CN1723343A - 供给气体燃料的内燃机的控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了在内燃机燃烧室内创造一种适合燃料的自燃和燃烧的环境的方法和装置，本来这些燃料是不会自燃的。在高负荷条件下，在活塞的压缩冲程期间将引燃量的燃料喷射到内燃机燃烧室中，选择燃料量和正时以到主燃料喷射所需的时间时，将燃烧室内的进气加热到燃料的自燃温度或燃料的自燃温度之上，以在作功冲程期间驱动活塞。通常，应该在活塞的上止点或上止点附近达到自燃温度。还披露了以本方法教导的方式输送燃料的喷射器设计。

Description

供给气体燃料的内燃机的控制方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用来在直接喷射式内燃机的燃烧室中产生燃烧活动的方法和装置。
背景技术
用天然气可以给运行的柴油机带来排放方面的好处，例如，天然气是一种烧净的燃料(相对于柴油)。具体地说，天然气一般允许发动机具有降低的微粒物质(PM)、碳氢化合物、导致温室效应的气体和氮氧化物(NOX)的排放水平。
另外，用天然气代替传统燃料能帮助减少对石油的依赖，因为天然气相对丰富且可广泛得到。
在本公开中，将关于供给天然气的发动机来描述本发明。然而，也可以用其它的气体燃料代替并具有类似的好处。例如，气体燃料如甲烷、乙烷、丙烷和较轻且易燃的烃类衍生物以及氢和hythaneTM(天然气和氢的混合物)和其它这种气体燃料也可以用于本发明。
在供给天然气的发动机技术中的新近的发展表明，以高压喷射到燃烧室中的天然气能产生与柴油机性能相似的发动机性能。这种由申请人研究的高压直接喷射技术被称为HPDITM技术，其给关于供给柴油的发动机的排放水平提供了一个解决方案，同时关于供给柴油的发动机的性能没有带来多少或没有带来任何恶化。
使用当前柴油机技术的天然气需要点燃辅助策略。与柴油不同，当喷射到在典型运行的柴油机中产生的燃烧室环境内时，天然气不会迅速自燃，因而，为了在这种发动机中确保天然气的及时点燃和燃烧，提供了点燃辅助。就本公开而言，燃料的自燃温度是燃烧室内的进气的温度，该温度将引起那种燃料的自燃和燃烧。自燃应该发生在直接喷射燃料之后的时期内，该燃料适合将所需的能量提供给活塞。为了明确，上述其它气体燃料以及一些液体燃料如甲醇和具有较高自燃温度的其它燃料需要点燃辅助策略。
一种点燃辅助策略采用电热塞或其它突出到燃烧室中的热表面，冲击到这种热表面上的天然气将被点燃和燃烧。
第二种点燃辅助策略是用少量的柴油作为点燃燃料，这里，当活塞在上止点附近时，在喷射天然气之前不久或近似与喷射天然气同时，柴油被喷射到燃烧室中。由于当活塞在上止点附近时，柴油通常在燃烧室内建立的条件下自燃，所以该柴油的燃烧将触发主气体燃料如天然气的点燃。
在本公开中，“上止点附近”意味着上止点的30度内。
关于这两种方法都存在技术难题。在热表面点燃的情况下，如果在燃烧室内的一点处发起燃烧，则可能出现不完全燃烧，导致碳氢化合物排放增加和燃烧能的损失，这些损失的燃烧能本来是能用来驱动活塞的。为了促进完全燃烧，需要将在热表面产生的火焰传播到整个燃烧室中，以便点燃所有喷射的天然气。然而，由于火焰传播可能是不完全的，所以引入到燃烧室各部分中的最远离电热塞的气体可能没能被点燃，或它可能没有被完全点燃。作为例子看：Mueller C.J.and Musculus，M.P.，“Glow PlugAssisted Ignition and Combustion of Methanol in an Optical DI DieselEngine”，SAE paper 2001-01-2004。如果火焰传播不是迅速得足以发起燃烧室内的气体的燃烧，直接喷射的天然气量对于点燃来说可能变得太缺乏。
当将点燃燃料用于点燃辅助策略时，必须供给两种燃料，就是说，需要单独的燃料供给系统，增加了发动机的复杂性。并且，取决于点燃燃料的数量和类型，可能由于点燃燃料的燃烧而产生不希望的排放。
此外，点燃燃料系统增加了天然气发动机的成本，存在与点燃燃料系统相关的资本成本以及维护时间和用于这种维护的成本。
其它措施可以用来帮助点燃HPDITM天然气发动机。例如，在气体被直接喷射之后，能用火花点燃天然气，然而，直接喷射的天然气的火花点火具有许多与电热塞点燃相同的难题。
本发明针对上述问题。
发明内容
本发明提供了关于内燃机运行的方法和装置。
本发明的一个方面提供了一种帮助将直接喷射的气体燃料点燃的方法和装置。该方法在燃烧室内具有的条件下，将进气预热到天然气的自燃温度之上。
该方法和装置可以在将主要量的气体燃料引入燃烧室之前，在全部进气中建立点燃环境。
本发明另一个方面提供了一种通过将进气引入燃烧室中、在燃烧室内对该进气进行压缩和确定何时发动机负荷等于或大于预定阀值负荷，来运行内燃机的方法。当发动机负荷等于或大于预定阀值负荷时，发动机运行在第一运行模式中。第一运行模式包括将第一量的燃料直接喷射到燃烧室中，并点燃该第一量的燃料以将进气温度升高到燃料的自燃温度之上，然后，当进气的温度处于或高于燃料的自燃温度时，将第二量的燃料直接喷射到燃烧室中。
本发明的一些实施例包括在发动机负荷图上确定一系列的点，其中每个点都对应不同的负荷条件。可以通过电热塞来点燃第一量的燃料，可以在上止点之前的60度到30度的曲柄角之间引入第一量的燃料。
在活塞处于上止点时，在进气内提供燃料的自燃温度是理想的。
第二量的燃料可以包括比第一量更大质量的燃料。
可以安排喷射第二量的燃料的时间，以便大多数第二量的燃料在活塞的作功冲程期间点燃和燃烧。例如，可以在活塞处于上止点附近时喷射第二量的燃料。
一些实施例提供了第二运行模式，其中燃料被直接喷射到燃烧室中。燃料的喷射正时使大多数燃料在活塞的作功冲程期间燃烧。可以通过电热塞将燃料点燃。当运行于第二运行模式中时，可以在电热塞的方向上喷射燃料。第二运行模式可以是低负荷模式。
在一些实施例中，在第二运行模式中，在上止点之前的-20度到20度的曲柄角之间喷射燃料，可以提供在活塞的作功冲程期间点燃和燃烧的燃料的二次喷射。
本发明另一个方面提供了一种方法，在选择低或高负荷的场合，其使得供给气体燃料的内燃机在高负荷条件下运行。在高负荷下，该方法包括将进气引入燃烧室中，和在活塞的压缩冲程期间在燃烧室内对该进气进行压缩。在活塞的压缩冲程期间，将引燃量的燃料提供到燃烧室内的压缩的进气中，然后点燃该引燃量的燃料，使进气的温度升高，当该温度符合或超过燃料的自燃温度时，将主要量的燃料引入到进气中。
本发明又一个方面提供了一种在正在运行的供给气体燃料的内燃机的燃烧室内建立自燃环境的方法。该方法包括压缩进气和在燃烧室内点燃第一量的燃料，使进气的温度升高。这在压缩冲程期间来做。一旦温度处于或超过燃料的自燃温度，就将第二量的燃料直接喷射到燃烧室中。
本发明还打算用天然气或包括甲烷的燃料作为燃料。
本发明的一些实施例提供了一种高压喷射阀，其在输送主要量的气体燃料之前，将被引导的引燃量的气体燃料输送到热表面上。该燃料喷射阀包括空心阀体，空心阀体包括可插入燃烧室中的阀尖，还包括设置在阀尖内的引燃燃料喷口，用来在帮助点燃气体燃料的装置的方向上喷射燃料。此外，与布置在空心阀体内的阀针一起，包括多个主燃料喷口，与引燃燃料喷口相比，主燃料喷口用来将燃料喷射到燃烧室的更大部分中。阀针可在三个位置之间移动，第一个是关闭位置，其中在空心阀体内包含增压量的燃料，第二个是第一打开位置，其中可通过引燃燃料喷口且仅仅可通过引燃燃料喷口来喷射燃料，第三个是第二打开位置，其中可通过引燃燃料喷口和多个主燃料喷口来喷射燃料。燃料可以包括气体燃料，气体燃料例如包括天然气或包括甲烷的燃料。
在一些实施例中，喷射阀包括从阀针的杆部延伸的针尖，阀针的杆部的横截面积比针尖的大。环形肩部布置在针尖和杆部之间，其中环形肩部包括一个密封面，当密封面被推靠在阀座上时，密封面与阀座共同作用将气体燃料密封在空心阀体内。此外，在阀针处于第一打开位置中时，喷射阀针尖与空心阀体的一内表面共同作用，以防止燃料通过主燃料喷口离开空心阀体。
在喷射阀中，针尖的径向面可以紧密地配合在阀尖内的井孔中。在阀针处于第一打开位置中时，针尖和井孔侧壁之间的间隙提供了一个流动限制，该流动限制基本上防止了气体燃料流到主燃料喷口。阀针可以缩回到空心阀体内，以便针尖从井孔中升起，由此气体燃料可以流到主燃料喷口。
针尖可相对于阀针的杆移动。当阀针处于第一打开位置中时，针尖的端面可以座靠在第二阀座上，第二阀座由空心阀体的一个内表面提供。当阀针处于第二打开位置中时，针尖可以升起远离第二阀座。当阀针处于关闭位置中或第一打开位置中时，针尖可以被弹簧或布置在针尖和杆之间的其它偏压机构推靠在第二阀座上。针尖可以包括一个凸缘，该凸缘与杆的一唇部共同作用，以使得当杆缩回到空心阀体中超过一个预定距离时，针尖升起远离第二阀座。
所述引燃燃料喷口可以是多个引燃燃料喷口中的一个，其联合打开面积小于多个主燃料喷口的联合打开面积。点燃燃料口可以定向成将气体燃料喷射到燃烧室的一个部分中，该部分包括用来帮助点燃的装置。
可以提供多个主燃料喷口。在本发明一些实施例中，主燃料喷口没有用来在用于帮助点燃的装置的方向上喷射燃料。
又一个实施例包括用第一关闭偏压措施、第二关闭偏压措施、第三关闭偏压措施、第一打开偏压措施和第二打开偏压措施在关闭位置、第一打开位置和第二打开位置之间驱动所述阀针。第一关闭偏压措施、第二关闭偏压措施和第三关闭偏压措施可以分别是逆着第一打开偏压措施和第二打开偏压措施作用在阀针上的第一流体力、第二流体力和第三流体力。第一流体力大于由第一打开偏压措施输送的第一打开力和由第二打开偏压措施输送的第二打开力，从而将阀针驱动到关闭位置。第二流体力大于第一打开力且小于第二打开力，从而将阀针驱动到第一打开位置。第三流体力小于第一打开力和第二打开力，从而将阀针驱动到第二打开位置。
在又一个实施例中，第一打开偏压措施由硬弹簧提供，第二打开偏压措施由软弹簧提供。硬弹簧和软弹簧在阀针和阀尖之间起作用。
本发明另一个方面提供了一种内燃机，包括基本上由气缸、可在气缸内往复运动的活塞和气缸盖的火力板(fire deck)确定的燃烧室，一装置布置在燃烧室内用来帮助将气体燃料点燃，提供了用来将气体燃料直接喷射到燃烧室中的燃料喷射阀，燃料喷射阀包括空心阀体，空心阀体包括可插入燃烧室中的阀尖，用来在所述装置的方向上喷射燃料的阀尖内的引燃燃料喷口，多个主燃料喷口，与引燃燃料喷口相比，主燃料喷口将燃料喷射到燃烧室的更大部分中，所述多个主燃料喷口的联合打开面积大于与引燃燃料喷口相关的打开面积，阀针布置在空心阀体内，阀针可在关闭位置、第一打开位置和第二打开位置之间移动，在关闭位置中，增压量的气体燃料包含在空心阀体内，在第一打开位置中，仅仅可通过引燃燃料喷口来喷射气体燃料，在第二打开位置中，可通过引燃燃料喷口和通过所述多个主燃料喷口来喷射气体燃料。
阀尖可以基本上位于火力板上的中央，用来帮助点燃的装置可以与阀尖间隔开一个径向距离，用来帮助点燃的装置可以包括电热基。
此外，在使用电热塞的场合，发动机优选地还包括电热塞防护件。在优选实施例中，防护件的至少一部分位于燃烧室中，在电热塞和燃料喷射阀之间，防护件还能包围电热塞。在又一个实施例中，防护件能确定至少两个燃料通道，至少一个进入通道和至少一个退出通道，所述至少一个进入通道用来接收第一量的气体燃料，其中第一量的气体燃料由电热塞点燃，所述至少一个退出通道用来将火焰引到在退出通道之外且被引到防护件周围的第二量的气体燃料中，所述火焰在第一量的气体燃料燃烧期间产生。在又一个实施例中，第一量的燃料被引燃燃料喷口引入到进入通道中。
发动机可以包括用来命令阀针的控制器，当命令所述控制器在高负荷运行模式下工作时，在发动机运行期间，当活塞处于上止点之前的60到30度的曲柄角之间时，控制器命令阀针到达第一打开位置。控制器还可以命令阀针工作在预定阀值负荷之上。控制器工作在第一运行模式中，其中当活塞处于上止点之前的60到30度的曲柄角之间时，控制器命令阀针到达第一打开位置。控制器还在燃烧室处于气体燃料的自燃温度或处于气体燃料的自燃温度之上时，命令阀针到达第二打开位置。在一些实施例中，控制器可以根据发动机负荷图上的一系列点来确定阀值负荷，每个点都与不同的负荷条件对应。
本发明又一个实施例提供了在供给气体燃料的直接喷射式内燃机的燃烧室中使用的电热塞防护件，该内燃机使用在本公开中教导的方法。电热塞防护件包括外表面和与外表面相对的内表面，防护件确定至少一个进入径向面和至少一个退出径向面，每个径向面都从外表面突出，在外表面处，所述至少一个进入径向面和至少一个退出径向面中的每个都确定至少一个交线，该交线从用于每个所述至少一个进入径向面和至少一个退出径向面的内表面向后突出，并且，所述至少一个进入径向面和至少一个退出径向面中的每个都确定至少一个进入线和确定至少一个退出线，在进入线处，所述至少一个进入径向面与外表面相交，在退出线处，所述至少一个退出径向面与外表面相交。在所述至少一个交线处在全部的所述至少一个进入径向面和全部的所述至少一个退出径向面之间的全部角度应该大于45度。防护件还确定至少两个通道，一进入通道和一退出通道，所述进入通道以每个所述至少一个进入线为中心，所述退出通道以每个所述至少一个退出线为中心。并且，电热塞防护件可以是圆柱形的。在又一个实施例中，电热塞防护件能确定一个顶面，在该顶面，防护件从内燃机燃烧室内的火力板悬挂下来。照此，进入通道和退出通道与所述顶面的距离相等。在一个优选实施例中，通道还可以是孔。
本主题发明的又一个实施例包括一种运行内燃机的方法，该方法包括将进气引入燃烧室中，在燃烧室内对该进气进行压缩，和确定何时发动机负荷等于或大于预定阀值负荷。当发动机负荷等于或大于预定阀值负荷时，发动机将运行在第一运行模式中。第一运行模式包括，在压缩进气时，喷射处于进入通道处的第一量的燃料，所述进入通道由延伸到燃烧室中的电热塞防护件确定，电热塞防护件布置在喷射器和靠近防护件的电热塞之间，所述第一量的燃料在穿过进入通道之后在电热塞上被点燃，通过退出通道将所述第一量的燃料的燃烧引起的火焰引向第二量的燃料，所述退出通道在防护件中确定，所述第二量的燃料被引导经过防护件并引导到退出通道之外，火焰使得所述第二量的燃料被点燃，第一和第二量燃料的燃烧增加了燃烧室内的进气的温度，最后，当进气的温度处于燃料的自燃温度或燃料的自燃温度之上时，在接近完成进气的压缩时，将第三量的燃料直接喷射到燃烧室中。
在又一个实施例中，该方法包括燃烧是气体燃料的场合，气体燃料包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和氢中的至少一种。
下面描述本发明其它方面和本发明具体实施例的特征。
附图说明
在表示本发明非限制性实施例的图中：
图1表示内燃机燃烧室的侧视横截面，其具有气体燃料喷射阀和电热塞，燃烧室表示为处于压缩冲程期间，在将天然气喷射到燃烧室中之前；
图2a和2b表示与图1相同的实施例的两个视图，但在压缩冲程中更后的地方，在将引燃量的气体燃料引入到燃烧室中时，图2a表示燃烧室的侧视横截面，图2b表示横穿图2a中所示的剖面线2B-2B的燃烧室的顶视图；
图3a和3b表示与图1和2相同的实施例的两个视图，但处于活塞在上止点或上止点附近、接近压缩冲程完成、主要量的气体燃料被喷射到燃烧室中时，图3a表示燃烧室的侧视横截面，图3b表示横穿图3a中所示的剖面线3B-3B的燃烧室的顶视图；
图4是一个曲线，表明进气温度和天然气放热率与曲柄角的关系；
图5表示用来喷射引燃量的燃料和主要量的燃料的燃料喷射阀的下部的一个实施例的侧视横截面，在图5中，燃料喷射阀是关闭的；
图6表示图5的燃料喷射阀的下部的侧视横截面，但阀针的位置允许将引燃量的气体燃料喷射到燃烧室中；
图7表示阀针的位置允许将主要量的气体燃料喷射到燃烧室中时的喷射阀的下部的侧视横截面；
图8表示燃料喷射阀的下部的另一个实施例的侧视横截面，其位于关闭位置中，处于将任何燃料喷射到内燃机燃烧室中之前；
图9表示图8的实施例的侧视横截面，阀针组件的位置允许将引燃量的气体燃料喷射到内燃机燃烧室中；
图10表示图8的实施例的侧视横截面，阀针组件的位置允许将主要量的气体燃料喷射到内燃机燃烧室中；
图11表示喷射阀的又一个实施例的侧横截面图，带有阀的上游控制件；
图12表示用于本主题发明的热表面组件的实施例的两个视图，图12a表示在时间t1时的热表面组件的侧视图，图12b表示在时间t2时的热表面组件的横截面顶视图。
具体实施例
在本发明中，提供了一种方法和装置来在燃烧室内创造适合天然气在燃烧室内自燃和燃烧的环境。
参考图1，示出了燃烧室的侧视横截面。在所示实施例中，活塞20在气缸24内正在箭头22的方向上移动，燃烧室26由气缸24、活塞20和气缸盖28的火力板部分地确定，还示出了喷射阀30和电热塞32，它们两个都突出到燃烧室26中。
参考图2a和2b，示出了与图1中所示相同的实施例，其处于发动机的压缩循环内更后的时间。关于该实施例，在全部图中都用同样的附图标记表示同样的特征。以点燃燃料射流34的方式将天然气直接喷射到燃烧室26中，点燃燃料射流被引向电热塞32，在电热塞32处，在点燃燃料燃烧区36中发生燃烧。图2a是侧视横截面，图2b表示通过图2a中所示的剖面线2B-2B看到的燃烧室26的顶视图。
参考图3，示出了图1和2的实施例，其时正在箭头22的方向上移动的活塞20在接近完成压缩冲程时、处于上止点或上止点附近。这里，主要量的天然气以主燃料射流35的方式直接喷射到整个燃烧室26中。在该阶段，燃烧区38正在点燃燃料射流34和主燃料射流35周围形成。
图4提供了一个图表，其绘出了燃烧室26内的放热率(线50)，和燃烧室温度(线52)，两者都对照用所披露的方法在图1到3所示的实施例的旋转度数中测量的曲柄角。为了与线50和52比较，还示出了线54和线56，线54是温度曲线，线56是内燃机的同一燃烧室的放热率曲线。这些线表示当没有用引燃量的天然气来预处理进气时的燃烧室中的情况。还示出了线58，其表示当对被供以天然气的典型压燃式柴油机进行测量时，被供以天然气的典型压燃式柴油机在高负荷条件下的自燃温度。
图1到4说明了当发动机正运行于高负荷条件下时，在运行所述装置的优选实施例的方法中的优选步骤。图1和2还帮助表明在低负荷条件下的运行的优选方法。下面将更详细地讨论在该用于高负荷和低负荷的方法中的步骤。
参考图1和4，示出了活塞20，其正在发动机的压缩冲程期间在箭头22的方向上朝着上止点移动。活塞20正在压缩在进气冲程期间引入到燃烧室中的进气，未示出的进气冲程就在压缩冲程之前。进气可以是带有或不带有一些废气再循环(EGR)或其它进气成分的大量新鲜空气，如本领域技术人员所懂得的。
在压缩冲程期间，进气温度增加。对于发动机的特定压缩比，在压缩过程中的温度升高是有限的。参考图4，直到上止点之前的大约30度，仅仅进气的压缩是进气温度增加的原因。参考图2和4，为了增大进气的温度增加，在压缩冲程的较后部分期间，点燃燃料射流34将天然气引入到燃烧室26中。点燃燃料射流34被引向电热塞32，在电热塞32附近，该引燃量的天然气在点燃燃料燃烧区36中被点燃，引燃量的天然气的燃烧连同在完成压缩冲程期间的另外的进气压缩一起显著地增加了燃烧室26内的进气温度，引燃量的天然气在靠近电热塞附近区域中的燃烧使得进气的温度在整个燃烧室中增加。参考图4，在上止点之前的45°和40°之间提供作为点燃燃料喷射的天然气数量。放热线50表示燃烧开始于上止点之前的25°和30°之间，放热升高了进气的温度直到上止点之前的5°和0°之间的一个点为止，在该范围中，燃烧室内的温度超过由线58所示的天然气自燃温度。
可以提供一个未示出的电热塞防护件以保护电热塞和增强点燃燃料的燃烧。
参考图3，到处于作功冲程开始或接近作功冲程开始的活塞20处于上止点或上止点附近时，以主燃料射流35的方式引入主气体燃料。在点燃燃料的燃烧之后，该点上的进气提供了将会使天然气自燃的燃烧环境。同样，可能存在燃烧的点燃燃料的残留气阱(pocket)，其可以点燃一些直接喷射的主燃料射流35。作为例子，在压缩冲程中在晚期引入引燃量的燃料的场合和/或在引燃量的燃料的数量足够维持天然气的燃烧直到天然气的主喷射为止的场合，这种残余燃烧可能存在于燃烧室内。
天然气点燃燃料射流的数量、正时和流速被确定成在直接喷射主要量的天然气开始时，足够在燃烧室内提供自燃环境。在图4所示的和上面讨论的例子中，在上止点之前的45°和40°之间引入气体点燃燃料，然而，取决于发动机和运行条件，引燃量的天然气的引入优选地发生在上止点之前的60°和30°之间时。早于上止点之前60°和晚于上止点之前30°的喷射可能不能在上止点附近喷射主要量的气体燃料之前将进气的温度升高到自燃条件。并且，在上止点之前点燃燃料的燃烧通过气缸形成了一些热量损失，当在压缩冲程中较早开始点燃燃料的燃烧时，这些损失可能变得更加显著。此外，与在压缩冲程中较早开始点燃燃料的燃烧相对比，当在上止点或上止点附近达到自燃温度时，在加热进气后对进气进行压缩所需的额外能量减小。
如上所述，优选地在发动机运行于高负荷条件下时实行该方法。在高负荷条件下，与用来驱动活塞的主燃料相对比，在进气内产生自燃温度所需的点燃燃料的数量较小。
在低负荷条件下，点燃燃料的数量和主燃料的数量之间的差别较小，在低负荷条件下需要较少的主燃料来驱动活塞。照此，在低负荷条件下，用优选用于高负荷条件的方法，在压缩冲程期间为了达到自燃温度所给予的能量通常可能变得比得上在作功冲程期间给予的能量。照此，引燃量的天然气的燃烧可能开始阻止发动机运行。
作为例子，点燃燃料的数量(质量)优选地小于在特定循环中输送到燃烧室的总燃料数量(质量)的50％。就本公开而言，考虑到被提供的点燃燃料，在燃烧室内实现自燃条件所需的点燃燃料的数量(质量)大于为了满足操作者的负荷要求所需的主燃料的100％的场合，将认为发动机正运行在低负荷运行模式下。否则，将认为发动机正运行在高负荷运行模式下。
尽管用上面讨论的实施例运行在低负荷条件下是可能的，但最好有一种替换的低负荷运行模式。在低负荷条件下，可以采用同样的装置来通过引燃燃料喷口喷射燃料。然而，代替早期在压缩冲程中通过引燃燃料喷口喷射燃料来建立自燃环境，优选地稍后在上止点的20度内在上止点或上止点附近喷射气体燃料，以便通过引燃燃料喷口喷射的气体燃料的燃烧在作功冲程期间驱动发动机。由于低负荷条件下的燃料需求较小，所以通过引燃燃料喷口喷射的燃料足够满足希望的能量需求，以通过广范围的低负荷运行条件驱动发动机。此外，由于将通过喷射阀的引燃燃料喷口(多个)来提供在该优选的低负荷运行条件下使用的全部燃料，所以燃料被全部对准电热塞，因而，大多数燃料被点燃，减少了关于碳氢化合物排放和效率的焦虑。
当在低负荷下运行时，如果通过引燃燃料喷口(多个)喷射的天然气的数量不足以提供驱动活塞所需的全部能量，则能通过主燃料喷口(多个)引入燃料来提供补充能量，该燃料将在通过引燃燃料喷口(多个)引入的燃料的后面或与其同时被引入。在该低负荷优选运行方法中，任何这种补充燃料的点燃都受到通过引燃燃料喷口(多个)提供的燃料的燃烧的帮助。通常，在低负荷条件下，通过引燃燃料喷口(多个)喷射的燃料的燃烧可能不会在引入补充数量的燃料之前将进气的温度增加到自燃温度之上，因而，由通过引燃燃料喷口(多个)喷射的燃料的燃烧引起的火焰传播被用来点燃补充数量的燃料，而不是自燃。
运行模式还可以由控制器确定。能对发动机进行校准以提供发动机负荷图，其中图上的每个点都对应不同的负荷条件。一旦控制器确定发动机正运行于用一组特定的发动机运行参数识别的负荷条件上，控制器就命令使用披露的方法。确定负荷图的校准是基于大量发动机参数，包括在燃烧室内建立自燃环境所需的相关点燃燃料需求和为了满足考虑到点燃需求的负荷需求所需的主燃料的数量。如果该用于一组特定运行参数的特定负荷的比超过在发动机性能中导致无法接受的损失的量，则发动机负荷图将会将其表明为阀值负荷。然后，控制器能使用该信息相应地命令发动机。在阀值之上，将会加上早期的点燃燃料量以实现自燃条件(用于上述高负荷模式的方法)，在该阀值之下，将在上止点附近加上燃料(所述低负荷模式)。
本领域技术人员将懂得，优选的高负荷运行方法和优选的低负荷优选方法以不同方式工作，每种方法都具有其各自的使其适合低负荷运行条件和高负荷运行条件的优点。
在本公开中，当在曲轴的旋转度数上测量时，如果活塞在上止点的30度内，则活塞“在上止点附近”。
参考图5到7，提供了用于上面披露的方法的喷射阀的第一实施例。对于图5到7和图8到10应该注意，每个都仅仅表示阀的下部的特写，其中在图8到10中提供了喷射阀的第二实施例。示出了阀尖100，其具有可移动地布置在阀尖100内的阀针102。阀座104是阀尖100内的一个表面，其与针密封面106共同作用以在阀针102处于关闭位置中时，将燃料空腔108与引燃燃料喷口112分离开来，如图5中所示。通常采用弹性件(未示出)以通过将密封面106推靠在阀座104上来将阀针102偏压在关闭位置中。如图2b和3b中所示，引燃燃料喷口(多个)112没有均匀地布置在阀尖100的周界周围，而是，优选地将一个或多个引燃燃料喷口定向成仅仅将燃料射流引向电热塞附近。
阀尖100可安装在内燃机的燃烧室内，如图1到3中所示。当喷射阀处于关闭位置中时，防止了气体燃料通过引燃燃料喷口(多个)112或主燃料喷口(多个)120进入燃烧室。
在共轨式喷射阀中，气体燃料在燃料空腔108内被增压，以便当燃料喷射阀打开时，将燃料喷射到燃烧室中。在关系到四冲程发动机的大多数运行条件中，图5中所示的关闭位置是阀尖100在排气冲程、进气冲程和压缩冲程的早期部分期间的状态。
披露的喷射阀的一个特征是它具有两个不同的打开位置。在图6中，喷射阀部分地打开以允许燃料仅仅通过引燃燃料喷口112喷射到燃烧室中。在图7中，喷射阀完全打开以允许燃料通过引燃燃料喷口(多个)112和主燃料喷口120喷射到燃烧室中。
现在参考图6，阀针102的密封面106升起离开阀座104，允许包含在燃料空腔108内的增压燃料流过密封面106与阀座104之间的空间，并通过引燃燃料喷口(多个)112流入到燃烧室中。然而，针尖116和喷嘴顶端100的内表面之间的密配合基本上防止任何燃料从燃料空腔108流到主燃料喷口120，图6中所示的部分打开位置与仅仅通过引燃燃料喷口(多个)112喷射气体燃料的时间对应，如图2中所示。如在优选方法的说明中披露的，选择该部分打开位置以在高负荷运行条件期间喷射引燃量的气体燃料，或在低负荷条件期间喷射主要量的燃料。
现在参考图7，阀针102处于完全打开位置中，以便燃料可以从燃料空腔108流过阀座104和密封面106之间的空间和针尖116与阀尖100之间的打开空间，其中阀针102在完全打开位置中缩回。在该完全打开位置中，气体燃料通过引燃燃料喷口(多个)112和主燃料喷口120喷射到燃烧室中，该完全打开位置与燃料如图3中所示地喷射到燃烧室中的时间对应。
因而，可以采用喷射阀的该第一实施例来实现上面教导的方法。
喷射阀的第一实施例需要精确控制阀针102升起的能力。作为例子，能使用一个被设计成依据希望的喷射阀运行模式来控制升起的机械或液压“锁闩”，当动作时，这种锁闩可以物理地停止阀针102继续越过喷射阀内的某个点。并且，作为例子，如本领域技术人员能懂得的，阀针102的升起可以受压电机构、电磁线圈、磁致伸缩装置或另外类型的用来允许阀针102受控升起的机械装置的控制。
第一实施例的特点是单个整体式针设计的简单性，该设计控制仅仅通过引燃燃料喷口(多个)112的流动或通过引燃燃料喷口(多个)112和主燃料喷口120的流动。
能用于披露的方法的喷射阀第二实施例在图8到10中示出。示出了阀尖200，其具有可移动地布置在阀尖200内的阀针202。在图8所示的关闭位置中，第二实施例非常象第一实施例，通过阀针202的密封面206，防止了包含在燃料空腔208内的增压燃料流到引燃燃料喷口(多个)212或主燃料喷口220，密封面206被推靠在阀座204上。第一和第二实施例之间的不同涉及在部分打开位置和完全打开位置中相应的喷射阀功能是怎样的，会参考图9和10对其进行描述。
燃料喷射阀的第二实施例包括可相对于阀针202移动的针尖216。当阀针202处于关闭位置中时，致动器217允许针尖216缩回室215内，如图8中所示。例如，当致动器217是弹性件时，弹性件在阀处于关闭位置中时被压缩。
现在参考图9，当阀针202的密封面206升起离开阀座204时，能通过引燃燃料喷口(多个)212将气体燃料喷射到燃烧室中，通过针尖216的座靠在次级阀座214上的端面防止了气体燃料从燃料空腔208流到主燃料喷口220，当阀针202部分升起时，致动器217可展开以将针尖216的端面偏压到次级阀座214上。图9中所示的部分打开的喷射阀形成了仅仅通过引燃燃料喷口212喷射燃料的装置，其与图2中所示的喷射活动对应。
现在参考图10，通过比图9中的位置更进一步地缩回阀针202，凸缘218与唇部219接合，由此针尖216升起离开次级阀座214，从而，来自燃料空腔208的气体燃料然后能流过引燃燃料喷口(多个)212和主燃料喷口220。通过除了引燃燃料喷口(多个)212之外经由主燃料喷口220喷射气体燃料，可得到更大的流通面积，能实现进入燃烧室中的更大的燃料质量流速。主燃料喷口220的加入还能实现燃料在燃烧室内的更广泛的分布，而不是仅仅分布在电热塞附近。
如同喷射阀的第一实施例一样，针202的升起可以受压电机构、电磁线圈、磁致伸缩装置或另外类型的允许阀针202受控升起的机械装置的控制。
现在参考图11，示出了喷射阀，其顶端设计与在图5到7所示的设计中所实施的类似。所示实施例包括阀的上游控制系统。示出了带有阀针302的阀尖300，阀针302位于阀尖300中。阀座304是阀尖300内的表面，当阀针302处于关闭位置中时，阀座304与针座306共同作用以提供一个将燃料空腔308与引燃燃料喷口312分开的装置，在关闭位置中，阀座304邻接针座306。如上面讨论的早先的实施例中的情况那样，引燃燃料喷口312(或多个喷口)没有均匀地布置在阀尖300的周界周围。当喷射器位于火力板中时，提供引燃燃料喷口312以允许将引燃燃料喷口定向成仅仅将点燃燃料射流引向热表面或电热塞。
如同前述实施例那样，针尖316和喷嘴顶端300的内表面之间的密配合基本上防止燃料从燃料空腔308流到主燃料喷口320，图11中所示的部分打开位置与仅仅通过引燃燃料喷口(多个)312喷射气体燃料的时间tp1对应。
在希望气体燃料在时间tp2通过主燃料喷口320的场合，阀针302将针尖316拉离阀尖300的内表面，从而允许气流通过主燃料喷口320进入燃烧室，如上面教导的，燃烧室被早先通过引燃燃料喷口(多个)312的点燃喷射所加热。
通常，燃料通过喷射器燃料管路322供给到燃料空腔308。
由于布置在第一低压管路334和第二低压管路332中的第一低压电磁阀328和第二低压电磁阀330的动作，能通过硬弹簧324和软弹簧326之间的相互作用来使阀针302在阀尖300内动作，硬弹簧324和软弹簧326与作用在针头342上的流体压力供给相互作用。高压管路340与针头342的表面和第一低压管路334以及第二低压管路332连通。
在时间tp0，当希望基本上没有气流通过引燃燃料喷口(多个)312或主燃料喷口320时，两个电磁阀328、330关闭，限制流体流过第一低压管路334和第二低压管路332。照此，高压管路将高压流体输送到针头342的表面，该高压流体起作用以压缩硬弹簧324和软弹簧326，使得针座表面306密封在阀座304上。在时间tp1，在需要燃料通过点燃孔口312且同时仍然限制燃料通过主燃料喷口320的场合，阀330打开以允许流体通过管路332的受限流动，照此释放针头342上的压力。照此，硬弹簧324的动作对阀针302起作用，迫使打开在阀座304和密封面306之间确定的路径，然后，这允许燃料流过到点燃燃料口(多个)312。注意，软弹簧被如此校准，即它不能阻遏在针头342上产生的压力。在时间tp2，阀328打开，允许流体通过管路334的第二受限流动，进一步减小针头342上的压力。该进一步的压力减小使得软弹簧326对阀针302起作用，迫使针尖316离开阀尖300的内表面，打开到主燃料喷口320的路径，流出到发动机的燃烧室中。
如本领域技术人员懂得的，能用限制流体流过管路332、334的其它装置来代替电磁阀330、328，能用压电阀来管理通过管路332、334的流动。如本领域技术人员懂得的，当选择所述阀时，应该考虑到阀的迅速起作用的能力。
参考图12，提供了用于本主题发明的优选发热环和防护件构造的实施例。这里，点燃燃料射流400在图12a中表示为接近电热塞防护件402和在图12b中表示为冲击电热塞406。示出了防护件进入孔(多个)408和退出孔404。在图12b中，示出了在与电热塞406相互作用后点燃的火焰410。
实际上，通过将进入孔(多个)408定向成近似与点燃燃料射流400的流动成一列，燃料射流400被引向受防护件402保护的电热塞406。然后，防护件402帮助将部分燃料射流400引导到防护件402周围，经过退出孔404，在退出孔404，火焰410被引入到紧接防护件402的燃料射流400中。这实现了点燃燃料400的快速点燃和较完全的燃烧，这为将要喷射的主燃料的燃烧建立或调节燃烧室。
参考图12，当以一条线为中心时，该线由防护件和从防护件突出的径向面之间的交点确定，每个进入孔和退出孔408、404都能被观察到。在图12中，与进入孔408关联的径向面和与退出孔404之一关联的径向面之间的角度大约是90度，然而，这可以改变。优选地，一般而言，进入孔和退出孔之间大于45度的角度也能起到作用，远小于45度的角度可能在来自防护件内部的火焰和另外的点燃燃料通过该孔的进入之间引起不必要的干涉。在本申请中涉及的场合，该角度限制还包括，在火焰被退出孔在一个从径向面偏移的角度上引导的场合，进入孔和退出孔之间的有效角，其中径向面瞄准防护件外部的一个区域，该区域与具有一个大体上沿着径向面引导火焰的孔的情况下火焰瞄准的区域相同。
同样，尽管在上述优选实施例中优选地表示为圆柱形状，但防护件可以具有不同形状，只要其能在防护件大体上位于喷射器和电热塞之间的场合，在电热塞和防护件之间提供一个保护空间。此外，提供通向电热塞的燃料的通路和在防护件外部引起的火焰的通路的进入通道和退出通道也在所示的优选通道，进入孔408和退出孔404上工作。
还要注意，应该对燃料射流400的喷射压力进行控制以允许燃料如所希望地进入进入孔(多个)408。
尽管在提供的实施例中，示出了一个进入孔408和两个退出孔404，但本发明不局限于此，能以允许燃料射流400瞄准且穿透进入孔的方式将多个进入孔分布在防护件402上。同样，应该将退出孔404如此定位在防护件402上，即在防护件402内从燃料射流400的点燃部分突出的火焰突出到燃料射流410的部分中，燃料射流410大体上被引导到防护件402周围。
并且，退出孔404和进入孔(多个)408应该形成合适的尺寸以允许一些燃料穿过进入孔(多个)408并将一些燃料引导到防护件402周围。
如本领域技术人员能懂得的，电热塞406能由适合在内燃机中具有的温度和压力的材料制成，选择用于防护件402的材料是本领域技术人员已知的，还能使用防护件上的催化覆层来为燃料射流400提供额外的点燃自持。
尽管优选方法将同样的燃料用于点燃喷射和主喷射，但能使用也能将自燃条件提供给主燃料的不同燃料，这需要适应所提供的喷射阀设计以及喷射策略。即，系统应该是双燃料系统，且需要相应地作出改变，如本领域技术人员懂得的。
如本领域技术人员懂得的，其它喷射阀设计可能适合于实现所披露的方法。
尽管已经示出和描述了本发明的具体元件、实施例和应用，但当然应该了解，本发明不局限于这些，因为在不背离本发明范围的情况下，特别是根据前述教导，本领域技术人员能作出改变。

Claims (58)

1.一种运行具有至少一个气缸的内燃机的方法，所述气缸具有活塞，该方法包括：
将进气引入燃烧室中，所述燃烧室由气缸部分地限定，
在所述燃烧室内对进气进行压缩，
当内燃机上的负荷等于或大于预定阀值负荷时，在第一运行模式中运行，所述第一运行模式包括：
当压缩所述进气时，将引燃量的气体燃料直接喷射到所述燃烧室中，并点燃该第一量的气体燃料以将进气温度升高到所述气体燃料的自燃温度之上，和，
当所述进气的温度处于或高于气体燃料的自燃温度时，将第二量的气体燃料直接喷射到所述燃烧室中，其中喷射所述第二量的气体燃料以在燃烧室内燃烧来驱动所述活塞的作功冲程，
当所述内燃机上的负荷小于预定阀值负荷时，在第二运行模式中运行，所述第二运行模式包括：
当所述活塞在气缸内处于上止点附近时，将第一量的气体燃料直接喷射到所述燃烧室中，和，
点燃所述第一量的气体燃料，驱动所述活塞的作功冲程。
2.如权利要求1所述的方法，包括根据发动机图确定所述内燃机的负荷。
3.如权利要求1所述的方法，包括通过电热塞点燃所述第一量的气体燃料。
4.如权利要求3所述的方法，包括在所述电热塞的方向上喷射所述第一量的气体燃料。
5.如权利要求1所述的方法，包括当所述活塞位于上止点之前的60和30度的曲柄角之间时，喷射所述第一量的气体燃料。
6.如权利要求1所述的方法，其中当所述活塞在上止点时，所述进气的温度处于所述气体燃料的自燃温度或在气体燃料的自燃温度之上。
7.如权利要求1所述的方法，其中在所述第一运行模式中，所述第二量的气体燃料的燃料质量大于所述第一量的气体燃料。
8.如权利要求1所述的方法，其中在所述第一运行模式中，喷射所述第二量的气体燃料定时为使得第二量的气体燃料在所述活塞的作功冲程期间燃烧。
9.如权利要求1所述的方法，其中在所述第一运行模式中，根据发动机图确定所述第二量的气体燃料。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述第一量的气体燃料和第二量的气体燃料从单个喷射器直接喷射到所述燃烧室中。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述燃烧室确定柴油机范围内的压缩比。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述燃烧室确定的压缩比大于14∶1。
13.如权利要求1所述的方法，其中在所述第二运行模式中，在上止点之前的20度曲柄角和上止点之后的20度曲柄角之间喷射所述第一量的燃料。
14.如权利要求1所述的方法，包括在所述第二运行模式中，喷射第二量的气体燃料，并允许所述第二量的气体燃料在所述活塞的作功冲程期间燃烧。
15.一种运行包括至少一个气缸的供给气体燃料的内燃机的方法，所述气缸部分地限定燃烧室，该方法包括：
确定内燃机上的负荷要求是否在高负荷范围内，
当所述负荷要求在高负荷范围内时，选择内燃机的高负荷运行模式，所述高负荷运行模式包括：
将进气引入所述燃烧室中，
在所述活塞的压缩冲程期间，在所述燃烧室内对进气进行压缩，
在所述活塞的压缩冲程期间，将第一量的气体燃料直接喷射到所述燃烧室内被压缩的进气中，
点燃所述第一量的气体燃料，
燃烧所述第一量的气体燃料以帮助将进气温度升高到所述气体燃料的自燃温度或自燃温度之上，
当所述进气的温度处于所述气体燃料的自燃温度或自燃温度之上时，将第二量的气体燃料直接喷射到所述进气中，
其中所述第二量的气体燃料的燃烧有助于驱动所述活塞的作功冲程。
16.如权利要求15所述的方法，包括确定何时所述负荷要求处于内燃机的低负荷范围内，和，
当所述负荷要求处于低负荷范围内时，选择内燃机的低负荷运行模式，所述低负荷运行模式包括：
将进气引入所述燃烧室中，
在所述活塞的压缩冲程期间，在所述燃烧室内对进气进行压缩，
当所述活塞处于上止点或上止点附近时，将第一量的气体燃料直接喷射到所述燃烧室内被压缩的进气中，
点燃所述第一量的气体燃料，
燃烧所述第一量的气体燃料，其中所述第一量的气体燃料的燃烧有助于驱动所述活塞的作功冲程。
17.一种在正在运行的供给气体燃料的内燃机的燃烧室内建立自燃环境的方法，所述燃烧室由活塞部分地限定，且具有在由柴油机确定的范围内的压缩比，该方法包括：
将进气引入所述燃烧室中，
在燃烧室内压缩所述进气时，通过喷射器将第一量的气体燃料直接喷射到所述燃烧室中，点燃该第一量的气体燃料，使该第一量的气体燃料燃烧，并升高所述进气的温度，
当所述进气的温度等于或大于所述气体燃料的自燃温度时，通过所述喷射器，将第二量的气体燃料直接喷射到所述燃烧室中，其中所述第二量的气体燃料的燃烧有助于驱动所述活塞的作功冲程。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述第一量的气体燃料对准布置在所述燃烧室内的电热塞。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述第二量的气体燃料被引到整个燃烧室中。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述第一量的气体燃料被以从所述气缸的火力板测量的第一角度引入到所述燃烧室中，所述第二量的气体燃料被以从所述火力板测量的第二角度引入到所述燃烧室中。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述第一角度小于所述第二角度。
22.如权利要求1到21中任一项所述的方法，其中所述气体燃料是天然气。
23.如权利要求1到21中任一项所述的方法，其中所述气体燃料包括甲烷。
24.如权利要求1到21中任一项所述的方法，其中所述气体燃料包括氢气。
25.一种在正在运行的供给气体燃料的内燃机的燃烧室内建立自燃环境的方法，所述燃烧室由活塞部分地限定，该方法包括：
将进气引入所述燃烧室中，
在所述燃烧室内对进气进行压缩时，将第一量的气体燃料直接喷射到所述燃烧室中，
点燃该第一量的气体燃料；
在所述燃烧室内对进气进行压缩的同时，使该第一量的气体燃料燃烧，并升高所述进气的温度，
当所述进气的温度等于或大干所述燃料的自燃温度时，将第二量的气体燃料直接喷射到所述燃烧室中。
26.一种用来将燃料直接喷射到内燃机燃烧室中的燃料喷射阀，该喷射阀包括：
空心阀体，该空心阀体包括可插入燃烧室中的阀尖；
设置在所述阀尖内的引燃燃料喷口，用来在帮助点燃所述气体燃料的装置的方向上喷射燃料；
至少一个主燃料喷口，与所述引燃燃料喷口相比，主燃料喷口用来将燃料喷射到所述燃烧室的更大部分中，
布置在所述空心阀体内的阀针，所述阀针可在三个位置之间移动：
关闭位置，其中在所述空心阀体内包含增压量的燃料；
第一打开位置，其中仅通过所述引燃燃料喷口来喷射所述燃料；和
第二打开位置，其中可通过所述引燃燃料喷口和通过所述主燃料喷口来喷射所述燃料
27.如权利要求26所述的喷射阀，其中所述燃料是气体燃料。
28.如权利要求27所述的喷射阀，其中所述燃料是天然气。
29.如权利要求26所述的喷射阀，其中所述阀针包括：从所述阀针的杆部延伸的针尖，所述阀针的杆部的横截面积比针尖的大；和布置在所述针尖和杆部之间的环形肩部，其中所述环形肩部包括一个密封面，当所述密封面被抵靠在阀座上时，密封面与阀座共同作用将所述气体燃料密封在所述空心阀体内。
30.如权利要求29所述的喷射阀，其中在所述阀针处于第一打开位置中时，所述针尖与所述空心阀体的内表面共同作用，以防止所述燃料通过主燃料喷口离开所述空心阀体。
31.如权利要求30所述的喷射阀，其中所述针尖的径向面紧密地配合在所述阀尖内的井孔中，在所述阀针处于第一打开位置中时，所述针尖和井孔的侧壁之间的间隙提供了一个流动限制，该流动限制基本上防止了所述气体燃料流到所述主燃料喷口。
32.如权利要求29所述的喷射阀，其中，所述阀针可缩回到所述空心阀体内，以便所述针尖升起离开所述井孔，由此气体燃料可以流到所述主燃料喷口。
33.如权利要求29所述的喷射阀，其中所述针尖可相对于所述阀针的杆移动，当所述阀针处于第一打开位置中时，所述针尖的端面座靠在第二阀座上，该第二阀座由所述空心阀体的内表面提供，当所述阀针处于第二打开位置中时，所述针尖升起远离所述第二阀座。
34.如权利要求33所述的喷射阀，其中当所述阀针处于关闭位置或第一打开位置中时，所述针尖被布置在针尖和所述杆之间的弹簧推靠在所述第二阀座上。
35.如权利要求33所述的喷射阀，其中所述针尖包括一凸缘，该凸缘与所述杆的唇部共同作用，由此杆缩回到空心阀体中超过一个预定距离使得所述针尖升起远离所述第二阀座。
36.如权利要求26到35中任一项所述的喷射阀，其中所述引燃燃料喷口是多个引燃燃料喷口中的一个，其结合的打开面积小于所述主燃料喷口的结合的打开面积。
37.如权利要求36所述的喷射阀，其中所述多个引燃燃料喷口定向成将所述气体燃料喷射到燃烧室的一个部分中，该部分包括用来帮助点燃的装置。
38.如权利要求37所述的喷射阀，其中所述主燃料喷口并不在所述用于帮助点燃的装置的方向上喷射燃料。
39.如权利要求26所述的喷射阀，还包括第一关闭偏压措施、第二关闭偏压措施、第三关闭偏压措施、第一打开偏压措施和第二打开偏压措施，用于在所述关闭位置、第一打开位置和第二打开位置之间驱动所述阀针。
40.如权利要求39所述的喷射阀，其中所述第一关闭偏压措施、第二关闭偏压措施和第三关闭偏压措施分别是逆着所述第一打开偏压措施和第二打开偏压措施作用在所述阀针上的第一流体力、第二流体力和第三流体力，其中：
a.所述第一流体力大于：
由所述第一打开偏压措施输送的第一打开力，和，
由所述第二打开偏压措施输送的第二打开力，由此将所述阀针驱动到所述关闭位置，
b.所述第二流体力大于所述第一打开力且小于所述第二打开力，从而将所述阀针驱动到所述第一打开位置，和，
c.所述第三流体力小于：
所述第一打开力，和，
第二打开力，从而将所述阀针驱动到所述第二打开位置。
41.如权利要求40所述的喷射阀，其中所述第一打开偏压措施由硬弹簧提供，所述第二打开偏压措施由软弹簧提供，所述硬弹簧和软弹簧在所述阀针和阀尖之间起作用。
42.一种内燃机，包括：
基本上由气缸、可在所述气缸内往复运动的活塞和气缸盖的火力板限定的燃烧室；
布置在所述燃烧室内用来帮助将气体燃料点燃的装置；
用来将气体燃料直接喷射到所述燃烧室中的燃料喷射阀，所述燃料喷射阀包括：
空心阀体，空心阀体包括可插入燃烧室中的阀尖；
用来在所述帮助将气体燃料点燃的装置的方向上喷射燃料的、设置在所述阀尖内的引燃燃料喷口；
至少一个主燃料喷口，与所述引燃燃料喷口相比，主燃料喷口将燃料喷射到所述燃烧室的更大部分中，所述主燃料喷口的结合打开面积大于与所述引燃燃料喷口相关的打开面积；
布置在所述空心阀体内的阀针，所述阀针可在下列位置之间移动：
关闭位置，在关闭位置中，增压量的气体燃料包含在所述空心阀体内；
第一打开位置，在第一打开位置中，仅可通过所述引燃燃料喷口来喷射气体燃料；和
第二打开位置，在第二打开位置中，可通过所述引燃燃料喷口和通过所述主燃料喷口来喷射气体燃料。
43.如权利要求42所述的发动机，其中所述阀尖基本上位于所述火力板上的中央，所述用来帮助点燃的装置与阀尖间隔开一个径向距离。
44.如权利要求42所述的发动机，其中所述用来帮助点燃的装置是电热塞。
45.如权利要求44所述的发动机，还包括电热塞防护件，所述防护件的一部分位于所述燃烧室中、在所述电热塞和燃料喷射阀之间。
46.如权利要求45所述的发动机，其中所述防护件包围所述电热塞。
47.如权利要求45所述的发动机，其中所述防护件确定至少两个燃料通道，至少一个进入通道和至少一个退出通道，所述至少一个进入通道用来接收第一量的所述气体燃料，所述第一量的所述气体燃料由所述电热塞点燃，所述至少一个退出通道用来将火焰引到在退出通道之外且被所述防护件引导经过所述退出通道的第二量的气体燃料中，所述火焰点燃所述第二量的气体燃料，且在所述第一量的气体燃料的燃烧期间产生。
48.如权利要求42到47中任一项所述的发动机，包括用来命令所述阀针的控制器。
49.如权利要求48所述的发动机，其中当命令所述控制器在高负荷运行模式下工作时，当所述活塞处于上止点之前的60到30度的曲柄角之间时，所述控制器命令阀针到达所述第一打开位置。
50.如权利要求48所述的发动机，其中当命令所述控制器在预定阀值负荷之上工作时，所述控制器工作在第一运行模式中，其中当所述活塞处于上止点之前的60到30度的曲柄角之间时，控制器命令所述阀针到达第一打开位置，和在所述燃烧室处于所述气体燃料的自燃温度或处于气体燃料的自燃温度之上时，命令所述阀针到达第二打开位置。
51.如权利要求48到50中任一项所述的发动机，其中所述预定阀值负荷包括发动机负荷图上的一系列点，每个点都与不同的负荷条件对应。
52.一种在供给气体燃料的直接喷射式内燃机的燃烧室中使用的电热塞防护件，所述电热塞防护件包括外表面和与所述外表面相对的内表面，所述防护件限定：
至少一个进入径向面和至少一个退出径向面，每个径向面都从所述外表面突出，每个所述至少一个进入径向面和至少一个退出径向面都确定：
至少一条交线，该交线从用于每个所述至少一个进入径向面和至少一个退出径向面的所述内表面向后突出，
至少一条进入线，在进入线处，所述至少一个进入径向面与所述外表面相交，和
至少一条退出线，在退出线处，所述至少一个退出径向面与所述外表面相交，
其中
在所述至少一条交线处，在全部的所述至少一个进入径向面和全部的所述至少一个退出径向面之间的全部角度大于45度，和
所述防护件限定至少两个通道，一进入通道和一退出通道，所述进入通道以每个所述至少一条进入线为中心，所述退出通道以每个所述至少一条退出线为中心。
53.如权利要求52所述的电热塞防护件，其中所述防护件限定一圆柱形状。
54.如权利要求53所述的电热塞防护件，其中所述防护件确定一顶面，在该顶面，所述防护件从内燃机燃烧室内的火力板悬挂下来，所述进入通道和退出通道与所述顶面的距离相等。
55.如权利要求52所述的电热塞防护件，其中所述通道是孔。
56.一种运行内燃机的方法，该方法包括：
a.将进气引入燃烧室中，
b.在所述燃烧室内对该进气进行压缩，
e.确定何时发动机负荷等于或大于预定阀值负荷，
f.当发动机负荷等于或大于所述预定阀值负荷时，发动机运行在第一运行模式中，第一运行模式包括：
i.在压缩所述进气时，喷射处于进入通道处的第一量的燃料，所述进入通道由在所述燃烧室中延伸的电热塞防护件限定，所述电热塞防护件布置在所述喷射器和靠近所述防护件的电热塞之间，从而使得所述第一量的所述燃料在穿过所述进入通道之后在电热塞上被点燃，
ii.通过在所述防护件中限定的退出通道将所述第一量的燃料的燃烧引起的火焰引向第二量的燃料，所述第二量的燃料被引导经过所述防护件并引导到所述退出通道之外，所述火焰使得该第二量的燃料被点燃，所述第一和第二量燃料的燃烧增加了所述燃烧室内的进气的温度，
iii.当所述进气的温度处于所述燃料的自燃温度或燃料的自燃温度之上时，在接近完成所述进气的压缩时，将第三量的燃料直接喷射到所述燃烧室中。
57.如权利要求56所述的方法，其中所述燃料是气体燃料。
58.如权利要求57所述的方法，其中所述燃料包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和氢气中的至少一种。
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