本技術(shù)涉及一種用于管理內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)噴射器和燃燒室中的自點(diǎn)火狀態(tài)的裝置和方法，更具體地，涉及一種用于降低且優(yōu)選地防止氣缸內(nèi)噴射器中的自點(diǎn)火的可能性并且選擇性地提高燃燒室中的自點(diǎn)火的可能性的裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、以下對(duì)本發(fā)明背景的討論僅僅是為了便于理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，該討論不是承認(rèn)或認(rèn)可所提及的任何材料在本發(fā)明的優(yōu)先權(quán)日在任何管轄范圍內(nèi)是公開(kāi)的、已知的或是本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)的一部分。

2、將氣體燃料后期循環(huán)直接噴射到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中，其中燃料以擴(kuò)散燃燒模式燃燒(也稱為柴油循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī))，提供了優(yōu)于預(yù)混合氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的多個(gè)益處，包括高熱效率、燃燒穩(wěn)定和無(wú)爆震運(yùn)行。如本文所用的，氣體燃料是在標(biāo)準(zhǔn)溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓力條件下處于氣態(tài)的任何燃料，其中標(biāo)準(zhǔn)溫度是零攝氏度(0℃)的溫度，標(biāo)準(zhǔn)壓力是1巴的絕對(duì)壓力。氣缸內(nèi)噴射器用于將氣體燃料直接噴射到相應(yīng)的燃燒室中，因?yàn)樵诤笃谘h(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣體燃料是在進(jìn)氣閥關(guān)閉之后噴射的。氣缸內(nèi)噴射器的噴嘴延伸到燃燒室中，并且因此暴露于氣體燃料燃燒期間存在的升高的溫度。

3、可以通過(guò)增加壓縮比來(lái)提高內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。壓縮比被定義為燃燒室在其最大容積處(特別是在進(jìn)氣沖程期間或之后進(jìn)氣閥關(guān)閉的點(diǎn)處)的容積與其最小容積(特別是在壓縮沖程結(jié)束時(shí)的上止點(diǎn)處)之間的比率。隨著壓縮比增加，在壓縮沖程結(jié)束時(shí)燃燒室中的溫度和壓力都升高，并且在所有其他條件保持相同的情況下，峰值燃燒溫度和峰值氣缸壓力(pcp)也將升高。

4、對(duì)于以高壓縮比運(yùn)行的柴油循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，氣缸內(nèi)噴射器的囊內(nèi)部的溫度和壓力環(huán)境可能為，使得囊中的任何殘余燃料和充量混合物可以在正常噴射開(kāi)始之前達(dá)到自燃條件。該囊是氣缸內(nèi)噴射器內(nèi)的、在噴射閥與噴嘴中的一個(gè)或多個(gè)噴射孔之間的腔室。囊內(nèi)的殘余燃料的燃燒可以在囊容積內(nèi)部產(chǎn)生壓力和溫度的快速升高，這可能導(dǎo)致氣缸內(nèi)噴射器的噴嘴上的應(yīng)力和磨損增加，從而可能縮短噴射器的使用壽命。

5、燃料的類(lèi)型也會(huì)影響氣缸內(nèi)噴射器上的熱負(fù)荷。例如，由于氫氣的高火焰速度，從噴嘴的噴射孔發(fā)出的氫氣射流的火焰舉升距離短于天然氣射流或柴油噴霧的火焰舉升距離。在這方面，氣缸內(nèi)噴射器尖端上的熱負(fù)荷，特別是噴射孔周?chē)臒嶝?fù)荷，明顯高于天然氣或柴油的熱負(fù)荷。高熱負(fù)荷可能導(dǎo)致金屬?gòu)?qiáng)度降低，這促使縮短噴射器的使用壽命。

6、現(xiàn)有技術(shù)缺乏用于氣缸內(nèi)噴射器的噴嘴的熱管理的技術(shù)，特別是用于在高壓縮比環(huán)境中操作和/或噴射具有高火焰速度的燃料的氣缸內(nèi)噴射器的噴嘴的熱管理的技術(shù)。本裝置和方法提供了用于氣缸內(nèi)噴射器的噴嘴的熱管理的技術(shù)，特別是用于管理內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)噴射器的腔室和燃燒室中的自點(diǎn)火狀態(tài)的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、一種用于管理氣缸內(nèi)噴射器內(nèi)的腔室中的點(diǎn)火的改進(jìn)裝置，該氣缸內(nèi)噴射器將燃料直接引入到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中。腔室可以包括至少一個(gè)噴射孔，并且可以通過(guò)至少一個(gè)噴射孔與燃燒室流體連通。該裝置包括控制器，該控制器與氣缸內(nèi)噴射器可操作地連接并且被編程為：選擇性地致動(dòng)氣缸內(nèi)噴射器以將燃料直接噴射到燃燒室中；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)確定腔室內(nèi)是否可能自點(diǎn)火；并且當(dāng)可能自點(diǎn)火時(shí)，執(zhí)行緩和策略以防止氣缸內(nèi)噴射器的腔室內(nèi)的自點(diǎn)火。

2、控制器還可以被編程為，當(dāng)不可能自點(diǎn)火時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)圖，并且當(dāng)可能自點(diǎn)火時(shí)，采用修改的發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)圖。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)可以是幾何壓縮比、有效壓縮比、燃料類(lèi)型、燃料組成、進(jìn)氣充量溫度、入口歧管壓力、入口歧管溫度、排氣再循環(huán)濃度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷中的一個(gè)或多個(gè)。燃料可以是氫氣、天然氣、氫氣和天然氣的混合物、或氫氣和其他氣體燃料的混合物。

3、在執(zhí)行緩和策略時(shí)，控制器可以被編程為：當(dāng)腔室中的自點(diǎn)火變得可能時(shí)，確定壓縮沖程期間的臨界曲柄角；確定在臨界曲柄角之前需要被噴射以防止腔室中的自點(diǎn)火的燃料的緩和量；并且在壓縮沖程期間在燃燒室中行進(jìn)的活塞到達(dá)臨界曲柄角之前，致動(dòng)氣缸內(nèi)噴射器以執(zhí)行緩和量的燃料的緩和噴射。緩和量的燃料至少在壓縮沖程期間稍后發(fā)生燃料的主噴射之前降低了腔室中自點(diǎn)火的可能性并且優(yōu)選地防止了腔室中的自點(diǎn)火?？商娲鼗蛄硗獾?，在執(zhí)行緩和策略時(shí)，控制器可以被編程為：確定臨界壓縮比，該臨界壓縮比在腔室中產(chǎn)生適合于自點(diǎn)火的壓力和溫度環(huán)境；并且調(diào)節(jié)有效壓縮比，使得有效壓縮比小于臨界壓縮比。臨界壓縮比可以作為至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，該發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)選自由燃料類(lèi)型、燃料組成、進(jìn)氣充量溫度、入口歧管壓力、入口歧管溫度、排氣再循環(huán)濃度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷組成的組?？商娲鼗蛄硗獾?，在執(zhí)行緩和策略時(shí)，控制器可以被編程為，增加通過(guò)增壓空氣冷卻器的冷卻劑流，以在壓縮沖程開(kāi)始時(shí)降低入口歧管溫度或進(jìn)氣充量溫度。

4、控制器還可以被編程為，當(dāng)燃料在燃燒室內(nèi)不可能自點(diǎn)火時(shí)，執(zhí)行第二緩和策略。在執(zhí)行第二緩和策略時(shí)，控制器可以被編程為：確定臨界壓縮比，該臨界壓縮比在燃燒室中產(chǎn)生適合于自點(diǎn)火的壓力和溫度環(huán)境；并且調(diào)節(jié)有效壓縮比，使得有效壓縮比大于或等于臨界壓縮比?？商娲鼗蛄硗獾?，在執(zhí)行第二緩和策略時(shí)，控制器可以被編程為，減少通過(guò)增壓空氣冷卻器的冷卻劑流，以在壓縮沖程開(kāi)始時(shí)升高入口歧管溫度或進(jìn)氣充量溫度。

5、一種用于管理氣缸內(nèi)噴射器內(nèi)的腔室中的點(diǎn)火的改進(jìn)方法，氣缸內(nèi)噴射器將燃料直接引入到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中。腔室可以包括至少一個(gè)噴射孔，并且可以通過(guò)至少一個(gè)噴射孔與燃燒室流體連通。該方法包括：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，確定腔室內(nèi)是否可能自點(diǎn)火；并且當(dāng)可能自點(diǎn)火時(shí)，執(zhí)行緩和策略以降低氣缸內(nèi)噴射器的腔室內(nèi)自點(diǎn)火的可能性并且優(yōu)選地防止氣缸內(nèi)噴射器的腔室內(nèi)的自點(diǎn)火。當(dāng)不可能自點(diǎn)火時(shí)，可以采用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)圖，并且當(dāng)可能自點(diǎn)火時(shí)，可以采用修改的發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)圖。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)可以是幾何壓縮比、有效壓縮比、燃料類(lèi)型、燃料組成、進(jìn)氣充量溫度、入口歧管壓力、入口歧管溫度、排氣再循環(huán)濃度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷中的一個(gè)或多個(gè)。

6、緩和策略可以包括：當(dāng)腔室中的自點(diǎn)火變得可能時(shí)，確定壓縮沖程期間的臨界曲柄角；確定在臨界曲柄角之前需要被噴射以防止腔室中的自點(diǎn)火的燃料的緩和量；并且在壓縮沖程期間在燃燒室中行進(jìn)的活塞到達(dá)臨界曲柄角之前，執(zhí)行緩和量的燃料的緩和噴射。緩和量的燃料至少在壓縮沖程期間稍后發(fā)生燃料的主噴射之前降低了腔室中自點(diǎn)火的可能性并且優(yōu)選地防止了腔室中的自點(diǎn)火。可替代地或另外地，緩和策略可以包括：確定臨界壓縮比，該臨界壓縮比在腔室中產(chǎn)生適合于自點(diǎn)火的壓力和溫度環(huán)境；并且調(diào)節(jié)有效壓縮比，使得有效壓縮比小于臨界壓縮比。臨界壓縮比可以作為至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，該發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)選自由燃料類(lèi)型、燃料組成、進(jìn)氣充量溫度、入口歧管壓力、入口歧管溫度、排氣再循環(huán)濃度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷組成的組?？商娲鼗蛄硗獾?，緩和策略可以包括增加通過(guò)增壓空氣冷卻器的冷卻劑流，以在壓縮沖程開(kāi)始時(shí)降低入口歧管溫度或進(jìn)氣充量溫度。

7、在該方法中，當(dāng)燃料在燃燒室內(nèi)不可能自點(diǎn)火時(shí)，可以執(zhí)行第二緩和策略。第二緩和策略可以包括：確定臨界壓縮比，該臨界壓縮比在燃燒室中產(chǎn)生適合于自點(diǎn)火的壓力和溫度環(huán)境；并且調(diào)節(jié)有效壓縮比，使得有效壓縮比大于或等于臨界壓縮比?？商娲鼗蛄硗獾?，第二緩和策略可以包括減少通過(guò)增壓空氣冷卻器的冷卻劑流，以在壓縮沖程開(kāi)始時(shí)升高入口歧管溫度或進(jìn)氣充量溫度。