利用多种燃料的内燃机和其操作方法技术

根据一个或多个实施例，一种内燃机可以通过包含以下中的一项或多项的方法进行操作：使第一燃料和第二燃料喷射到发动机汽缸中以形成燃料混合物；以及用火花塞燃烧所述燃料混合物以使容纳在所述发动机汽缸中的活塞平移并使联接到所述活塞的曲轴旋转。所述第一燃料的辛烷等级可以大于所述第二燃料的辛烷等级。目标CA50可以对应于所述燃料混合物的燃料消耗率的最小值。所述火花塞可以在某一时间时开始燃烧，使得所述内燃机以处于所述目标CA50的20度之内的操作性CA50进行操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用多种燃料的内燃机和其操作方法相关申请的交叉引用本申请要求于2018年4月9日提交的美国实用专利申请第15/948,516号的权益，所述美国实用专利申请的全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及内燃机，并且更具体地涉及利用多种燃料的内燃机。
技术介绍
石油类燃料用于为绝大多数轻型运输车辆(如汽车)提供动力。例如，相对便宜并且广泛地为用户所用的汽油用于为全世界的汽车内燃机提供动力。然而，石油类燃料的燃烧可能将二氧化碳释放到环境中，出于多种原因，这可能是不期望的。由于用于与运输车辆一起使用的其它更清洁的能源可能过于昂贵并且开发不足，因此需要能够以提高的效率、降低的燃料消耗或两者利用石油类燃料进行操作的发动机。
技术实现思路
如本文所公开，同时利用多种燃料类型的内燃机可以用于减少燃料消耗，同时仍然操作发动机而不发生爆震、提前点火或两者。已经发现，通过在发动机的辛烷要求相对低的情况下以相对低的负荷和中等负荷利用低辛烷值燃料源，同时以高负荷另外利用高辛烷值燃料(与低辛烷值燃料的混合物中)，内燃机可以以较少的燃料消耗运行，以减轻或消除如果单独利用低辛烷值燃料会发生的爆震。通过此方法，可以利用有限量的高辛烷值燃料来使发动机更有效地使用石油类燃料(其与如甲醇和乙醇等通常可获得的高辛烷值燃料相比可以具有相当高的比能)。例如，本文公开了可以用于减轻对具有不同抗爆震性质和单独的引入方法运行的内燃机中的提前点火的方法和系统。在一个或多个实施例中，如石油衍生燃料等低辛烷值燃料与如醇燃料等高辛烷值燃料结合使用。根据一个或多个实施例，如本文所公开的用于操作发动机的方法可以包含以恒定的发动机负荷延迟燃烧定相(参考给定发动机的最大制动转矩定时)，使得汽缸内的空气-燃料混合物的峰值压力、峰值温度或两者都降低(与以最大制动转矩定时操作相比)。这种燃烧定相延迟可以减少发动机操作不会发生爆震所需的高辛烷值燃料的量，同时增加总混合物中石油类燃料的分数。燃烧定相的延迟可以另外降低燃料消耗率和二氧化碳排放率。较低的缸内压力结合操作发动机所需的减少的醇燃料量可以减轻异常燃烧现象，如提前点火。根据一个或多个实施例，一种内燃机可以通过包括以下中的一种或多种的方法操作：使第一燃料和第二燃料喷射到发动机汽缸中以形成燃料混合物，以及用火花塞燃烧所述燃料混合物，以使容纳在所述发动机汽缸中的活塞平移并使联接到所述活塞的曲轴旋转。所述第一燃料的辛烷等级可以大于所述第二燃料的辛烷等级。CA50可以被定义为在50wt.％的所述燃料混合物燃烧时所述曲轴的角位置，其中CA50可以在所述曲轴的上止点位置之后测量，并且CA50是通过所述火花塞进行的燃烧的定时的函数。目标CA50可以对应于所述燃料混合物的燃料消耗率的最小值。所述火花塞可以在某一时间时开始燃烧，使得所述内燃机以处于所述目标CA50的20度之内的操作性CA50进行操作。根据一个或多个实施例，内燃机可以包括以下中的一个或多个：发动机汽缸；活塞，所述活塞容纳在所述发动机汽缸内；曲轴，所述曲轴与所述活塞联接；第一燃料喷射器，所述第一燃料喷射器喷射第一燃料；第二燃料喷射器，所述第二燃料喷射器喷射第二燃料；以及火花塞，所述火花塞燃烧所述燃料混合物以使所述活塞平移并使所述曲轴旋转。所述第二燃料的辛烷等级可以大于所述第二燃料的辛烷等级，并且所述第一燃料和所述第二燃料可以在所述发动机汽缸的燃烧室中形成燃料混合物。CA50可以被定义为在50wt.％的所述燃料混合物燃烧时所述曲轴的角位置，其中CA50可以在所述曲轴的上止点位置之后测量，并且CA50是通过所述火花塞进行的燃烧的定时的函数。目标CA50可以对应于所述燃料混合物的燃料消耗率的最小值。所述火花塞可以在某一时间时开始燃烧，使得所述内燃机以处于所述目标CA50的20度之内的操作性CA50进行操作。附图说明当结合以下附图阅读时，可最好地理解以下对本公开的具体实施例的详细描述，其中相似的结构用相似的附图标记指示，并且其中：图1示意性地描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的内燃机的汽缸的一部分的横截面视图；图2示意性地描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的另一个内燃机的汽缸的一部分的横截面视图；图3A示意性地描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的另一个内燃机的汽缸的一部分的横截面视图；图3B示意性地描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的另一个内燃机的汽缸的一部分的横截面视图；图4以图形方式描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的作为50wt.％燃烧(CA50)时的曲柄角的函数的甲醇分数的实验结果；图5以图形方式描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的作为CA50的函数的汽油燃料、甲醇燃料和燃料混合物的较低热值的实验结果；图6以图形方式描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的作为CA50的函数的净热效率的实验结果；图7以图形方式描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的作为CA50的函数的燃料混合物的净燃料消耗率的实验结果；图8以图形方式描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的作为用于改变发动机负荷的CA50的函数的平均峰值压力的实验结果；图9以图形方式描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的作为用于改变发动机负荷的CA50的函数的甲醇分数变化的实验结果；图10以图形方式描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的作为用于改变发动机负荷的CA50的函数的甲醇分数的实验结果；图11以图形方式描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的作为用于改变发动机负荷的CA50的函数的燃料混合物的净燃料消耗率的实验结果；图12以图形方式描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的作为用于改变发动机负荷的CA50的函数的甲醇分数的实验结果；并且图13以图形方式描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的作为用于改变发动机负荷的CA50的函数的燃料混合物的净燃料消耗率的实验结果。现在将更详细地参考各个实施例，其中的一些实施例展示在附图中。在任何可能的情况下，将贯穿附图使用相同附图标记来指代相同或类似的部分。具体实施方式本文描述了内燃机和其操作方法，所述内燃机在所有或一些操作条件下利用至少两种燃料的组合。发动机和用于操作此类发动机的方法可以积极地影响发动机操作条件以及燃料特性两者，使得可以减轻或消除提前点火。在一个或多个实施例中，延迟燃烧定相(如通过CA50测量)可以降低平均峰值压力，这可以降低提前点火的可能性。延迟燃烧定相还可能导致操作发动机而不发生爆震可能所需的高辛烷值燃料(如醇)的量减少，这也可以降低提前点火的可能性。较少量的高辛烷值燃料还可以改善空气-燃料混合物的形成。另外，较少量的高辛烷值燃料可以减少对燃烧室表面的燃料碰撞。减少的燃油碰撞还可以减少汽缸孔磨损。在不受理论束缚的情况下，据信增加的湿壁可能会导致去除汽缸衬里上的油膜，这可能发生在孔中的活塞环反转点附近(有时是汽缸磨损最严重的地方)。因此，减少的燃料碰撞可以减少湿壁，使得可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种操作内燃机的方法，所述方法包括：/n将第一燃料和第二燃料传递到发动机汽缸中以形成燃料混合物；以及/n用火花塞燃烧所述燃料混合物，以使容纳在所述发动机汽缸中的活塞平移并使联接到所述活塞的曲轴旋转，/n其中：/nCA50被定义为在50wt.％的所述燃料混合物燃烧时所述曲轴的角位置，所述CA50是在所述曲轴的上止点位置之后测量的，并且所述CA50是通过所述火花塞进行的所述燃烧的定时的函数；/n目标CA50对应于所述燃料混合物的燃料消耗率的最小值；并且/n所述火花塞在某一时间时开始燃烧，使得所述内燃机以处于所述目标CA50的20度之内的操作性CA50进行操作。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180409 US 15/948,5161.一种操作内燃机的方法，所述方法包括：
将第一燃料和第二燃料传递到发动机汽缸中以形成燃料混合物；以及
用火花塞燃烧所述燃料混合物，以使容纳在所述发动机汽缸中的活塞平移并使联接到所述活塞的曲轴旋转，
其中：
CA50被定义为在50wt.％的所述燃料混合物燃烧时所述曲轴的角位置，所述CA50是在所述曲轴的上止点位置之后测量的，并且所述CA50是通过所述火花塞进行的所述燃烧的定时的函数；
目标CA50对应于所述燃料混合物的燃料消耗率的最小值；并且
所述火花塞在某一时间时开始燃烧，使得所述内燃机以处于所述目标CA50的20度之内的操作性CA50进行操作。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一燃料的辛烷等级高于所述第二燃料的辛烷等级。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一燃料的提前点火抗性低于所述第二燃料的提前点火抗性。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一燃料包括至少一种醇。


5.根据权利要求4所述的方法，其中所述至少一种醇包括乙醇和甲醇中的至少一种。


6.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二燃料包括石油类燃料。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述石油类燃料是汽油。


8.根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其中所述第一燃料通过进气口燃料喷射器喷射到进气口中，并且所述第二燃料通过直接燃料喷射器喷射到所述发动机汽缸中。


9.根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其中所述第一燃料通过直接燃料喷射器喷射到所述发动机汽缸中，并且所述第二燃料通过进气口燃料喷射器喷射到进气口中。


10.根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其中所述第一燃料通过直接燃料喷射器喷射到所述发动机汽缸中，并且所述第二燃料通过直接燃料喷射器喷射到所述发动机汽缸中。


11.根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其中所述燃料混合物中的第一燃料量在防止在所述操作性CA50下产生爆震所需的最小第一燃料量的20wt.％之内。


12.根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其中所述操...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯·詹姆斯·摩根蒂，约安·瓦欧蕾特，罗伯特·安德鲁·海德，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA