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【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及一种用于车辆的内燃发动机系统。本公开适用于车辆,特别是重型车辆,诸如,例如卡车。然而,尽管本公开将主要关于卡车进行描述,但是内燃发动机系统也可以适用于通过内燃发动机推进的其他类型的车辆。具体地,本公开可以应用于重型车辆,诸如卡车、公共汽车和施工设备,但是也可以应用于小汽车和其他轻型车辆等。此外,内燃发动机通常是氢内燃发动机。
技术介绍
1、多年来,对内燃发动机的需求一直在稳步增长。举例来说,在为重型车辆设计内燃发动机(ice)系统时,减少排气、提高发动机效率、降低燃料消耗和降低发动机噪声水平是变得更加重要的一些标准。至少由于这些原因,ice系统的部件不断被开发以满足市场的各种需求。具体地,ice系统可能通常需要根据现行的和预期的未来环境法规(诸如与最大允许排气污染量有关的限制)来开发。这些环境法规尤其适用于重型车辆,诸如卡车。
2、一种可能潜在地满足现行的和未来的环境法规的ice系统是氢ice系统,其中氢与氧燃烧产生水蒸气作为主要排气产物。在这种氢ice系统中,氢燃料以气态形式供应到燃烧气缸,随后与压缩空气混合,以便在执行和完成燃烧反应时在燃烧气缸中提供适当的氢气与空气混合物。
3、期望改进用于燃烧气体燃料的ice系统(诸如可使用氢气操作的ice系统)的操作。另外,还希望进一步改进对重型车辆的氢活塞ice系统中燃烧过程的控制。
技术实现思路
1、本公开的目的在于提供一种燃料气体内燃发动机系统的改进操作,其中可进一步改善气体燃料与压缩空气的混合,以便
2、根据本公开的第一方面,提供了一种内燃发动机(ice)系统。ice系统包括:内燃发动机,其用于燃烧气体燃料并且具有至少部分地由气缸界定的燃烧室;往复活塞,其可在气缸内在下止点bdc和上止点tdc之间移动。所述往复活塞具有活塞顶端,所述活塞顶端包括旨在形成燃烧室的一部分的活塞碗。ice系统还包括可控燃料喷射器,所述可控燃料喷射器被布置为将气体燃料喷射到燃烧室中并且朝向活塞碗喷射。另外,ice系统包括控制器,控制器被配置为控制可控燃料喷射器在气体燃料的点火事件之前发生的燃料喷射期期间朝向活塞碗的底表面喷射至少一股气体燃料射流。
3、通过所提出的具有上述活塞碗的ice系统,可以通过将燃料射流主要向上(即沿活塞行进到达tdc的方向)重新引导来引导燃料射流,和/或将燃料射流分开,从而在ice的燃烧室中点燃混合燃料之前改善气体燃料和氧气的混合。
4、通过提供可控燃料喷射器与具有活塞碗的活塞相结合,可以在气体燃料ice系统中使用基本上圆顶形的活塞顶,以增强射流和活塞之间的相互作用,以便引导燃料流动,从而在点火事件之前增强燃料的混合。
5、本公开基于这样的见解:提供可靠的氢内燃发动机系统所面临的众多挑战之一是燃料喷射与燃烧室内的燃料和压缩空气混合之间的相互作用。通过所提出的ice系统,可以改善氢燃料在ice的燃烧室中燃烧燃料之前的混合。因此,所提出的ice系统促进了喷射器配置、环境条件和燃烧之间的相互作用。
6、虽然本公开可以用于包括活塞的任何类型的燃料气体ice系统,但是本公开对于氢内燃系统特别有用。因此,根据至少一个实施方案,所述ice系统是氢ice系统。另外,氢气可以在内燃发动机中以各种燃料空气混合物燃烧。虽然氢ice系统在某些条件期间可以操作以产生低排放,但nox排放量可以至少部分地取决于空气/燃料比、发动机几何压缩比以及发动机转速和点火正时。应当注意,再循环排气(egr)的量也会影响nox的排放。另外,与例如传统的汽油和柴油ice系统相比,氢ice系统中的空气/燃料的燃烧可能对发动机部件的强度和大小提出更高要求。因此,与汽油ice系统相比,氢燃烧的现行燃烧条件是不同的。
7、具体地,所提出的ice系统适用于火花点火式内燃发动机,其利用氢直接喷射以便在低排放的情况下实现高的发动机功率输出和效率。在ice系统中使用氢作为清洁替代燃料的许多优点之一是其零碳含量。这意味着碳基排放(主要是co、co2、hc和烟灰)可以被消除,从而留下nox成为唯一有害的燃烧副产物。
8、通过使用具有所提出的活塞碗的活塞,可以利用活塞碗的容积提供的额外燃烧室容积,从而允许在点火事件之前改善氢气和压缩空气的混合。此处的混合通常是指在氢气喷射期期间以及随后的压缩冲程期间氢气与滞留的气缸气体的混合。滞留的气缸气体可能含有压缩空气,但是也可能含有egr气体。
9、另一个优点是,所提出的ice系统允许提供相对均匀的条件,以改善点火事件并避免可能导致尾气点火(爆震)的不良混合区。
10、通常,活塞碗可以由向外开口的腔体形成。活塞碗通常可以被限定为活塞的面向燃烧室的部分。
11、控制器可以被配置为控制可控燃料喷射器在压缩冲程期间在往复活塞从bdc移动到tdc时在燃料喷射期期间朝向活塞碗的底表面喷射至少一股气体燃料射流。
12、控制器可以被配置为控制燃料喷射器在压缩冲程期间当往复活塞从bdc行进到与tdc之前90度曲柄角cad相对应的活塞位置时喷射至少一股气体燃料射流。
13、当活塞处于进气冲程期间bdc之前的活塞位置、bdc处的活塞位置和在压缩冲程期间bdc之后的活塞位置中的任一个位置时,可控燃料喷射器可以启动燃料喷射期。
14、活塞碗设计可以采用若干不同的方式。通常,活塞碗可包括被配置为重新引导至少一股气体燃料射流的至少一个部分。具体地,活塞碗可以包括至少一个部分,所述至少一个部分被配置为在射流-活塞壁事件期间将至少一股气体燃料射流向上重新引导。因此,活塞被成形为在气态氢射流和活塞碗之间产生相互作用,从而进一步改善氢燃料和压缩空气的混合。
15、活塞碗还可包括侧部部段。侧部部段通常可将底表面与活塞顶端的上表面连接。侧部部段是沿活塞碗的周向延伸的周向侧部部段。
16、举例来说,侧部部段可以以径向向内的方式从底表面向上表面倾斜。替代地,侧部部段可以以径向向外的方式从底表面向上表面倾斜。
17、举例来说,侧部部段可以相对于活塞的中心轴线成锐角、直角或钝角从底表面向上表面倾斜。
18、在一个示例实施方案中,侧部部段可以包括向外张开的外碗部段,所述外碗部段具有横截面凹形曲线轮廓。
19、活塞碗可以包括底部部段,所述底部部段在活塞碗底部平面中延伸,所述活塞碗底部平面与垂直于活塞中心轴线的活塞顶部平面形成非零角度。举例来说,底部部段包括中心顶点和从顶点向下并径向远离中心顶点延伸的中间部段。
20、控制器可以被配置为响应于控制信号来控制可控燃料喷射器。控制器可以被配置为响应于包含指示氢系统压力、每个发动机循环的喷射次数、每次喷射的开始正时、每次喷射的持续时间、喷射之间的间隔时间的数据的控制信号来控制燃料气体喷射装置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种内燃发动机ICE系统(100),其包括:
2.根据权利要求1所述的ICE系统,其中所述控制器被配置为控制所述可控燃料喷射器在压缩冲程期间在所述往复活塞从BDC移动到TDC时在所述燃料喷射期期间朝向所述活塞碗的所述底表面喷射所述至少一股气体燃料射流。
3.根据权利要求2所述的ICE系统,其中所述控制器被配置为控制所述燃料喷射器在所述压缩冲程期间当所述往复活塞从BDC行进到与所述TDC之前90度曲柄角CAD相对应的活塞位置时喷射所述至少一股气体燃料射流。
4.根据前述权利要求中任一项所述的ICE系统,其中当所述活塞处于进气冲程期间BDC之前的活塞位置、所述BDC处的活塞位置和在所述压缩冲程期间所述BDC之后的活塞位置中的任一个位置时,所述可控燃料喷射器启动所述燃料喷射期。
5.根据前述权利要求中任一项所述的ICE系统,其中所述活塞碗包括被配置为重新引导所述至少一股气体燃料射流的至少一个部分。
6.根据前述权利要求中任一项所述的ICE系统,其中所述活塞碗还包括侧部部段(20),所述侧部部段将所述底表面与所述活塞顶端的上
7.根据前述权利要求中任一项所述的ICE系统,其中所述活塞碗包括底部部段(11),所述底部部段在活塞碗底部平面中延伸,所述活塞碗底部平面与垂直于所述活塞中心轴线的活塞顶部平面形成非零角度。
8.根据权利要求7所述的ICE系统,其中所述活塞碗底部部段包括中心顶点(18)和从所述顶点向下并径向远离所述中心顶点延伸的中间部段(19)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的ICE系统,其中所述控制器被配置为响应于控制信号来控制所述可控燃料喷射器。
10.根据前述权利要求中任一项所述的ICE系统,其中所述内燃发动机还包括具有用于点燃所述气体燃料的火花塞(32)的点火源(30)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的ICE系统,其中所述可控燃料喷射器在所述点火源点燃所述燃料之前终止所述燃料喷射期。
12.根据前述权利要求中任一项所述的ICE系统,其中所述可控燃料喷射器能够由所述控制器控制来以欠膨胀射流的形式喷射所述至少一股气体燃料射流。
13.根据前述权利要求中任一项所述的ICE系统,其中所述可控燃料喷射器包括喷嘴装置(42),所述喷嘴装置被配置为由从流体管道(53)输送到所述燃料喷射器的气体燃料形成所述至少一股气体燃料射流。
14.根据权利要求13所述的ICE系统,其中所述喷嘴装置包括布置在所述喷嘴装置的端部处的盖装置,所述盖装置具有用于将所述至少一股气体燃料射流朝向所述活塞碗引导的至少一个孔口。
15.根据前述权利要求中任一项所述的ICE系统,其中所述内燃发动机是低压直喷燃料气体ICE。
16.根据权利要求15所述的ICE系统,其中所述可控燃料喷射器能够由所述控制器控制,以在不大于约60巴的低喷射压力下将气体燃料喷射到所述燃烧室中。
17.根据前述权利要求中任一项所述的ICE系统,其中所述可控燃料喷射器能够由所述控制器控制,以在高达约1600 m/s的速度将气体燃料喷射到所述燃烧室中。
18.根据前述权利要求中任一项所述的ICE系统,其中所述燃料是氢。
19.一种车辆(1),其包括根据权利要求1至18中任一项所述的内燃发动机系统。
20.一种用于控制内燃发动机ICE系统的方法,所述ICE系统包括:内燃发动机(10),其用于燃烧气体燃料并且具有至少部分地由气缸(2)界定的燃烧室(7);往复活塞(3),其能够在所述气缸内在下止点(BDC)和上止点(TDC)之间移动,所述往复活塞具有活塞顶端(16),所述活塞顶端包括旨在形成所述燃烧室的一部分的活塞碗(6);可控燃料喷射器(13),其被布置为将气体燃料喷射到所述燃烧室中并且朝向所述活塞碗喷射;其中所述方法包括:
21.根据权利要求20所述的方法,其还包括:
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种内燃发动机ice系统(100),其包括:
2.根据权利要求1所述的ice系统,其中所述控制器被配置为控制所述可控燃料喷射器在压缩冲程期间在所述往复活塞从bdc移动到tdc时在所述燃料喷射期期间朝向所述活塞碗的所述底表面喷射所述至少一股气体燃料射流。
3.根据权利要求2所述的ice系统,其中所述控制器被配置为控制所述燃料喷射器在所述压缩冲程期间当所述往复活塞从bdc行进到与所述tdc之前90度曲柄角cad相对应的活塞位置时喷射所述至少一股气体燃料射流。
4.根据前述权利要求中任一项所述的ice系统,其中当所述活塞处于进气冲程期间bdc之前的活塞位置、所述bdc处的活塞位置和在所述压缩冲程期间所述bdc之后的活塞位置中的任一个位置时,所述可控燃料喷射器启动所述燃料喷射期。
5.根据前述权利要求中任一项所述的ice系统,其中所述活塞碗包括被配置为重新引导所述至少一股气体燃料射流的至少一个部分。
6.根据前述权利要求中任一项所述的ice系统,其中所述活塞碗还包括侧部部段(20),所述侧部部段将所述底表面与所述活塞顶端的上表面(5)连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的ice系统,其中所述活塞碗包括底部部段(11),所述底部部段在活塞碗底部平面中延伸,所述活塞碗底部平面与垂直于所述活塞中心轴线的活塞顶部平面形成非零角度。
8.根据权利要求7所述的ice系统,其中所述活塞碗底部部段包括中心顶点(18)和从所述顶点向下并径向远离所述中心顶点延伸的中间部段(19)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的ice系统,其中所述控制器被配置为响应于控制信号来控制所述可控燃料喷射器。
10.根据前述权利要求中任一项所述的ice系统,其中所述内燃发动机还包括具有用于点燃所述气体燃料的火花塞(32)的点火源(30)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的ice系统,其中所述可控燃料...
【专利技术属性】
技术研发人员:让·埃斯马克,里卡德·埃勒斯科格,汤米·西蒙松,古斯塔沃·欣迪,
申请(专利权)人:沃尔沃卡车集团,
类型:发明
国别省市:
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