CN117897552A - 用于将引燃燃料喷射到内燃发动机中的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

用于将引燃燃料喷射到内燃发动机中的装置及方法，包括各种稳态技术、瞬态技术和其他技术，以减少引燃燃料的喷射量和/或引燃燃料的碳含量。

Description

用于将引燃燃料喷射到内燃发动机中的装置及方法
技术领域
本申请涉及用于将引燃燃料喷射到内燃发动机中的装置及方法，并且更具体地，涉及用于喷射引燃燃料以点燃气体燃料的装置及方法。
背景技术
本文中所引用的每个文件、参考文献、专利申请或专利都是通过引用其全部内容明确并入本文中，这意味着读者应将其视为本文的一部分来阅读和考虑。在本文中所引用的文件、参考文献、专利申请或专利未在本文中重复仅仅是出于简洁的原因。
以下对本发明的背景的讨论仅旨在有助于对本发明的理解。应当理解，这种讨论不是承认或认可所提及的任何材料在本发明的优先权日在任何管辖范围内是公开的、已知的或者是本领域技术人员的公知常识的一部分。
高压气体燃料直接喷射GFDI是将气体燃料引入内燃发动机的燃烧室中的技术。在该技术中，气体燃料在接近压缩冲程的后半部分被直接地喷射到燃烧室中。因此，气体燃料的喷射压力需要大于喷射时燃烧室中的压力(也称为缸内压力)。在GFDI发动机中的喷射压力通常是120bar或更高。在GFDI发动机中采用的示例性气体燃料，诸如甲烷或天然气，与柴油燃料相比具有相对更低的十六烷值，并且示例性气体燃料在传统内燃发动机中的压缩冲程的后半部分中普遍存在的压力和温度环境中不能自动点燃。因此，可以采用诸如柴油燃料的引燃燃料作为点燃源来点燃气体燃料。引燃燃料可以在压缩冲程的后期被喷射到压力和温度环境中，这使得引燃燃料自动点燃并燃烧，从而由此建立了适合于点燃气体燃料的另一压力和温度环境。气体燃料可以在引燃燃料之前和/或之后喷射。在本文中使用的术语“和/或”的意思是“一个或另一个或两个都”。
柴油燃料替代系数是表示在将柴油发动机与引燃点燃的气体燃料内燃发动机进行比较时被气体燃料替代的柴油燃料的量按能量含量表示的参数。在气体燃料为天然气的情况下，通常GFDI内燃发动机的柴油燃料替代系数约为95％。天然气主要是甲烷，其中在标准温度和标准压力下，以单位体积计，甲烷占70％或更多。然而，不同类型的气体燃料具有不同的特性，并且惯用的柴油燃料替代系数可能不适用于各种气体燃料。
现有技术缺乏用于将引燃燃料喷射到内燃发动机中的技术，并且更具体地，缺乏用于喷射引燃燃料以点燃气体燃料的技术。本装置及方法提供了用于将引燃燃料喷射到内燃发动机中的技术。
发明内容
用于将引燃燃料喷射到内燃发动机中的改进装置及方法，包括各种稳态技术、瞬态技术和其他技术，以减少引燃燃料的喷射量和/或引燃燃料的碳含量。稳态技术包括：减少引燃孔的数量；减小引燃孔的直径；增加引燃孔的长度；减小通过引燃喷射阀的流动面积，例如通过减小引燃喷射阀中的引燃针状件的冲程长度或者阀座的阀座直径；增加引燃孔的内表面的粗糙度；采用向内渐缩(向外渐扩)的引燃孔；以及采用与圆形形状相比降低了引燃孔的排出的系数的横截面形状。瞬态技术包括：降低引燃燃料压力；改善引燃致动机构的瞬态响应；以及在喷射期间采用引燃针状件的部分提升以减小通过引燃喷射阀的流动面积。其他技术包括：采用孔口或匹配配合件，以允许期望流率的引燃燃料进入气体燃料增压室中，使得气体燃料/引燃燃料混合物形成，并且该气体燃料/引燃燃料混合物可以被喷射通过单个喷射阀；通过使用除了柴油以外的具有更低的碳含量的引燃燃料，或者通过将引燃燃料(例如，柴油燃料)与诸如惰性流体或氨气之类的非碳流体混合，来降低引燃燃料的碳含量；使用单独的且不同的燃料喷射器来喷射引燃燃料和气体燃料；采用级联喷射策略；以及根据不同的发动机速度和发动机负载条件采用上面技术的各种组合，使得发动机例如在50％的满负载下维持了良好的气体燃料的点燃稳定性。
一个总体方面包括操作气体燃料直接喷射式柴油循环内燃发动机的方法，该方法将一定量的气体燃料直接地引入发动机的燃烧室中，其中，气体燃料在标准温度和标准压力下可以包括按体积计至少60％的氢气；将一定量的引燃燃料直接地引入发动机的燃烧室中，使得对于至少一种发动机操作条件，该一定量的引燃燃料相对于引入的总燃料的引燃能量比小于3％；以及点燃引燃燃料，其中引燃燃料的燃烧触发气体燃料的点燃。
方法可以包括以下特征中一个或多个。在方法中，对于至少一种发动机操作条件，气体燃料以能量计(on an energy basis)是引入的总燃料的至少97％。方法可以包括对于至少一种发动机操作条件，在将引燃燃料引入燃烧室中时，维持引燃燃料轨道压力与缸内压力的比为至少2.0:1。对于至少一种发动机操作条件，该一定量的引燃燃料相对于引入的总燃料的引燃能量比是2.09％或更小。对于至少一种发动机操作条件，该一定量的引燃燃料相对于引入的总燃料的引燃能量比是1.04％或更小。对于至少一种发动机操作条件，该一定量的引燃燃料相对于引入的总燃料的引燃能量比是0.26％至2.09％之间，并且更优选地，对于至少一种发动机操作条件，该一定量的引燃燃料相对于引入的总燃料的引燃能量比是总燃料的0.26％至1.04％之间。发动机为满负载操作条件到低负载操作条件维持了良好的气体燃料的点燃稳定性，其中用于比较的示例性操作点是在满负载的50％的中间负载点处。在发动机操作图上，引燃燃料以能量计平均在由发动机消耗的燃料的0.26％至3％之间，并且更优选地，引燃燃料以能量计平均在由发动机消耗的燃料的0.26％至2.09％之间。气体燃料在标准温度和标准压力下可以包括按体积计大于60％的氢气。气体燃料在标准温度和标准压力下可以包括按体积计60％至100％之间的氢气。气体燃料在标准温度和标准压力下可以包括按体积计70％至100％之间的氢气。气体燃料在标准温度和标准压力下可以包括按体积计80％至100％之间的氢气。气体燃料在标准温度和标准压力下可以包括按体积计90％至100％之间的氢气。气体燃料在标准温度和标准压力下可以按体积计基本上包括氢气。任何前述示例的方法可以包括在压缩冲程期间喷射所有燃料；和/或通过在压缩冲程期间在缸内压力小于峰值缸内压力时较早地喷射引燃燃料来以提前的喷射正时喷射引燃燃料。任何前述示例的方法还可以包括在开始喷射气体燃料之前约1毫秒，将引燃燃料直接喷射到燃烧室中。
另一总体方面包括用于将引燃燃料喷射到内燃发动机的燃烧室中的装置，该内燃发动机在燃烧室中燃烧引燃燃料和主气体燃料。装置包括燃料喷射器，该燃料喷射器包括引燃喷射阀，该引燃喷射阀具有引燃针状件和引燃阀座；并且该燃料喷射器具有多个引燃孔，该多个引燃孔用于将引燃燃料从引燃喷射阀流体地连通到燃烧室，使得喷射的引燃燃料的量以能量计小于总燃料量的2.09％，以便在发动机循环期间稳定点燃喷射的主气体燃料，该总燃料量限定为引燃燃料的量和主气体燃料的量的和。喷射的引燃燃料的量以能量计可以在总燃料量的0.26％至2.09％的范围内，并且在其他示例中，喷射的引燃燃料的量以能量计可以在总燃料量的0.26％至1.04％的范围内。
另一总体方面包括用于将引燃燃料喷射到内燃发动机的燃烧室中的方法。方法还包括将一定量的主气体燃料引入发动机的燃烧室中。方法还包括将一定量的引燃燃料直接地引入发动机的燃烧室中，该引燃燃料比主气体燃料更容易点燃。方法还包括点燃引燃燃料，其中引燃燃料的燃烧触发气体燃料的点燃。方法还包括其中引燃燃料的量为总燃料量的2.09％或更小，总燃料量是以能量计每个发动机循环喷射的引燃燃料的量和主气体燃料的量的和。附加的示例性方法可以包括以下特征中的一个或多个。在方法中，引燃燃料的量在总燃料量的0.26％至2.09％的范围内。引燃燃料的量在总燃料量的0.26％至1.04％的范围内。主气体燃料在标准温度和标准压力下可以包括按体积计大于60％的氢气；并且在一些示例中，优选地，主气体燃料在标准温度和标准压力下可以包括按体积计大于70％的氢气；并且在其他示例中，更优选地，主气体燃料在标准温度和标准压力下可以包括按体积计大于80％的氢气。在又其他示例中，主气体燃料在标准温度和标准压力下可以包括按体积计大于90％的氢气。方法可以包括在压缩冲程期间喷射所有燃料。方法可以包括：设置数量少于另一燃料喷射器中的引燃孔的数量的引燃孔；该另一燃料喷射器包括第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，该第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，多个第二引燃孔用于将引燃燃料从第二引燃喷射阀流体地连通到燃烧室中；并且另一燃料喷射器当在50％的满负载下测量时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量以维持气体燃料的良好的点燃稳定性。方法可以包括设置多个引燃孔，该多个引燃孔各自的直径小于另一燃料喷射器中的引燃孔的直径，该另一燃料喷射器当在50％的满负载下测量时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量以维持气体燃料的良好的点燃稳定性。方法可以包括将引燃冲程长度设置成小于另一燃料喷射器中的第二引燃喷射阀的引燃冲程长度，其中，另一燃料喷射器当在50％的满负载下测量时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量以维持气体燃料的良好的点燃稳定性。方法可以包括设置引燃阀座直径，该引燃阀座直径定大小为小于另一燃料喷射器中第二引燃喷射阀的第二引燃阀座直径，该另一燃料喷射器当在50％的满负载下测量时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量以维持气体燃料的良好的点燃稳定性。方法可以包括将多个引燃孔的内表面的粗糙度设置成大于另一燃料喷射器中的第二引燃喷射阀的多个第二引燃孔的内表面的粗糙度，该另一燃料喷射器当在50％的满负载下测量时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量以维持气体燃料的良好的点燃稳定性。方法可以包括将燃料喷射器的多个引燃孔中的每一个设置成具有向内渐缩的轮廓。方法可以包括将多个引燃孔中的每一个设置成其横截面轮廓具有与另一燃料喷射器中的多个第二引燃孔的第二横截面轮廓的排出系数相比降低的排出系数。方法可以包括在发动机负载和发动机速度条件下，以与在相同的发动机负载和发动机速度条件下采用另一燃料喷射器的喷射压力相比更低的喷射压力喷射引燃燃料。方法可以包括将引燃针状件致动到在落座位置和全开位置之间的部分提升位置。方法可以包括将引燃燃料设置成具有比另一引燃燃料的碳含量更低的碳含量。方法可以包括将引燃燃料与惰性流体混合；和/或将引燃燃料与氨气混合。示例中的另一燃料喷射器可以是在内燃发动机中采用的双燃料喷射器，该内燃发动机在标准驱动循环中以大致5％的平均引燃能量比来操作，该标准驱动循环可以是发动机测试单元可验证的驱动循环，包括瞬态循环数据和/或可以模拟典型的真实世界的驱动条件，诸如Boras-Landvetter-Boras驱动循环和/或Hamburg-Kessel驱动循环。
本发明不限于上述发明概述，并且还包括在本文中示例性实施例的书面描述中的实施例中公开的另外的特征。公开的装置、***和方法的特征和优点通过以下描述将是变得显而易见。申请人提供了本说明，包括具体实施例的附图和示例，以给出装置、***和方法的广泛代表。对于本领域技术人员来说，根据本说明以及通过装置、***和方法的实践，本申请的各种变化和修改将变得显而易见。
附图说明
所附附图合并入说明书中并构成了说明书的一部分，所附附图图示了装置、***和方法的具体实施例，并且与上面的总体描述和具体实施例的详细描述一起用于解释装置、***和方法的原理。
图1是根据实施例的用于内燃发动机的燃料***的示意图。
图2是图1的燃料***的燃料喷射器的示意图。
图3是图2的燃料喷射器的喷嘴的详细视图。
图4是图2的燃料喷射器的喷嘴的详细视图，其中，引燃喷射阀示出为处于打开位置。
图5是图2的燃料喷射器的喷嘴的详细视图，其中，主喷射阀示出为处于打开位置。
图6是燃烧室的平面视图，图示了由燃料喷射器喷射的引燃射流。
图7是燃烧室的平面视图，图示了图6的燃料喷射器喷射的主射流。
图8是图1的发动机的燃烧室的平面视图，图示了由图2的燃料喷射器喷射的引燃射流。
图9是图1的发动机的燃烧室的平面视图，图示了由图2的燃料喷射器喷射的主射流。
图10是图示了图8的引燃射流与图9的主射流彼此重叠的平面视图。
图11是根据另一实施例的用于图2的燃料喷射器的引燃孔的横截面图。
图12是根据另一实施例的用于图1的燃料***的燃料喷射器的示意图。
图13是根据另一实施例的用于图2的燃料喷射器的喷嘴的示意图。
图14是燃烧室的平面视图，图示了由能够进行级联喷射策略的燃料喷射器喷射的引燃射流、引燃气体射流和主气体射流。
具体实施方式
参考图1，图示了根据一实施例的燃料***100，该燃料***100用于向内燃发动机230供应燃料。泵送装置120对来自液体燃料储存容器130的液体燃料加压，并将加压后的液体燃料输送到燃料压力调节装置140。除了本领域技术人员已知的其他燃料***部件之外，泵送装置120还可以包括入口计量阀、共轨泵和位于液体燃料储存容器130中的传输泵。泵送装置150对来自储存容器160的气体燃料加压，并将该气体燃料输送到燃料压力调节装置140。储存容器160优选地为将气体燃料储存为压缩气体的压力缸。通常的储存压力是300bar和700bar，加燃料站可以以该储存压力加压储存容器160；然而，还设想了更高的、更低的以及介于两者之间的其他加燃料储存压力。旁通阀170允许来自储存容器160的气体燃料在旁通阀170被打开时绕过泵送装置150，例如，在储存容器160中的气体燃料压力是高的情况下，旁通阀170被打开；并且在气体燃料压力是低的情况下，旁通阀170可以被关闭并且泵送装置150致动来将气体燃料加压至期望的压力。在其他实施例中，储存容器160可以储存呈液化形式的气体燃料，由此泵送装置150可以是对液化的气体燃料加压并且优选地将该液化的气体燃料汽化的低温泵送装置，并且在这种情况下不需要旁通阀170。蓄积器180储存期望体积的加压气体燃料，作为针对来自内燃发动机230的燃料需求的缓冲器，蓄积器180可以是供应来自泵送装置150的燃料的容器或适当大小的管道。切断阀190被采用来在内燃发动机熄火时将蓄积器180与下游的燃料***隔离。如本领域技术人员所已知的，燃料压力调节装置140被采用来将液体燃料轨道200中的液体燃料压力与气体燃料轨道210中的气体燃料压力之间的压差维持在期望的范围内(其中，液体燃料压力至少比气体燃料压力大期望的差额)，使得液体燃料可以以液体密封的方式被采用，以将气体燃料密封在双燃料喷射器220内。压差也称为***偏差压力。于2001年10月9日授权并且由申请人拥有的专利号为6,298,833的美国专利公开了可以在本文中采用的示例性燃料压力调节装置140的各种实施例，但是也可以采用用于维持两种燃料之间的压力偏差的其他技术。这些技术通常称为气体跟随柴油(gas-follows-diesel，GFD)和柴油跟随气体(diesel-follows-gas，DFG)，其中，第二列出的燃料是指其压力是基于第一列出的燃料的压力而被调节的燃料。双燃料喷射器220与液体燃料轨道200和气体燃料轨道210流体地连接，并且双燃料喷射器220操作为将液体燃料和气体燃料从喷嘴240分开地且独立地喷射到燃烧室450中，双燃料喷射器220的喷嘴240布置在该燃烧室450中。在典型的实施例中，燃料喷射器220采用液体燃料作为液压流体，用于致动喷射器并且用于形成液体密封以将气体燃料密封在喷射器内，并且因此将液体燃料和气体燃料之间的***偏差压力维持在期望的范围内，以操作燃料喷射器。液体燃料还可以被采用为引燃燃料，以在燃烧室内燃烧，以建立适合于点燃气体燃料的压力和温度环境，由此术语“液体燃料”和“引燃燃料”在本文中可以互换地使用。尽管仅图示了一个这种燃料喷射器，但在其他实施例中，可以存在多个燃料喷射器，该多个燃料喷射器与相应的燃烧室相关联。电子控制器110与泵送装置120、泵送装置150、旁通阀170、切断阀190和燃料喷射器220可操作地连接，以控制泵送装置120、泵送装置150、旁通阀170、切断阀190和燃料喷射器220的操作。
现在参考图2，示出了示例性实施例中的双燃料喷射器220，图示了引燃针状件300同心地嵌套在主针状件305内部(用于气体燃料)。引燃控制室310填充有来自液压流体入口315的加压液压流体，以将引燃针状件300推动到引燃阀座320上。主控制室325填充有来自入口330的加压液压流体，以将主针状件305推动到主阀座335上。引燃针状件300和引燃阀座320共同形成用于喷射引燃量的燃料的引燃喷射阀350。主针状件305和主阀座335共同形成用于喷射主要量的燃料的主喷射阀355。弹性件340和弹性件345分别将针状件300和针状件305推动地偏置到阀座320和阀座335上，使得喷射阀350和喷射阀355在没有加压液压流体的情况下处于关闭位置。阀座320和阀座335在形状上是环形的，并且阀座320和阀座335分别由称为Dps和Dms(在图3最佳看见)的引燃密封直径和主密封直径限定，该引燃密封直径和主密封直径分别是在喷射阀350和喷射阀355处于关闭位置时，针状件300与引燃阀座320、针状件305与主阀座335进行接触的最小直径。回到图2，引燃致动机构360为可操作地连接到控制器110(以便通过控制器致动)的三通阀型机构，其中在不被供给能量的情况下，该引燃致动机构360允许加压液压流体从入口315到引燃控制室310的流体连通，并且在被供给能量的情况下，该引燃致动机构360允许液压流体从引燃控制室310到液压流体出口365的流体连通，该液压流体出口365可以连接到回流管线，以便将液压流体流体地返回到储存器，该储存器在液压流体为引燃燃料的情况下可以是液体燃料储存容器130(在图1中看见)。主致动机构370为可操作地连接到控制器110(以便通过控制器致动)的三通阀型机构，其中在不被供给能量的情况下，该主致动机构370允许加压液压流体从入口330到主控制室325的流体连通，并且在被供给能量的情况下，该主致动机构370允许液压流体从主控制室325到液压流体出口365的流体连通。在引燃致动机构360和主致动机构370不被供给能量的情况下，控制室310和控制室325分别与液压流体出口365阻断。在引燃致动机构360和主致动机构370被供给能量的情况下，控制室310和控制室325分别与液压流体入口315和液压流体入口330阻断。
引燃燃料通过引燃燃料入口375输送到燃料喷射器220，并从入口375通过引燃针状件300和主针状件305之间的环形通路390流体地连通到引燃喷射阀350。在图示的实施例中，在引燃致动机构360被供给能量的情况下，引燃控制室310中的液压流体压力下降至液压排出压力的压力(即，在液压流体出口365处的压力)，由此引燃燃料压力在引燃针状件300的凸耳380上施加提升力，使得引燃针状件提升离开阀座320引燃冲程长度Lps(在图4中最佳看见)，从而允许引燃燃料通过主针状件305中的引燃孔385喷射。引燃孔385可以具有圆柱形形状，该圆柱形形状具有引燃孔直径Dph(在图5中最佳看见)和引燃孔长度Lph(在图4最佳看见)。尽管在图2中仅图示了一个引燃孔385，但应当理解，在燃料喷射器220中可以存在一个或多个引燃孔。参考图6，在示例性实施例中，存在八个引燃孔385-1、385-2、385-3、385-4、385-5、385-6、385-7和385-8，该八个引燃孔385-1、385-2、385-3、385-4、385-5、385-6、385-7和385-8分别将八个引燃射流440-1、440-2、440-3、440-4、440-5、440-6、440-7和440-8喷射到燃烧室450中。
返回图2，气体燃料通过气体燃料入口395输送到燃料喷射器220，并流体地连通到气体燃料增压室410中，气体燃料增压室410是围绕主针状件305的环形室，气体燃料增压室410用作靠近主喷射阀355的气体燃料的蓄积器或缓存器。在主致动机构370被供给能量的情况下，主控制室325中的液压流体压力下降至液压排出压力，由此气体燃料压力在主针状件305的凸耳400上施加提升力，使得主针状件提升离开阀座335主冲程长度Lms(在图5中最佳看见)，从而允许气体燃料通过主孔405喷射。主孔405具有由主孔长度Lmh(在图4中最佳看见)和主孔直径Dmh(在图5中最佳看见)限定的圆柱形形状。尽管在图2中仅图示了一个主孔405，但应当理解，在燃料喷射器220中可以存在一个或多个主孔。参考图7，在示例性实施例中，存在八个主孔405-1、405-2、405-3、405-4、405-5、405-6、405-7和405-8，该八个主孔405-1、405-2、405-3、405-4、405-5、405-6、405-7和405-8分别将气体燃料的八个主射流445-1、445-2、445-3、445-4、445-5、445-5、445-6、445-7和445-8喷射到燃烧室450中。在图示的实施例中，引燃射流405-1、405-2、405-3、405-4、405-5、405-6、405-7和405-8(在角度上)分别与主射流445-1、445-2、445-3、445-4、445-5、445-6、445-7和445-8重叠。
返回图2，在来自入口420的加压液压流体被输送到围绕主针状件的环形室425的情况下，围绕主针状件305形成环形的液体密封415。液体密封415将气体燃料密封在增压室410中，并且防止气体燃料通过主针状件305和喷射器本体435之间的匹配配合件430行进到通路390中或行进到控制室310和控制室325中。
在示例性实施例中，液压流体入口315、330和420优选地为相同的液压流体入口。在另一示例性实施例中，液压流体是引燃燃料，由此液压流体入口315、330、420和引燃燃料入口375可以是将引燃燃料供应到燃料喷射器220的相同的入口。
特别设想与燃料***100一起采用的示例性气体燃料为氢气。与天然气相比，氢气/空气混合物的最小点燃能量显著低于天然气/空气混合物的最小点燃能量。执行模型计算流体动力学(CFD)研究，以确定在由双燃料喷射器220喷射的固定量的氢气代表的额定功率下点燃氢气/空气混合物所需的最小引燃燃料量。该研究针对V13发动机的一个特定发动机状态(峰值功率为1600rpm)。应当注意的是，具有良好的点燃稳定性的最小引燃燃料量和引燃燃料量通常会取决于发动机速度和发动机负载而变化，并且在不同类型的发动机之间也会变化。本研究中使用的引燃燃料为柴油燃料，并且结果列于下面的表1中。引燃量和氢气量表示每个发动机循环所喷射的引燃燃料量和氢气量(其中，所有燃料在压缩冲程期间被喷射)。以能量计比较两种不同的燃料是指比较它们各自的能量含量。用于驱动循环(adrive cycle)的总引燃燃料能量等于用于驱动循环喷射的引燃燃料的总质量乘以引燃燃料的低热值。用于驱动循环的总气体燃料能量等于用于驱动循环喷射的气体燃料的总质量乘以气体燃料的低热值。用于驱动循环的总燃料能量等于总引燃燃料能量加上总气体燃料能量。引燃能量比表示在每个发动机循环期间喷射的引燃燃料的能量含量除以喷射的引燃燃料和主燃料的合计的总能量含量的百分比。在目前的研究中，引燃燃料是柴油，并且主燃料基本上是氢气。点燃稳定性是由从循环到循环的一致的点燃延迟所限定，该一致的点燃延迟小于点燃延迟上限。在内燃发动机230以氢气为燃料的情况下，引燃燃料能量比可以低至0.26％，以便获得良好的点燃稳定性。这比以天然气为燃料的典型的商用GFDI发动机低一个数量级以上，这些商用GFDI发动机以约5％的平均引燃能量比进行操作。返回表1，在引燃燃料能量比低于0.26％的情况下，点燃延迟高于点燃延迟上限，该点燃延迟上限用于从循环到循环的一致的点燃稳定性。
表1
因此，与以天然气作为气体燃料的类似的内燃发动机相比，在内燃发动机230中燃烧氢气/空气混合物允许采用更小量的引燃燃料。附加地，与采用天然气作为气体燃料、其中天然气是主要为甲烷的气体燃料共混物的、类似内燃发动机相比，被采用用于点燃主要包括氢气的气体燃料共混物的引燃燃料量允许采用更小量的引燃燃料。在一些布置中，主要包括氢气的气体燃料共混物可以包括在标准温度和标准压力下包括按体积计60％至100％之间的氢气的气体燃料；在其他布置中，主要包括氢气的气体燃料共混物可以包括在标准温度和标准压力下包括按体积计70％至100％之间的氢气的气体燃料；在又其他布置中，主要包括氢气的气体燃料共混物可以包括在标准温度和标准压力下包括按体积计80％至100％之间的氢气的气体燃料；在其他布置中，主要包括氢气的气体燃料共混物可以包括在标准温度和标准压力下包括按体积计90％至100％之间的氢气的气体燃料；以及在又其他布置中，主要包括氢气的气体燃料共混物可以包括基本上包括氢气的气体燃料。天然气燃料发动机的燃料以主要为甲烷的气体燃料共混物为燃料，并且在标准温度和标准压力下可以包括按体积计至少70％的甲烷。燃烧更小量的引燃燃料减少了排放，特别是减少了温室气体(GHG)排放，因为与如柴油燃料的典型的引燃燃料相比，气体燃料燃烧以更少的排放燃烧。燃烧更少的引燃燃料还降低了补充液体燃料储存容器130(如图1所示)的频率，由此减少了操作内燃发动机230的负担，和/或允许使用更小的液体燃料储存容器130，由此降低了燃料***100的成本。因此，期望的是每个发动机循环将更小量的引燃燃料喷射到内燃发动机230的燃烧室中。
能够通过如下方式实验地确定最小引燃量：通过在给定的扭矩-负载点以稳定状态运行发动机，其中，逐渐地减少引燃直到发生以下情况之一:(1)循环到循环或气缸到气缸的燃烧稳定性增加到高于限值，该燃烧稳定性通过指示平均有效压力(IMEP)的变化系数(COV)测量；(2)排放(例如，未燃烧的碳氢化合物(UHC)或一氧化碳(CO)增加到高于限值；和/或(3)燃烧相位变化(延迟的点燃)或热量释放率急剧地升高(由于更长的点燃延迟)。
已经设想了以下稳态技术，以减少引燃燃料的喷射量。
参考图8、图9和图10，示出了另一引燃孔和主孔实施例，该引燃孔和主孔可以与在燃烧室450中图示的燃料喷射器220一起被采用。可以通过从另一已知的燃料喷射器的引燃孔的数量中减少引燃孔的数量来减少引燃喷射量。参考图8，存在四个引燃孔385-1b、385-2b、385-3b和385-4b；并且参考图9，存在八个主孔405-1、405-2、405-3、405-4、405-5、405-6、405-7和405-8。优选地，相应的引燃孔位于相应的一对主孔之间。例如，引燃孔385-1b在角度上可以位于主孔405-8和主孔405-1之间；并且引燃孔385-2b在角度上可以位于主孔405-2和主孔405-3之间；并且引燃孔385-3b在角度上可以位于主孔405-4和主孔405-5之间；并且引燃孔385-4b在角度上可以位于主孔405-6和主孔405-7之间。图10图示了图8的引燃射流和图9的主射流彼此重叠。通过采用更少的引燃孔，在所有其他条件保持相同的情况下，引入燃烧室450中的引燃燃料的量减少。更具体地，当存在一半数量的引燃孔时，喷射的引燃燃料的量减少了50％。通常，当存在偶数数量的主孔时，引燃孔的数量可以等于主孔的数量的一半，并且当存在奇数数量的主孔时，引燃孔的数量等于主孔的数量除以二并四舍五入(例如，7个主孔除以2等于3.5，并且四舍五入等于4个引燃孔)。优选地，主孔的角间距围绕燃烧室450的纵向轴线是等距的，并且引燃孔的角间距围绕燃烧室450的纵向轴线是等距的。在其他实施例中，可以存在与主孔的数量相等的引燃孔，其中采用了更少的主孔。
用于减少引燃喷射量的另一稳态技术是减小引燃孔直径Dph(在图5中看见)，例如，通过将引燃孔直径Dph减小高达在GFDI发动机***中采用的另一燃料喷射器的引燃孔直径的50％。在示例性实施例中，引燃孔直径Dph可以从100-120微米(微米级)之间减小到60-80微米之间。存在多种适合于制作小的直径的引燃孔的制造方法，诸如激光钻孔。与在GFDI发动机***中采用的另一燃料喷射器的引燃孔长度相比，在所有其他条件保持相同的情况下，增加引燃孔长度Lph(在图4中看见)也可以导致减少的引燃喷射量。对于(理想的)液体燃料，通常不存在通过引燃喷射阀350的“阻塞流”状况。可以使用伯努利方程来估计引燃燃料质量流率，该伯努利方程是跨越引燃孔385的压差的函数。更长的引燃孔具有降低的排出系数，因此流率略有降低。引燃孔越长，焦化的风险可能越高，因为在喷射之后，将有更多的引燃燃料留在通道中。
可以通过减小通过引燃燃料喷射阀350的引燃燃料流动面积来降低引燃燃料的喷射量。与在GFDI发动机***中采用的另一燃料喷射器的引燃冲程长度相比，通过减小引燃冲程长度Lps(在图4中看见)可以减小通过喷射阀350的引燃燃料流动面积。用于减小通过引燃燃料喷射阀350的引燃燃料流动面积的另一技术包括：与另一燃料喷射器的引燃密封直径相比，减小引燃密封直径Dps(在图3中看见)。与在GFDI发动机***中采用的另一燃料喷射器的引燃针状件直径相比，通过减小引燃针状件直径Dpn(在图3中看见)可以实现减小引燃密封直径Dps。
用于减少引燃喷射量的另一稳态技术涉及增加引燃孔385的内表面460(在图3中看见)的粗糙度，由此，与在GFDI发动机***中采用的另一燃料喷射器的具有内表面的粗糙度的引燃孔385的排出的系数相比，降低了引燃孔385的排出的系数。如在本文中使用的，排出的系数(也称为排出系数或流出系数)定义为实际排出与理论排出的比，即，在引燃孔385的排出端部处的质量流率与在理想引燃孔的排出端部处的质量流率的比，该理想引燃孔将相同的工作流体从相同的初始条件膨胀到相同的离开压力。
还可以通过采用向内渐缩的引燃孔来降低引燃孔385的排出的系数(由此减少引燃喷射量)。参考图11，主针状件305c(该主针状件305c可以采用来代替在图2中看见的主针状件305)中的引燃孔385c被图示为具有降低了排出的系数的几何形状。引燃孔385c包括入口开口470和出口开口475，引燃燃料从引燃喷射阀350的下游进入该入口开口470中，引燃燃料从出口开口475离开引燃孔进入燃烧室450中。开口470和开口475的表面与引燃孔385c的纵向轴线480成直角。在引燃孔385c的入口开口470、出口开口475与纵向轴线480不成直角的情况下，开口470和开口475被限定为这些表面在与纵向轴线480成直角的平面上的投影。入口直径Dph-inner为入口开口470的直径，并且直径Dph-outer为出口开口475的直径，并且直径Dph-inner和直径Dph-outer被选择成使得引燃孔385c具有向内渐缩的轮廓。直径Dph-inner小于直径Dph-outer，使得在开口470和开口475之间延伸的线485和线490是基本上线性的并且相对于引燃喷射阀350向外渐扩(diverging)，并且使得在入口开口470和出口开口475之间的横截面区域是向外渐扩。引燃孔385c的渐扩性质使得当引燃燃料从入口开口470向出口开口475行进时，该引燃燃料膨胀，由此增加了引燃孔385c中的引燃燃料的湍流，从而导致降低的排出的系数。
除了典型的圆形形状以外，还可以通过使引燃孔采用降低引燃孔的排出的系数的横截面形状来降低引燃孔385的排出系数。此外，在所有其他条件都保持相同的情况下，无论引燃孔是否是渐缩的，减小入口开口470(在图11中看见)的周边的边缘或拐角的圆角、倒角或斜角的半径也可以减小排出的系数，由此减少引燃喷射量。
已经设想了以下瞬态技术，以减少引燃燃料的喷射量。
参考图1，可以通过降低引燃燃料轨道200中的引燃燃料压力使得喷射压力被减小来降低引燃燃料喷射量。引燃燃料压力(轨道200中)与燃烧室450中的缸内压力(当处于喷射时间时)之间的压力比为至少二(2)或更大，该压力比足以确保引燃燃料在燃烧室450中的充分雾化。在这方面，如果在压缩冲程接近结束或结束时的峰值缸内压力为40bar，则80bar的引燃燃料喷射压力足以确保引燃燃料的雾化(其中，液体引燃燃料液滴在燃烧室内蒸发)，使得引燃燃料从循环到循环一致地自燃，并具有良好的点燃稳定性。传统上，柴油发动机中的液体燃料喷射压力已增加到2000bar及以上的喷射压力，以提高燃烧效率并且以减少排放，特别是减少颗粒排放。然而，在引燃燃料的量在0.67mg/循环至2.67mg/循环的范围中的情况下，已经发现引燃燃料的喷射压力可以放宽。降低喷射压力可以具有的另外的优点是减少了寄生损失(parasitic losses)，因为引燃燃料和气体燃料因此无需被加压到如此高的压力。还可以通过在压缩冲程期间在缸内压力较小时较早地喷射引燃燃料来以提前的喷射正时喷射引燃燃料，由此增加引燃燃料的喷射压力与缸内压力之间的压力比，或者，可以进一步减小喷射压力以维持与非提前的喷射正时相同的压力比。
可以通过改善引燃喷射阀350的快速打开和快速关闭的能力来降低引燃燃料喷射量。参考图2，可以改善引燃致动机构360的响应时间，以改善引燃喷射阀350的瞬态响应。对于引燃燃料喷射压力与缸内压力之间的给定压力比，理论上的最小引燃燃料喷射量由引燃针状件300可以多快地打开和关闭来限定，使得从循环到循环可以一致地喷***确量的引燃燃料。改善引燃致动机构360的瞬态响应可以包括减小控制室310的体积，使得需要更少的流体来从控制室310被排出以打开引燃喷射阀350，并且需要更少的液压流体来填充控制室310以关闭引燃喷射阀350。附加地，可以增加通过供应阀361和回流阀362的流动面积，以分别增加进入控制室310的质量流率和从控制室310出来的质量流率，这将改善在引燃喷射阀350的关闭期间作用在引燃针状件300上的液压压力的响应时间，并且将减少在引燃喷射阀350的打开期间引燃针状件300将液压流体排出控制室310所需的时间。减小引燃针状件300的质量减小了该引燃针状件300的惯性，并且因此改善了引燃针状件在相同的力下的加速度，由此增加了引燃针状件在打开期间和在关闭期间的平均速度。通常，引燃致动机构360采用螺线管型致动器来关闭供应阀361和打开回流阀362。代替螺线管型致动器，可以采用压电型致动器来关闭供应阀361和打开回流阀362。替代地，代替控制液压流体流入引燃控制室310以及从引燃控制室310流出的引燃致动机构360，在其他实施例中，可以使用采用了压电致动器的直接作用式引燃致动机构以将力直接施加在引燃针状件上，由此无需液压流体力来打开和关闭引燃针状件。压电致动器通常具有比螺线管致动器更快的响应时间，并且压电致动器可以产生作用在供应阀361、回流阀362、和引燃针状件(在引燃针状件由致动器力直接作用的情况下)上的更大的峰值力，由此允许供应阀361、回流阀362和引燃针状件更快速地打开和关闭，这进而允许引燃喷射阀350更快速地打开和关闭，从而导致更少的引燃喷射量；然而，压电型致动器比螺线管型致动器更昂贵。由于改善的瞬态响应，与螺线管型致动器相比，压电型致动器可以更容易地允许(增加)每个发动机循环的多次喷射。
在其他实施例中，引燃冲程长度Lps(在图4中看见)可以是可变的冲程长度，由此引燃致动机构360(在图2中看见)可以被致动，以实现将引燃针状件300的部分提升或引燃针状件300的完全提升。在引燃针状件在打开期间停止在阀座320上的落座位置和全开位置之间(在该全开位置处，优选地，引燃针状件被物理地阻止进一步打开)的情况下，引燃针状件300的部分提升发生。在引燃针状件300被打开到部分提升位置的情况下(其中，在落座位置和全开位置之间可以存在多个部分提升位置)，通过引燃喷射阀350的流动面积减小，这允许引燃喷射量被减少。为了实现引燃针状件300的部分提升，引燃致动机构360可以采用恒定气隙型致动器(未示出)，诸如申请人的、于2020年9月24日公开的、塞瑟勒等人的、公开号为WO2020/186358的共同未决PCT国际公开中公开的那些致动器。应当注意的是，主致动机构370也可以采用恒定气隙型致动器，使得主针状件也可以被致动到一个或多个部分提升位置，以增加对气体燃料喷射的控制。替代地，在引燃致动机构360采用压电致动器来实现供应阀361、回流阀362和引燃针状件300(在引燃针状件300由致动器力直接作用的情况下)的打开和关闭的情况下，可以实现引燃针状件300的部分提升。压电致动器可以利用变化的控制信号(具体地利用不同的电压信号)来致动，该变化的控制信号导致了压电致动器的不同的位移。
以下是可以用来减少引燃喷射量的其他技术。
现在参考图12，示出了燃料喷射器220d，该燃料喷射器220d与燃料喷射器220类似，并且仅讨论不同。燃料喷射器220d包括孔口500，该孔口500在一侧部流体地连接到引燃燃料入口375，并且在另一侧部流体地连接到气体燃料增压室410。孔口500允许期望流率的引燃燃料从引燃燃料入口375流体地连通到增压室410中，即，允许将期望量的引燃燃料泄漏或溢出到增压室中，由此在增压室中形成气体燃料/引燃燃料混合物，并且该气体燃料/引燃燃料混合物被喷射通过主喷射阀355和主孔405。孔口500允许每个发动机循环喷射非常小量的引燃燃料，由此允许更小的引燃燃料喷射量。值得注意的是，燃料喷射器220d不包括引燃针状件300(在图2中看见)，并且因此燃料喷射器220d可以采用不包括用于引燃针状件的钻孔的主针状件305d，并且燃料喷射器不需要引燃致动机构360。在其他实施例中，液压流体是引燃燃料，并且液压流体入口420是引燃燃料入口，由此匹配配合件430可以操作以允许期望流率的引燃燃料进入增压室410中，由此不需要入口375和孔口500。
在其他实施例中，可以通过减小引燃燃料的碳含量来减少有效引燃喷射量。例如，可以用惰性、低能量流体来稀释引燃燃料，从而形成引燃燃料/惰性流体混合物，其中，引燃燃料/惰性流体混合物的喷射量可以等于引燃燃料喷射量，而喷射的引燃燃料/惰性流体混合物的总碳含量小于喷射的引燃燃料量的碳含量。替代地或附加地，引燃燃料可以是可以被喷射的、诸如柴油的碳基液体燃料与诸如氨气(NH3)的不含碳的液体的混合物。氨气难以点燃，因为氨气的点燃温度和点燃能量比例如本身难以自燃的天然气高得多。然而，在氨气与诸如柴油的典型的引燃燃料混合并燃烧的情况下，氨气将在引燃燃料点燃并燃烧时点燃并燃烧，由此引燃燃料/氨气混合物成为用于点燃氢气燃料和主要包括氢气的气体燃料共混物的有效混合物，该主要包括氢气的气体燃料共混物包括含有60％或更多氢气的气体燃料。引燃燃料也可以与二甲醚(DME)混合，二甲醚的化学式为CH3OCH3，简化为C2H6O，与柴油(典型的引燃燃料)相比，二甲醚具有降低的碳含量，柴油的平均化学式为C12H23，范围从大致C10H20至C15H28。替代地或附加地，引燃燃料可以与由生物污泥或二级污泥制成的合成柴油、或丙烷(或液化石油气)混合，以与单独使用柴油作为引燃燃料相比减少整体混合物的碳含量。在其他实施例中，可以例如通过将更粘稠的惰性流体与引燃燃料混合来增加引燃燃料的粘度。也可以通过使引燃燃料温度变低来增加引燃燃料的粘度。通过将引燃燃料流体地连通通过热交换器可以实现使引燃燃料温度变低，该热交换器采用热交换流体，该热交换流体诸如空气(尤其是在车辆中)、已经被汽化之前或被汽化之后的低温流体/燃料、或已经由空调单元冷却的流体(诸如水)。替换地或附加地，可以通过采用与另一引燃燃料的粘度相比具有增加的粘度的引燃燃料来增加引燃燃料的粘度。例如，与石油柴油燃料相比，生物柴油燃料通常具有增加的粘度。石油柴油燃料是典型的引燃燃料，是由原油蒸馏获得的碳氢化合物混合物，其中每分子通常具有大致10个至15个碳原子(但是分子可以具有更少个或更多个碳原子)。生物柴油或FAME(脂肪酸甲酯)是替代的柴油燃料，源自诸如使用过的食用油、菜籽油、动物脂肪或大豆油之类的可再生原料并且可以通过酯交换获得。
在其他实施例中，燃料喷射器220(在图2中看见)可以被分成两个不同的喷射器，其中，第一喷射器喷射气体主燃料，并且第二喷射器喷射引燃燃料。专用单个喷射器来喷射引燃燃料允许更小引燃喷射量的微引燃喷射，这在双燃料喷射器中无法容易地实现。
现在参考图13，示出了根据另一实施例的喷嘴240d，其代表级联喷射策略，喷嘴240d可以被采用来代替燃料喷射器220中的喷嘴240(在图2中看见)。主针状件305d包括用于喷射引燃燃料的引燃孔510，并且喷嘴240d包括用于喷射引燃量的气体燃料的引燃气体孔520以及用于喷射主要量的气体燃料的主气体孔530。引燃燃料点燃并燃烧，从而在燃烧室中建立了点燃引燃量的气体燃料的压力和温度环境，由此燃烧引燃量的气体燃料在燃烧室中建立了点燃主要量的气体燃料的压力和温度环境。参考图14，在示例性实施例中，可以存在两个引燃燃料孔510，两个引燃燃料射流515-1、515-2通过该两个引燃燃料孔510而出现，该两个引燃燃料射流515-1、515-2点燃了通过四个引燃气体孔520而出现的四个引燃气体射流525-1、525-2、525-3和525-4，该四个引燃气体射流525-1、525-2、525-3和525-4随后燃烧并点燃了通过八个主气体孔530而出现的八个主气体射流535-1、535-2、535-3、535-4、535-5、535-6、535-7和535-8。优选地，每个引燃射流510-1、510-2分别在一对引燃射流525-1、525-2以及525-3、525-4之间在角度上均匀地间隔；并且每个引燃气体射流525-1、525-2、525-3、525-4分别在一对主气体射流535-8、535-1；535-2、535-3；535-4、535-5；以及535-6、535-7之间在角度上均匀地间隔。通过采用级联喷射策略，少量的引燃燃料可以有效地点燃大量的气体燃料，该大量的气体燃料进而可以点燃甚至更大量的气体燃料。
在示例性实施例中，在上文中公开的技术或手段的组合被采用来精确地控制在每个发动机速度和发动机负载条件下的引燃喷射量。在其他实施例中，在图2中看见的引燃致动机构360可以代替地为二通阀，该二通阀用限制孔口代替供应阀361。也可以用限制孔口代替回流阀362，尽管这将增加液压流体的稳态排出。在其他实施例中，主致动机构370也可以是具有限制孔口的二通阀。通过采用本文中公开的用于减少引燃燃料喷射量的其他技术，可以减少采用具有限制孔口的二通阀致动机构的燃料喷射器的引燃燃料喷射量。
尽管已经示出并描述了本发明的具体元件、实施例和应用，但应当理解的是，本发明不限于此，因为本领域技术人员，特别是根据前述教导，可以在不脱离本公开内容的范围的情况下进行修改。

Claims (57)

1.一种操作气体燃料直接喷射式柴油循环内燃发动机(230)的方法，所述方法包括：
-将一定量的气体燃料直接地引入所述发动机(230)的燃烧室(450)中，其中，所述气体燃料在标准温度和标准压力下包括按体积计至少60％的氢气，
-将一定量的引燃燃料直接地引入所述发动机(230)的所述燃烧室(450)中，使得对于至少一种发动机操作条件，所述一定量的引燃燃料相对于引入的总燃料的引燃能量比小于3％；以及
-点燃所述引燃燃料，由此所述引燃燃料的燃烧触发所述气体燃料的点燃。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于至少一种发动机操作条件，所述气体燃料以能量计是引入的所述总燃料的至少97％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括对于至少一种发动机操作条件，在将所述引燃燃料引入所述燃烧室中时，维持引燃燃料轨道压力与缸内压力的比为至少2.0:1。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，对于至少一种发动机操作条件，所述一定量的引燃燃料相对于引入的所述总燃料的引燃能量比是2.09％或更小。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，对于至少一种发动机操作条件，所述一定量的引燃燃料相对于引入的所述总燃料的引燃能量比是1.04％或更小。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，对于至少一种发动机操作条件，所述一定量的引燃燃料相对于引入的所述总燃料的引燃能量比是0.26％或更大。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述发动机在满负载操作条件和/或低负载操作条件下维持了所述气体燃料的良好的点燃稳定性。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述引燃燃料以能量计平均在由所述发动机消耗的燃料的0.26％至3％之间，并且更优选地，所述引燃燃料以能量计平均在由所述发动机消耗的燃料的0.26％至2.09％之间。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述气体燃料在标准温度和标准压力下包括按体积计大于60％的氢气。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述气体燃料在标准温度和标准压力下包括按体积计70％至100％之间的氢气。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，所述气体燃料在标准温度和标准压力下包括按体积计80％至100％之间的氢气。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中，所述气体燃料在标准温度和标准压力下包括按体积计90％至100％之间的氢气。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中，所述气体燃料在标准温度和标准压力下按体积计基本上包括氢气。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，所述方法还包括：在压缩冲程期间喷射所有燃料。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，所述方法还包括通过在所述压缩冲程期间在缸内压力小于峰值缸内压力时较早地喷射引燃燃料来以提前的喷射正时喷射引燃燃料。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的方法，所述方法还包括在开始喷射所述气体燃料之前约1毫秒，将引燃燃料直接喷射到所述燃烧室中。
17.一种用于将引燃燃料喷射到内燃发动机的燃烧室中的装置，所述内燃发动机在所述燃烧室中燃烧所述引燃燃料和主气体燃料，所述装置包括:
燃料喷射器，所述燃料喷射器包括引燃喷射阀，所述引燃喷射阀具有引燃针状件和引燃阀座，并且所述燃料喷射器具有多个引燃孔，所述多个引燃孔用于将所述引燃燃料从所述引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；
其中，引燃燃料的量以能量计小于总燃料量的2.09％，所述总燃料量限定为所述引燃燃料的量和所述主气体燃料的量的和。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述引燃燃料的量以能量计在所述总燃料量的0.26％至2.09％的范围内。
19.根据权利要求17所述的装置，其中，所述引燃燃料的量以能量计在所述总燃料量的0.26％至1.04％的范围内。
20.根据权利要求17-19中任一项所述的装置，其中，所述发动机为满负载操作条件和/或低负载操作条件维持了所述气体燃料的良好的点燃稳定性。
21.根据权利要求17-20中任一项所述的装置，其中，所述主气体燃料在标准温度和标准压力下包括按体积计至少60％的氢气。
22.根据权利要求17-21中的任一项所述的装置，所述装置还包括数量少于另一燃料喷射器中引燃孔的数量的引燃孔；所述另一燃料喷射器包括第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
23.根据权利要求17-22中任一项所述的装置，所述装置还包括多个引燃孔，所述引燃孔各自的直径小于另一燃料喷射器中的引燃孔的直径；所述另一燃料喷射器包括第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
24.根据权利要求17-23中任一项所述的装置，所述装置还包括多个引燃孔，所述多个引燃孔各自的长度小于另一燃料喷射器中的引燃孔的长度；所述另一燃料喷射器包括第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
25.根据权利要求17-24中任一项所述的装置，所述装置还包括通过所述引燃喷射阀的流动面积，该通过所述引燃喷射阀的流动面积小于另一燃料喷射器中的通过第二引燃喷射阀的流动面积，所述另一燃料喷射器包括所述第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
26.根据权利要求17-25中任一项所述的装置，所述装置还包括引燃冲程长度，所述引燃冲程长度小于另一燃料喷射器中的第二引燃喷射阀的引燃冲程长度；所述另一燃料喷射器包括所述第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
27.根据权利要求17-26中任一项所述的装置，所述装置还包括引燃阀座直径，所述引燃阀座直径小于另一燃料喷射器中的第二引燃喷射阀的引燃阀座直径；所述另一燃料喷射器包括第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
28.根据权利要求17-27中任一项所述的装置，所述装置还包括所述多个引燃孔的内表面的粗糙度，所述多个引燃孔的内表面的粗糙度大于另一燃料喷射器中的第二引燃喷射阀的多个第二引燃孔的内表面的粗糙度；所述另一燃料喷射器包括所述第二引燃喷射阀和所述多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
29.根据权利要求17-28中任一项所述的装置，所述装置还包括所述燃料喷射器的所述多个引燃孔中的每一个，所述燃料喷射器的所述多个引燃孔中的每一个具有向内渐缩的轮廓。
30.根据权利要求17-29中任一项所述的装置，所述装置还包括所述多个引燃孔中的每一个，所述多个引燃孔中的每一个的横截面轮廓具有与另一燃料喷射器中的多个第二引燃孔的第二横截面轮廓的排出系数相比降低的排出系数；所述另一燃料喷射器包括第二引燃喷射阀和所述多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
31.根据权利要求17-30中任一项所述的装置，其中，在发动机负载和发动机速度条件下，以与在相同的发动机负载和发动机速度条件下采用另一燃料喷射器的喷射压力相比更低的喷射压力喷射所述引燃燃料，所述另一燃料喷射器包括第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中。
32.根据权利要求17-31中任一项所述的装置，其中，所述引燃针状件被致动到在落座位置和全开位置之间的部分提升位置。
33.根据权利要求17-32中任一项所述的装置，其中，所述引燃燃料与另一引燃燃料的碳含量相比具有更低的碳含量。
34.根据权利要求17-33中任一项所述的装置，其中，所述引燃燃料与惰性流体混合；和/或所述引燃燃料与氨气混合。
35.根据权利要求17-31中任一项所述的装置，其中，所述另一燃料喷射器是在所述内燃发动机中采用的双燃料喷射器，并且所述另一燃料喷射器以大致5％的平均引燃能量比来操作。
36.根据权利要求22-35中任一项所述的装置，其中，所述发动机在所述引燃能量比下维持所述气体燃料的良好的点燃稳定性。
37.一种用于将引燃燃料喷射到内燃发动机的燃烧室中的方法，所述内燃发动机在所述燃烧室中燃烧所述引燃燃料和主气体燃料，所述内燃发动机包括燃料喷射器，所述燃料喷射器包括具有引燃针状件和引燃阀座的引燃喷射阀，所述燃料喷射器具有多个引燃孔，所述多个引燃孔用于将所述引燃燃料从所述引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；所述方法包括:
-将一定量的主气体燃料引入所述发动机的燃烧室中；
-将一定量的引燃燃料直接地引入所述发动机的所述燃烧室中，所述引燃燃料比所述主气体燃料更容易点燃；
-点燃所述引燃燃料，由此所述引燃燃料的燃烧触发所述主气体燃料的点燃；
其中，所述引燃燃料的量是总燃料量的2.09％或更少，所述总燃料量是以能量计每个发动机循环喷射的所述引燃燃料的量和所述主气体燃料的量总和。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述引燃燃料的量在所述总燃料量的0.26％至2.09％的范围内。
39.根据权利要求37所述的方法，其中，所述引燃燃料的量在所述总燃料量的0.26％至1.04％的范围内。
40.根据权利要求37-39中任一项所述的方法，其中，所述主气体燃料在标准温度和标准压力下包括按体积计大于60％的氢气；并且优选地，所述主气体燃料在标准温度和标准压力下包括按体积计大于70％的氢气；并且更优选地，所述主气体燃料在标准温度和标准压力下包括按体积计大于80％的氢气。
41.根据权利要求37-39中任一项所述的方法，其中，所述主气体燃料在标准温度和标准压力下包括按体积计大于90％的氢气。
42.根据权利要求37-41中任一项所述的方法，所述方法还包括在压缩冲程期间喷射所有燃料。
43.根据权利要求37-42中任一项所述的方法，所述方法还包括设置数量少于另一燃料喷射器中的引燃孔的数量的引燃孔；所述另一燃料喷射器包括第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
44.根据权利要求37-43中任一项所述的方法，所述方法还包括设置多个引燃孔，所述多个引燃孔各自的直径小于另一燃料喷射器中的引燃孔的直径；所述另一燃料喷射器包括第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
45.根据权利要求37-44中任一项所述的方法，所述方法还包括将多个引燃孔设置成每个引燃孔的长度小于另一燃料喷射器中的引燃孔的长度；所述另一燃料喷射器包括第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
46.根据权利要求37-45中任一项所述的方法，所述方法还包括将通过所述引燃喷射阀的流动面积设置成小于另一燃料喷射器中的通过第二引燃喷射阀的流动面积，所述另一燃料喷射器包括所述第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
47.根据权利要求37-46中任一项所述的方法，所述方法还包括将引燃冲程长度设置成小于另一燃料喷射器中的第二引燃喷射阀的引燃冲程长度；所述另一燃料喷射器包括所述第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
48.根据权利要求37-47中任一项所述的方法，所述方法还包括将引燃阀座直径设置成小于另一燃料喷射器中的第二引燃喷射阀的第二引燃阀座直径；所述另一燃料喷射器包括所述第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
49.根据权利要求37-48中任一项所述的方法，所述方法还包括将所述多个引燃孔的内表面的粗糙度设置成大于另一燃料喷射器中的第二引燃喷射阀的多个第二引燃孔的内表面的粗糙度；所述另一燃料喷射器包括所述第二引燃喷射阀和所述多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
50.根据权利要求37-49中任一项所述的方法，所述方法还包括将所述燃料喷射器的所述多个引燃孔中的每一个设置成具有向内渐缩的轮廓。
51.根据权利要求37-50中任一项所述的方法，所述方法还包括将所述多个引燃孔中的每一个设置成所述多个引燃孔中的每一个的横截面轮廓具有与另一燃料喷射器中的多个第二引燃孔的第二横截面轮廓的排出系数相比降低的排出系数；所述另一燃料喷射器包括第二引燃喷射阀和所述多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中；并且所述另一燃料喷射器当以50％的满负载操作时喷射与以能量计大于3％的引燃能量比相关联的引燃量。
52.根据权利要求43-51中任一项所述的方法，其中，所述发动机在所述引燃能量比下维持所述气体燃料的良好的点燃稳定性。
53.根据权利要求37-52中任一项所述的方法，所述方法还包括在发动机负载和发动机速度条件下，以与在相同的发动机负载和发动机速度条件下采用另一燃料喷射器的喷射压力相比更低的喷射压力喷射所述引燃燃料，所述另一燃料喷射器包括第二引燃喷射阀和多个第二引燃孔，所述第二引燃喷射阀具有第二引燃针状件和第二引燃阀座，所述多个第二引燃孔用于将引燃燃料从所述第二引燃喷射阀流体地连通到所述燃烧室中。
54.根据权利要求37-53中任一项所述的方法，所述方法还包括将所述引燃针状件致动到在落座位置和全开位置之间的部分提升位置。
55.根据权利要求37-54中任一项所述的方法，所述方法还包括将所述引燃燃料设置成具有比另一引燃燃料的碳含量更低的碳含量。
56.根据权利要求37-55中任一项所述的方法，所述方法还包括将所述引燃燃料与惰性流体混合；和/或将所述引燃燃料与氨气混合。
57.根据权利要求37-56中任一项所述的方法，其中，所述另一燃料喷射器是在所述内燃发动机中采用的双燃料喷射器，并且所述另一燃料喷射器以大致5％的平均引燃能量比来操作。
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