独的喷嘴和主体件，而是这些部件中的至少一些部件可以被集成。在图2中还示出了冷却剂通道57，其由发动机头24形成并围绕喷嘴59周向地延伸以使与喷嘴59接触的冷却剂流体循环，从而有助于消散预燃室燃烧的热以及主燃烧室(气缸)燃烧的热。应了解，活塞66定位和定向成与活塞18一致地往复运动，具有平行的往复运动方向且还基本上彼此同轴。然而，本公开并不限于此，并且在一些情况下，活塞66和点火器56自身可以从活塞18的往复运动轴线偏移、对角地定向或具有某一其它布置。还应了解，喷嘴59部分地限定气缸16，使得点火器外壳58部分地暴露于气缸16。在一些实施例中，喷嘴59可以被构造成延伸到气缸16中。
活塞66还可以包括：第一活塞头86，该第一活塞头包括活塞端面88；和联接到第一活塞头86的第二活塞头90。点火器56还可以包括在第一活塞头86与第二活塞头90之间附接到活塞66的活塞引导件81。引导件81可以被构造成使得当活塞66在其缩回位置与其前进位置之间移动时，引导件可滑动地接触点火器外壳58，特别是与点火器外壳58的中空主体件61的内表面滑动接触。构想了用于引导活塞66的移动的其它机构，如本文进一步讨论的。在缩回位置和前进位置的每一个位置处，活塞端面88都在预燃室62内。在前进位置处活塞端面88与气孔70间隔开，使得在活塞66的前进位置处气孔70通向气缸16且通向预燃室62。点火器56还可以包括：在点火器外壳58中保持压缩的偏置器80，诸如盘簧偏置器；以及偏置活塞66，其朝向缩回位置以对抗由致动器68产生的致动力。响应于从缩回位置朝前进位置移动活塞66，偏置器80被进一步压缩。
点火器外壳58还包括形成在其中的液压室84，并且活塞66包括暴露于液压室84的液压致动表面92，该液压致动表面形成在第二活塞头90上并且与第一活塞端面88相对定位。致动器68还包括形成在其中的液压流体端口74，并且控制阀组件69包括可在液压流体端口74流体连接到液压室84的打开位置与关闭位置之间移动的控制阀构件76。例如螺线管电致动器类的电致动器83通过电枢91与控制阀构件76联接，且通过电子控制单元79改变电能状态。例如，液压流体端口74可以流体连接到加压流体储存器71。同样在图示的实施例中，阀构件76包括可在打开位置与关闭位置之间移动的提升控制阀构件，在关闭位置处，阀构件76接触形成在控制阀组件69的阀体72中的阀座78和液压致动器68。在图示的实施例中，液压致动器68并且包括阀体72驻存在点火器56中，然而，应当理解，在其它情况下，液压致动器68或其部分可以与点火器56的其它部分物理分离。如本文所述，液压致动器68可以理解为包括第二活塞头90和控制阀组件69。在其它情况下，液压致动器可包括某种机构，其被构造成将力施加到介于控制阀与期望致动的活塞之间的部件，而不是活塞本身的一部分。细长杆85在第一活塞头86与第二活塞头90之间延伸，并且活塞66自身可以由至少三个单独件，即第一活塞头86、第二活塞头90和细长杆85构成。然而，活塞66可以形成为单个集成件。还应了解，点火器56可设计成适合现有包装约束，且大体上是细长的，以便接收在现有发动机头设计中，可能取代原本由现有设计中火花点火的预燃室点火装置另外占据的空间，或与其在相同的空间中。在图示的实施例中，点火器56位于发动机头24中的孔内，并且安装在附接到发动机头24的阀盖93下。在其它情况下，点火器56可以不是细长的，或者不太细长和/或不同地包装。摇臂组件95在图2中示出为靠近点火器56，并且以大体上常规的方式操作气体交换阀26。
现在还参考图3，示出了点火器56的一部分(包括喷嘴59)的放大视图。在图3中，活塞66示出为其可能出现在其缩回位置，不过以虚线示出为其可能出现在其前进位置。可以注意到，在活塞66的前进位置处，活塞端面88将保持与喷嘴59的内表面间隔开，并且不会阻塞气孔70，如上所述。活塞66可以在到达喷嘴59的内部端之前停止行进，例如，通过用阀构件76关闭座78，通过将偏置器80压缩到硬停止位或其线圈在其中足以完全对抗液压致动力的压缩状态，通过碰触物理停止位、液压缓冲或通过这些的组合。图3中还示出了附接到活塞66的活塞环98，以限制燃烧气体从活塞66与点火器外壳58之间的预燃室62窜漏。如图2中所示，点火器外壳58可以具有形成在其中的窜漏出口97，其用于将窜气排出点火器56例如进入发动机头24。在其它实施例中，不是一个或多个活塞环，而是活塞66和喷嘴59可被机加工成足够紧密的可接受地管控窜漏现象的公差，但仍可以使用窜漏出口。在这种实施例中，活塞66与喷嘴59之间的间隙可以用作活塞66的引导间隙，其中第一活塞头86与点火器外壳58之间的间隙比第二活塞头90与点火器外壳58(在图示的实施例中具体是致动器外壳63)之间的间隙相对更紧密。
现在参考图4，示出了根据另一实施例的点火器156的部分，其包括具有形成在其中的多个气孔170的喷嘴159。本文中对任一实施例的特征或功能的讨论应通过类比的方式理解为参考其它实施例的特征或功能，除非另有说明或者从上下文中明显可见。气孔170在喷嘴159的内喷嘴表面(未编号)与外喷嘴表面(未编号)之间延伸，并且每个气孔的流动面积在内喷嘴表面与外喷嘴表面之间增加，以预膨胀点火装料的流出燃烧气体。喷嘴159还具有形成在其中的预燃室162，且液压致动活塞166被构造成将预燃室162内的燃料和空气的点火装料的压力增加到自动点火阈值。每个气孔的内尺寸145可小于外尺寸140，并且气孔170可以在从预燃室62向外的方向上增加流动面积，并限定角135。角135可以小于45°，并且通常如图4所描绘小于近似30°。外开口尺寸140与内开口尺寸145的尺寸比率可以是约1.5：1至约2：1。活塞166的直径尺寸130可为约20毫米，且在孔尺寸为约170毫米的发动机中，活塞166的行进距离或行程距离104可小于约25毫米，且可能是约15毫米。这些方面的大致比例可预期按比例调整。因此，另一发动机实例可具有直径尺寸为约20x，活塞行进距离为小于约25x并且可能为约15x的点火器，其中尺寸属性与图4的实施例的尺寸属性以及本文中公开的其它尺寸属性类似地定义。构想了点火器活塞166的行进速度可在任何给定发动机循环期间小于气缸16中的发动机活塞18的行进速度，例如，约2米/秒或更少。术语“约”应当在常规舍入到一致数量的有效数字的背景中理解。因此，“约2”意味着1.5到2.4，等等。
工业适用性
总体参考附图，操作发动机12包括在发动机循环中朝上止点位置移动发动机12中的发动机活塞18，以增加主燃烧室或气缸16中燃料和空气的主装料的压力。在朝上止点位置移动发动机活塞18期间，可将气缸18中的燃料和空气输送到预燃室62中。在直接进给燃料的实施例中，燃料可通过专用燃料供应管线输送到预燃室62中。可在发动机循环中的合适时间致动控制阀组件69以将液压室84流体连接到液压流体端口74。以此方式流体连接液压室84允许将来自液压室84的加压液压流体的压力施加到暴露于液压室84的液压致动表面92，并使点火器活塞66朝前进位置移动。使点火器66朝前进位置移动使预燃室62中的燃料和空气的点火装料的压力增加到自动点火阈值。
在一些情况下，可通过发动机活塞18的向上行进和/或点火器活塞66的向上行进将形成预燃室62中的点火装料的燃料和空气推动到预燃室62中。另外或替代地，燃料可例如通过发动机头24中的专用燃料供应管线直接供应到预燃室62中。当点火装料的压力增加到自动点火阈值时，燃料和空气将在预燃室62中自动点火，并且触发其中的压力和温度的快速增加。已在预燃室62内点燃的点火装料的燃烧气体形成火焰喷射，所述火焰喷射从喷嘴59向外行进到主燃烧室或气缸16中。火焰喷射将根据熟知的原理点燃气缸16内的燃料和空气的主装料。活塞环98或可能多个活塞环可以在操作期间限制燃烧气体经过活塞66的窜漏。
参考图5，示出了根据本公开的操作的某些方面，其分别包括X轴上的曲柄角度，以及左Y轴和右轴上的升力和气缸压力。第一轨迹302示出了预燃室活塞升力，例如在约200RPM发动机速度下的操作。另一轨迹304示出了可以在约1400RPM发动机速度下观察到的预燃室活塞升力。预燃室活塞升力意味着来自静止或缩回位置的升力，换句话说，在全升力状态，活塞66完全缩回，而在最小升力状态，活塞66完全推进。进气阀升力在轨迹306处示出，并且在轨迹308处示出了排气阀升力。在又一轨迹310处示出了气缸压力。
可注意到，在约200RPM的相对较慢的发动机速度下，轨迹302示出了活塞66在约-400°曲柄角从前进位置移动到缩回位置，且接着在0°曲柄角之前几度的定时移动到前进位置以使点火装料自动点火。轨迹304示出了在约1400RPM的相对较快的发动机速度下，活塞66在-180°从前进位置移动到缩回位置，且接着开始在约-50°移动到前进位置以使点火装料自动点火。图5所示事件的定时和相对定时仅是说明性的。
尽管并不严格限制，但在许多应用中，将期望活塞66在上止点之前的几度自动点燃点火装料，使得火焰喷射将在近似0°曲柄角下从喷嘴59向外行进，无论发动机速度如何。由于点火器56可独立于发动机速度来控制，因此通常可能且期望改变活塞66的速度和/或定时，例如通过改变致动控制阀组件69的定时和/或改变加压流体储存器71中的液压致动流体的压力。由于进气阀和排气阀致动可以相对于发动机速度固定，但是点火器操作不是，控制阀的定时的变化和/或施加到活塞66的致动力的变化可以用于使点火器活塞66独立于发动机活塞18而定相。鉴于本说明书，本领域技术人员将设想点火器56中的事件的定时可相对于内燃发动机系统10中的事件的定时而变化的各种其它方式。
本说明书仅用于说明目的，并且不应被解释为以任何方式缩小本公开的范围。因此，本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的完整和合理范围和精神的情况下，可对本文公开的实施例进行各种修改。通过查看附图和所附权利要求书，其它方面、特征和优点将变得显而易见。如本文所使用，冠词“一(a)”和“一(an)”旨在包括一个或多个物品，且可与“一个或多个”互换使用。在想要表示仅有一个物品时，使用术语“一个(one)”或类似语言。此外，如本文中所使用，术语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等旨在为开放式术语。此外，短语“基于”意图表示“至少部分地基于”，除非另有明确说明。
Claims (11)
1.一种用于内燃发动机的点火系统，包括：
点火器，所述点火器包括点火器外壳，所述点火器外壳具有形成在其中的预燃室和至少一个气孔，所述至少一个气孔被构造成将所述预燃室流体连接到所述内燃发动机中的气缸；
所述点火器还包括活塞，所述活塞具有暴露于所述预燃室的活塞端面，并且所述活塞可在所述点火器外壳内在缩回位置与前进位置之间移动；以及
液压致动器，所述液压致动器被构造成向所述活塞施加致动力，使得所述活塞朝所述前进位置移动以将所述预燃室内的燃料和空气的点火装料的压力增加到自动点火阈值。
2.根据权利要求1所述的点火系统，其中所述点火器外壳包括形成所述预燃室并且具有形成在其中的多个气孔的喷嘴，并且其中所述活塞端面在所述前进位置处与所述多个气孔间隔开，使得所述多个气孔在所述前进位置处通向所述预燃室；
所述活塞还包括活塞环，所述活塞环附接到所述活塞并且限制燃烧气体在所述活塞与所述喷嘴之间的窜漏，并且所述点火器外壳具有形成在其中的窜漏出口，所述窜漏出口用于将窜气排出所述点火器；
所述点火器外壳具有形成在其中的液压室，并且所述活塞还包括液压致动表面，所述液压致动表面暴露于所述液压室并且与所述活塞端面相对地定位。
3.根据权利要求2所述的点火系统，还包括偏置器，所述偏置器使所述活塞朝所述缩回位置偏置以对抗所述致动力；
所述活塞端面在所述缩回位置和所述前进位置的每一个位置处都在所述喷嘴内，并且所述偏置器在所述点火器外壳中保持压缩，并且响应于从所述缩回位置朝所述前进位置移动所述活塞而被压缩。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的点火系统，其中所述活塞包括：第一活塞头，所述第一活塞头包括所述活塞端面；以及联接到所述第一活塞头的第二活塞头，并且所述点火器还包括活塞引导件，所述活塞引导件在所述第一活塞头与所述第二活塞头之间附接到所述活塞并且可与所述点火器外壳滑动接触。
5.根据前述权利要求中任一项所述的点火系统，其中所述液压致动器还包括：形成在其中的液压流体端口；以及控制阀组件，所述控制阀组件具有可在所述液压流体端口流体连接到所述液压室的打开位置与关闭位置之间移动的控制阀以及与所述控制阀联接的电致动器。
6.一种内燃发动机，包括：
燃料供应；
发动机外壳，所述发动机外壳具有形成在其中的主燃烧室；
点火系统，所述点火系统包括：点火器，所述点火器具有形成在其中的预燃室；以及至少一个气孔，所述至少一个气孔将所述预燃室流体连接到所述主燃烧室；
所述点火器还包括活塞，所述活塞具有暴露于所述预燃室的活塞端面，并且所述活塞可在点火器外壳内在缩回位置与前进位置之间移动；并且
所述点火系统还包括液压致动器，所述液压致动器被构造成向所述活塞施加致动力，使得所述活塞朝所述前进位置移动以将所述预燃室内的燃料和空气的点火装料的压力增加到自动点火阈值。
7.根据权利要求6所述的发动机，其中所述点火器中的活塞与所述主燃烧室中的活塞一致地往复运动，并且所述点火器还包括偏置器，所述偏置器将所述点火器中的活塞朝所述缩回位置偏置以对抗所述致动力；并且
所述点火器还包括形成在其中的液压室，并且所述活塞还包括液压致动表面，所述液压致动表面暴露于所述液压室并且与所述活塞端面相对地定位。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的发动机，其中：
所述活塞包括活塞头，并且所述活塞端面形成在所述活塞头上，并且所述活塞包括附接到所述活塞头的活塞环；
所述液压致动器还包括：形成在其中的液压流体端口；以及控制阀组件，所述控制阀组件具有可在所述液压流体端口流体连接到所述液压室的打开位置与关闭位置之间移动的控制阀；并且
所述点火器包括具有喷嘴的点火器外壳，并且所述活塞在所述缩回位置和所述前进位置的每一个位置处都在所述喷嘴内。
9.根据权利要求8所述的发动机，其中所述控制阀组件包括驻存在所述点火器中并且具有形成在其中的阀座的阀体，并且其中所述控制阀包括在所述关闭位置阻挡所述阀座的提升控制阀构件。
10.一种操作发动机的方法，包括：
将发动机中的发动机活塞朝上止点位置移动以增加主燃烧室中的燃料和空气的主装料的压力；
将点火器中的液压室流体连接到加压液压流体源；
将所述加压液压流体的压力施加到点火器活塞的暴露于所述液压室的液压致动表面，以使所述点火器活塞朝前进位置移动；
基于所述点火器活塞朝所述前进位置移动，将所述点火器的预燃室中的燃料和空气的点火装料的压力增加到自动点火阈值；
将所述点火装料的燃烧气体从所述预燃室输送到所述主燃烧室中；以及
通过所述点火装料的燃烧气体点燃所述主燃烧室内的主装料。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括致动驻存在所述点火器中的控制阀组件，以将所述点火器中的液压室流体连接到所述加压液压流体源；
其中致动所述控制阀组件还包括将提升控制阀从阻挡阀座的关闭位置移动到打开位置；
其中输送所述点火装料的燃烧气体还包括输送已在所述预燃室内点燃并且形成火焰喷射的燃烧气体，所述火焰喷射从暴露于所述主燃烧室的所述点火器的喷嘴向外行进；并且
所述方法还包括通过活塞环限制燃烧气体经过所述点火器活塞的窜漏。
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|---|---|---|---|---|
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| US11078826B1 (en) * | 2020-10-28 | 2021-08-03 | Caterpillar Inc. | Gaseous fuel engine and sparkless operating strategy therefor |
| DE102022125505B4 (de) | 2022-10-04 | 2024-05-08 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Vorbrennkammer für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Vorkammerzündung |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR432999A (fr) * | 1911-08-05 | 1911-12-21 | Societe De Moteurs A Gaz Et D Industrie Automobile | Pulvérisateur inflammateur pour moteurs à combustion interne |
| US4075996A (en) * | 1976-01-05 | 1978-02-28 | Hisserich Charles A | External compression ignition system for internal combustion engines |
| US4384553A (en) * | 1980-12-22 | 1983-05-24 | Ford Motor Company | Two stage compression ignition fuel ignitor |
| JPH10141060A (ja) * | 1996-11-07 | 1998-05-26 | Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk | 副室容積可変式ガスエンジン |
| US6354250B1 (en) * | 1999-06-15 | 2002-03-12 | Venancio Rodriguez Lopez | Internal combustion engine |
| US20030116121A1 (en) * | 2001-12-20 | 2003-06-26 | Agama Jorge R. | Rapid compression prechamber for internal combustion engine |
| DE102016000436A1 (de) * | 2015-01-22 | 2016-07-28 | Caterpillar Inc. (n.d.Ges.d. Staates Delaware) | Zündungssystem mit einer steuerbaren Entlüftung der Vorkammer |
| US20160230645A1 (en) * | 2012-11-27 | 2016-08-11 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Internal combustion engine |
| US20180038269A1 (en) * | 2016-08-05 | 2018-02-08 | Caterpillar Inc. | Sparkplug Assembly with Prechamber Volume |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2148458A (en) * | 1937-06-29 | 1939-02-28 | Frederick P Grahman | Detonator for internal combustion engines |
| US4413781A (en) | 1980-12-22 | 1983-11-08 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Fuel injection nozzle |
| DE3117133A1 (de) | 1981-04-30 | 1982-11-18 | Volkswagenwerk Ag, 3180 Wolfsburg | "einrichtung zur lastabhaengigen steuerung des verdichtungsverhaeltnisses einer 4takt-hubkolben-brennkraftmaschine" |
| EP0371759A3 (en) | 1988-11-29 | 1990-08-22 | The University Of British Columbia | Intensifier-injector for gaseous fuel for positive displacement engines |
| JP3583784B2 (ja) | 1994-02-15 | 2004-11-04 | インヴェント・エンジニアリング・プロプライエタリー・リミテッド | 油圧駆動電子燃料噴射システム |
| US5862792A (en) | 1996-02-28 | 1999-01-26 | Paul; Marius A. | Self-injection system |
| JP3779250B2 (ja) | 2002-09-17 | 2006-05-24 | ボッシュ株式会社 | Ｄｍｅ燃料用燃料噴射ノズル、該ｄｍｅ燃料用燃料噴射ノズルを備えたディーゼルエンジン |
| US6953020B2 (en) * | 2003-10-07 | 2005-10-11 | Robert Bosch Gmbh | Control of auto-ignition timing for combustion in piston engines by prechamber compression ignition |
| US20160123286A1 (en) | 2012-06-10 | 2016-05-05 | Quantlogic Corporation | Method, system, and fuel injector for multi-fuel injection with pressure intensification and a variable orifice |
| US20140175192A1 (en) | 2012-12-21 | 2014-06-26 | Quantlogic Corporation | Mixed-mode fuel injector with a variable orifice |
| US20150369192A1 (en) | 2014-06-23 | 2015-12-24 | Caterpillar Inc. | Low Soot Dual Tip Variable Conicity Injector |
| US9739192B2 (en) | 2015-05-04 | 2017-08-22 | Caterpillar Inc. | Fuel combustion system, nozzle for prechamber assembly with curved orifices, and method of making same |
| US20190353088A1 (en) | 2018-05-15 | 2019-11-21 | GM Global Technology Operations LLC | Variable volume pre-chamber for a combustion engine |
| US11078827B2 (en) * | 2018-10-11 | 2021-08-03 | Caterpillar Inc. | Pre-chamber ignition system having igniter with gas orifice structured for pre-expanding outgoing combustion gases |
-
2019
- 2019-06-11 US US16/437,870 patent/US11125147B2/en active Active
-
2020
- 2020-06-03 GB GB2008378.8A patent/GB2586536B/en active Active
- 2020-06-03 CN CN202010495752.5A patent/CN112065568A/zh active Pending
- 2020-06-04 DE DE102020114920.4A patent/DE102020114920A1/de active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR432999A (fr) * | 1911-08-05 | 1911-12-21 | Societe De Moteurs A Gaz Et D Industrie Automobile | Pulvérisateur inflammateur pour moteurs à combustion interne |
| US4075996A (en) * | 1976-01-05 | 1978-02-28 | Hisserich Charles A | External compression ignition system for internal combustion engines |
| US4384553A (en) * | 1980-12-22 | 1983-05-24 | Ford Motor Company | Two stage compression ignition fuel ignitor |
| JPH10141060A (ja) * | 1996-11-07 | 1998-05-26 | Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk | 副室容積可変式ガスエンジン |
| US6354250B1 (en) * | 1999-06-15 | 2002-03-12 | Venancio Rodriguez Lopez | Internal combustion engine |
| US20030116121A1 (en) * | 2001-12-20 | 2003-06-26 | Agama Jorge R. | Rapid compression prechamber for internal combustion engine |
| US20160230645A1 (en) * | 2012-11-27 | 2016-08-11 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Internal combustion engine |
| DE102016000436A1 (de) * | 2015-01-22 | 2016-07-28 | Caterpillar Inc. (n.d.Ges.d. Staates Delaware) | Zündungssystem mit einer steuerbaren Entlüftung der Vorkammer |
| US20180038269A1 (en) * | 2016-08-05 | 2018-02-08 | Caterpillar Inc. | Sparkplug Assembly with Prechamber Volume |
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