液体燃料内燃机已经用于产生动力和驱动机械超过一个世纪。从开始 以来，内燃机已经经历了大量改进，从而变得更加有效、更加有力和/或污 染更小。为了帮助这些改进，燃料的性质和质量也在改进，且诸如甲醇和 其它醇基燃料的替代燃料也已经被视作有助于降低有害排放。然而，以能 量为基础测量的等效，与这些液体燃料相比，等量的诸如甲烷、氢、天然 气的可燃气体燃料、以及该些燃料的混合物可以燃烧而产生相等的功率同 时产生较少的颗粒物和温室气体形式的有害排放。
然而，在传统的内燃机中以该些气体燃料替代液体燃料的问题在于该 些气体燃料通常无法如液体燃料一样易于点燃。在气体燃料替代液体燃料 时还导致了多种其它的不同。例如，燃烧方案可以不同从而解决与气体燃 料相关的更长的点火延迟、或者可能需要更长的时间来向发动机中喷射气 体燃料。另外，燃料供给系统和将燃料引进发动机中的方式通常要求处理 气体燃料专用的装备。另外，选定的燃烧方案可能要求燃料室不同的几何 形状。因此，在没有明显改动的情况下适用于液体燃料发动机的设计可能 不适用于气体燃料发动机，这可能影响商业生命力。
目前用于商用汽车的气体燃料发动机使用包括均匀混合物形成、火花 点火、以及节流阀控制在内的奥托循环工作，而这些发动机主要从修改狄 塞尔循环发动机衍生来，因为商业用车辆所需的功率和扭矩。例如，从狄 塞尔循环发动机改进而来的混合物形成过程，以及火花点火的使用，这是 需要对应调整进气系统和气缸盖的方面。调整的燃烧过程还使凹陷到活塞 中的改进的燃烧室成为必需。发动机制造商通常努力保持需要为气体燃料 工作而调整的发动机部件的数量尽可能的低。这是试图限制额外的制造成 本用来使发动机适用气体燃料，若可以，同时保持传统燃料发动机的使用 者对于其商用汽车已经习惯的耐用性和长工作寿命。
对于气体燃料内燃机，主要的燃烧过程之一是结合三元催化器以理想 配比燃料空气混合物运转。商用汽车中对于气体燃料发动机的最初需求是 基于对于低排放特性的期望，而效率和燃料消耗特性处于次要考虑。气体 燃料的混合通常通过设置在进气系统中心的气体燃料混合器进行，而气体 燃料供给由电子控制。更新的气体燃料系统已转变为在每个气缸的进气阀 的前面多点喷射，从而改善燃料的相等分布并在非固定式发动机工作期间 保持理想配比混合物成分。为了保持化学计量(？＝1)燃料空气混合物，可以 采用汽油发动机中熟知的“闭环”空气/燃料比例控制。压缩比通常限制为 11∶1至11.5∶1的值从而确保足够的防止爆震的安全余量。
可以通过非增压发动机以化学计量控制实现的性能至少比自然吸气的 液体燃料狄塞尔循环发动机低5％，这是因为气体燃料加入进气管而导致由 发动机吸入的空气体积减少造成的。考虑到与奥托发动机相关的更高的热 负荷，与目前的增压液体燃料狄塞尔循环发动机相比，气体燃料的奥托循 环发动机产生的功率要少15％。这种功率损失已经考虑了使用高达15％的 EGR比例的废气再循环可以降低热负荷。完全补偿奥托循环发动机较低性 能的唯一方式是增加排气量。
化学计量控制气体燃料发动机的燃料经济性的特征在于，在固定13模 式测试下能量消耗比液体燃料狄塞尔循环发动机高15至20％。在低负荷下 频繁工作时，如同通常对于在城市中工作的公共汽车，已发现节流控制相 应增加了40％以上的燃料消耗。
关于化学计量控制气体燃料发动机的功率和燃料经济性的缺点，与目 前的液体燃料狄塞尔循环发动机相比，可以通过采用稀混合发动机概念而 明显降低。混合物的形成通常在涡轮增压器的下游的中心位于进气系统的 电控燃料空气混合器中进行。对于11∶1至11.5∶1的压缩比，稀混合发动机 通常具有与化学计量控制发动机类似的燃烧室的几何形状。由于较少的天 然气燃料空气混合物导致燃烧率的强烈下降，必须进行诸如挤气流动的适 当调整来抵消具有更高的碳氢化合物排放的延长的燃烧过程。通过目前的 稀混合发动机可以实现的空气比例对于较高的发动机负荷，而由此燃烧率 更高而言不高于λ＝1.5。在低发动机负荷的情况下，燃烧温度更低，且由此 将处理稀混合燃料的能力限制于1.1至1.3的λ值。
由于稀混合发动机部件上的热应力比化学计量控制气体燃料发动机 低，可以明显增大进气压力，使得与增压空气冷却相结合可以实现达到14 bar的有效平均压强。扭矩范围很大程度上与大量的可以商业购买的液体燃 料狄塞尔循环发动机相应。然而，与欧3型液体燃料狄塞尔循环发动机实 现的功率水平相比，稀混合发动机仍会受到明显功率不足的困扰。
特别是在较低的局部负荷范围下，由于在更稀混合的情况下操作目前 的稀混合发动机的能力受到限制为1.2至1.4的λ值，由于天然气的慢燃烧 速度，这些发动机还要求节流控制。因此，ECE R49排放检测确定的燃料 消耗速度，取决于发动机设计，比可比的液体燃料狄塞尔循环发动机高15％ 以上。例如，在城市公交车的日常工作中，这导致了燃料消耗值要高30％， 因为大部分的工作时间是发动机在怠速或低负荷条件下工作。
目的在于满足将于2005年生效的新欧4排放标准的天然气发动机的稀 混合概念的特征在于进一步发展了现有稀混合发动机概念，目的在于扩宽 稀混合工作限制并能够降低NOx排放值低于3.5g/kWh的限制。
为此，改进了燃烧过程，其特征在于更加强烈的气缸充气运动，从而 补偿在接近全负荷的工作点处达到1.6的相对空气/燃料比的非常稀混合物 燃烧速度的强烈降低。这种类型的稀混合发动机具有在稀混合物下运行的 能力提高的燃烧过程，且还配备有废气涡轮增压和增压空气冷却。依赖此 设计，压缩比在11.7∶1与13∶1之间。这种设计在ECE R49排放测试中应能 够实现1.5g/kWh与2g/kWh之间的NOx值，假定催化器上游碳氢化合物值 约2.9g/kWh。
由于更高的压缩比和全负荷下的稀混合物，最大发动机效率可以增加 达到40％的值。结果，在ECE R49测试循环中，燃料消耗值应仅比未来的 设计用于欧4排放标准的液体燃料狄塞尔循环发动机高5％至15％。依赖涡 轮增压器的设计，可以实现的平均压强可以达到14bar至18bar的最大有效 平均压强。
除了均匀稀混合过程领域的发展以外，目前已致力于直接向非节流发 动机的燃烧室喷射高压气体燃料的过程。这种发动机可以采用与液体燃料 狄塞尔循环发动机所采用的类似的压缩比，因为爆震不再是问题。例如， 对于这种类型的发动机，可以采用16∶1至18∶1的压缩比。这种方式的优点 在于利用气体燃料发动机可以实现的低排放水平可以与通常仅与液体燃料 狄塞尔循环发动机相关的明显更高的效率水平相结合。
美国专利No.5,329,908公开了用于气体燃料发动机的压缩天然气喷射 系统。燃料喷嘴工作使得在喷射过程期间，气体燃料如烟云一般通过在喷 射过程期间形成的环形排放开口扩散到燃烧室凹陷内。在此过程中，部分 烟雾与点火塞接触，且燃烧室内的燃料空气混合物在点火塞处点燃。所介 绍的实施例中之一是用了常压气体供给，而传统的电热塞用作点火塞。燃 料供应单元介绍为确保气体燃料可以以足够高从而在活塞在上死点附近时 将燃料引入燃烧室的压强提供给燃料喷射阀。这种发动机在高效模式下工 作，该模式实现了与液体燃料狄塞尔循环发动机类似的效率。然而，与用 于柴油发动机类似的传统电热塞设计用于仅在启动时提供点火帮助，因为 一旦柴油发动机运转起来在其中表现出的正常压强和温度下柴油燃料易于 自动点燃。对于无法如柴油般轻易自动点燃的类似天然气的气体燃料，利 用所公开的装置，会需要点火塞为启动燃烧持续提供点火帮助。仅设计用 于在启动期间简短使用的传统电热塞的持续工作会导致过早失效。实验显 示，电热塞工作寿命的长度通常随着工作温度升高而降低，且无法依赖传 统的电热塞提供气体燃料内燃机使用者期望要求的耐久性。
美国专利No.4,721,081教导了一种具有阻热涂层和点火催化剂的电热 塞罩，称其延长了用于点燃无法自动点火的燃料的电热塞的寿命。在 4,721,081专利提供的背景技术介绍中，提出已知设置沿电热塞的长度在圆 周方向上围绕电热塞的金属或陶瓷的保护性管罩。另外，还已知通过以难 熔金属氧化物涂覆电热塞来保护氮化硅电热塞并为电热塞提供燃烧催化 剂，使得可以降低电热塞的温度。通过4,721,081专利增加的改进包括具有 沿着燃料喷射器的方向暴露电热塞的不透明开放端部同时沿进气阀的方向 设置固体实体阻挡的罩。4,721,081专利还公开了利用诸如起热阻作用的金 属氧化物的陶瓷难熔材料涂覆罩的内外部，使得该罩降低电热塞上进气口 的冷却效果并且还降低了电热塞维持保持良好燃烧适合的表面温度所需的 电功率。根据4,721,081专利，为进一步降低所需的电热塞温度和延长电热 塞的寿命，可以在涂层中加入燃烧催化剂。
存在对于可以满足等效液体燃料狄塞尔循环发动机的性能、效率、稳 定性和耐久性同时产生更低的诸如颗粒物和氮氧化物的有害排放量的气体 燃料内燃机的需要。这种发动机会在改善空气质量，特别是在目前密集使 用液体燃料狄塞尔循环发动机并可以轻易获得诸如天然气的气体燃料的人 口高密度区中，扮演主要角色。

提供一种方法和设备，用于将气体燃料喷射入非节流高压缩发动机的 燃烧室。例如，在压缩比为16∶1至18∶1之间的发动机中，气体燃料可以在 200至300bar之间的高压下朝向压缩冲程的末端喷射。这导致了非均匀燃 料空气混合物的形成，类似于在柴油发动机中所见。采用高速气体燃料喷 射阀将气体燃料喷射进入燃烧室。燃烧室通过气缸、在所述气缸内往复运 动的活塞、以及覆盖所述气缸一端的气缸盖限定。燃烧室一部分可以通过 形成在活塞头(活塞面对燃烧室的端面)中的活塞碗或凹陷进一步限制。使用 本方法和以基本与等效的柴油发动机相同的压缩比工作，通过成形燃烧室 使得其主要对应于传统柴油发动机中所见的燃烧室的几何形状，可以减少 天然气工作所需的调整和降低制造成本。
由于诸如天然气的气体燃料在内燃机中稳定自点火的能力不足，燃料 空气混合物的点燃通过以下方法确保，包括：
通过从设置在所述燃烧室内的燃料喷射阀将多股燃料喷雾释放进所述 燃烧室引导气体燃料进入所述燃烧室；
引导所述燃料喷雾中称做点火燃料喷雾的一股到围绕点火器的套管表 面上的气雾撞击点，使得在所述点火喷雾离开其对应的燃料喷射口时，所 述气体燃料的主要部分朝向所述气雾撞击点流动，由此来自所述点火燃料 喷雾的所述气体燃料的一些流经设置在所述套管中的进气口并与设置在所 述点火器的可加热部件热表面与所述套管之间的隔离间隔中的空气混合， 从而形成所述点火器附近的可燃燃料空气混合物，其中所述可加热部件具 有设置在所述进气口中线3毫米内的尖端；
通过加热所述点火器的表面至引起所述可燃燃料空气混合物点火的温 度点燃所述可燃燃料空气混合物；以及
限制所述燃烧室与所述隔离间隔之间的流体流量，并保持所述可燃燃 料空气混合物的主要部分在所述隔离间隔内，直至其燃烧增加所述隔离间 隔内的压强到通过至少一个排气孔将燃烧的燃料空气混合物从其中推出并 与围绕所述燃料喷射阀的区域内的所述燃烧室中的所述多股燃料喷雾相接 触的大小。
因为该方法产生了被推进穿过燃烧室的燃烧燃料空气混合物以在其中 点燃燃料，无需控制λ来确保基本完全燃烧，因为消除了在缺少可燃物的 气团中熄火。与早前的节流进气的气体燃料发动机不同，利用本方法，气 体燃料发动机可以在与传统的液体燃料柴油发动机相同的方式下工作而无 需节流。因此，利用本发明，发动机可以以1.4(高负荷条件)与6(怠速)之间 的λ工作。
在优选方法中，点火燃料喷雾沿着距垂直于在气雾撞击点处与套管相 切的平面的轴小于或等于25度之间的喷雾方向取向，更加优选地点火喷雾 的喷雾方向基本垂直于在气雾撞击点处与套管相切的平面。
该方法的优选实施例还包括当发动机在低负荷或怠速下工作时在第一 质量流速下喷射气体燃料进入燃烧室，以及在发动机在高负荷下工作时在 第二质量流速下喷射气体燃料进入燃烧室，其中第二质量流速高于第一质 量流速。
为了进一步的改善燃烧的稳定性和发动机效率，该方法还可以包括控 制质量流速，使得对于期望的工作条件，期望量的气体燃料可以喷射进入 燃烧室，喷射过程的时间比在喷射过程开始时与导向点火器的气体燃料的 点火相关的点火延迟要长。按此方式，可以控制喷射过程的持续时间，使 得在燃料喷射阀附近提供可燃燃料空气混合物，在那里其可以通过从隔离 间隔推进的燃烧的燃料空气混合物点燃，即使是在低负荷和怠速条件期间。 喷射正时和喷射过程的持续时间优选作为测得的发动机工作条件的函数和 通过参照电子发动机脉谱图来控制。
该方法还可包括控制燃料喷射阀从而控制在喷射过程期间引入的气体 燃料的质量流速。此方法包括：
参照电子发动机脉谱图并确定将在喷射过程中引入的气体燃料的总量 用于检测的发动机负荷；
在喷射过程的第一阶段期间，选择将引起可燃混合物形成在隔离间隔 内的第一质量流速；以及
在喷射过程的第二阶段期间，选择将增加在第一阶段期间引入的气体 燃料的第二质量流速从而在提供喷射过程期间的气体燃料总量。
在优选实施例中，第一阶段在第二阶段之前至少2毫秒开始。若发动 机以更长的点火延迟工作，第一阶段可以进一步在第二阶段之前开始，例 如，在一定的预定工作条件下，诸如在燃烧室比正常的工作温度低时启动， 或者若点火器的温度设置为更低的温度。
第二阶段可以在压缩冲程期间的上死点前的约34至5曲柄角度之间开 始。诸如要喷射的期望总量的燃料或控制燃烧温度的参数可以确定用于开 始第二阶段的正时。
在优选实施例中，在第二阶段期间引入的气体燃料在第二阶段期间点 燃。即，第二阶段的点火在第二阶段完成前发生。
另一优选实施例包括在单个发动机循环期间在多次喷射过程中将气体 燃料引入燃烧室。例如，可以采用第一喷射过程将第一量的气体燃料引入 燃烧室中从而通过点火器点燃，接着至少一个其它的喷射过程引入第二量 的气体燃料。第一和第二量的燃料一同提供了等于通过发动机控制器参照 发动机脉谱图确定的期望量的燃料的总质量。第一量的燃料通过发动机控 制器确定为足以确保点燃第二量的燃料的质量。第一喷射过程的正时优选 通过期望的点火正时来控制，而第二喷射过程的正时可以通过将导致期望 的燃烧特性的正时来控制。
在此方法的示例中，在作为满负荷下所需燃料量的5％至10％的点火燃 料量通过第一喷射过程引入燃烧室。采用第二喷射过程将主要量的燃料喷 射进入燃烧室，从而补充点火量的燃料提供满足要求的发动机负荷所需的 燃料量，如通过参照发动机脉谱图利用发动机控制器确定。在此示例中， 可以定时两个独立的燃料喷射过程从而提供更加强烈且由此更加稳定的燃 料空气混合物的点火而不增加点火器的表面温度，这是更低一氧化碳和未 燃烧燃料排放的必要条件。另外，因为一些燃料在第一喷射过程中引入， 这导致了在燃烧开始时更小的可点燃混合物体积，其导致更低的热释放速 度和由此产生的更小的燃烧噪声。
在对于一个燃烧循环使用两个喷射过程的，发动机测试显示在第一喷 射过程具有约0.2至0.5毫秒之间的持续时间时可以实现良好的结果。第二 喷射过程可以在压缩冲程期间在上死点前约34至5度之间开始。第二喷射 过程优选在第一喷射过程结束后小于或等于1毫秒且大于0.2毫秒开始，使 得通过第一喷射过程引入的燃料的燃烧可以点燃通过第二喷射过程引入的 燃料。
本方法还可以包括将主要量的气体燃料分在多个独立的燃料喷射过程 中，而喷射过程的数量仅受燃料喷射阀活动能力的限制。利用此方法，可 以控制燃烧室内燃料空气混合物的空间和时间的分布，其会特别有利于整 个燃烧过程以及表面点火过程。优选地，特别是在燃烧过程的开始，从点 火装置涌出的燃烧燃料空气混合物迅速推进到燃烧室内。在燃料喷射过程 的后进程期间，喷射出的燃料的体积和质量增加，在稳定的燃烧条件下， 使得可以实现总燃烧时间的缩短，这有利于获得高热效率。
于采用多个喷射过程相关的本方法的此方面可以与控制质量流速和喷 射过程持续时间相结合用于燃烧过程的附加控制。
在优选实施例中，点火器电加热而具有足够热以点燃在点火器可加热 元件附近形成的可燃燃料空气混合物的表面温度。可以结合到本发明中的 另一特征包括依据发动机的工作条件控制传输至点火器的电加热能量。即， 该方法还可以包括控制点火器的温度作为测得的发动机的工作参数的函 数。例如，在检测到高负荷条件时，更高的燃烧室温度可以为点火器提供 热量从而降低电加热能量的要求。在此条件下降低的传输给点火器的电加 热能量可以导致点火器寿命的明显增大。
另一方面，在较高的发动机转速和较低的发动机负荷下，具有相关的 较低的燃烧室温度，点火器经历更大的热损失，其可以通过增加给于点火 器的电能而补偿。若该条件未补偿，则会导致失火或更长的点火延迟，此 外还有更低的效率和更高的未燃烧燃料排放。
还可以在点火器和/或套管的至少一部分上设置燃烧催化剂涂层，使得 点火器温度可以降低从而增加点火器的寿命和降低加热点火器所需的功 率。燃烧催化剂涂层可以设置在套管上或在点火器本身上。
为了实践所公开的方法，可以用可燃气体燃料作为燃料的内燃机在此 公开。此内燃机包括：
至少一个燃烧室，由气缸、在所述气缸内往复运动的活塞、以及覆盖 所述气缸端部的气缸盖限定；
点火装置，其一端在所述燃烧室内，所述点火装置包括一点火器，该 点火器包括提供热表面的可加热部件和围绕所述点火器的套管，所述套管 限定所述点火器与所述套管之间的隔离间隔，其中所述可加热部件从安装 在所述气缸盖中的支架延伸进入所述隔离间隔中；
燃料喷射阀，设置在所述燃烧室内，所述燃料喷射阀可以操作从而利 用每一股都是从多个燃料喷射口中之一释放出来的多股燃料喷雾将所述可 燃气体燃料引入所述燃烧室中，其中所述多个燃料喷射口中的至少一个取 向为将称作点火燃料喷雾的燃料喷雾导向所述套管表面上的气雾撞击点；
至少一个进气口，靠近所述气雾撞击点通过所述套管设置，连接所述 隔离间隔到所述燃烧室，由此在所述点火燃料喷雾撞击所述气雾撞击点时， 容纳在所述点火燃料喷雾中的所述可燃气体燃料的一部分通过所述进气口 并进入所述隔离间隔；
至少一个排气口，通过所述套管设置，其中所述排气口取向为从所述 隔离间隔朝向所述燃料喷射阀附近的所述多个燃料喷雾引导点燃的燃料空 气混合物；以及
其中所述可加热部件具有位于所述进气口中线3毫米内的尖端，且所 述套管限制所述隔离间隔与所述燃烧室之间的气流，使得所述隔离间隔内 的所述可燃气体燃料的燃烧在其中产生比燃烧室内压强更高的压强，从而 所述压强足够高以推进所述燃烧的燃料空气混合物进入所述燃烧室并与所 述多个燃料喷雾接触。
在优选实施例中，可加热部件的尖端位于进气口中线1毫米内或与其 对齐。
在优选实施例中，点火燃料喷雾取向为使得在点火燃料喷雾离开其对 应的燃料喷射口时，点火燃料喷雾的主要部分沿着取向为距垂直于在气雾 撞击点与套管相切的平面的轴小于或等于25度的喷雾方向流动。为了此处 所述的目的，在发动起工作期间，当每个喷射过程使一定量的燃料从点火 喷雾进入隔离间隔时，点火燃料喷雾“主要部分”沿着取向为距垂直于在 气雾撞击点与套管相切的平面的轴小于或等于25度的喷雾方向流动，该一 定量的燃料足够形成可燃混合物，该可燃混合物可以点燃从而将燃烧的燃 料空气混合物推进燃烧室，在燃烧室，在围绕燃料喷射阀的区域内点燃可 燃混合物。
更加优选地，点火燃料喷雾的喷雾方向沿着基本垂直于在气雾撞击点 与套管相切的平面的方向引导燃料喷雾的主要部分。因为随着其远离燃料 喷嘴，燃料从点火燃料喷雾中线散出，点火燃料喷雾的中线会沿着不垂直 于在气雾撞击点处与套管向切的平面的方向，而点火喷雾内燃料的主要部 分在其到达气雾撞击点附近时仍会基本垂直于该平面。然而，最优选的设 置是点火燃料喷雾的中心轴基本垂直于在气雾撞击点处与套管向切的平面 的方向。
对于圆柱形状，对于圆柱上给定的点在所有的方向中仅有一个相切的 平面。可以采用圆柱形以外的其它形状用于气雾撞击点处的套管，而点火 燃料喷雾相对于与表面相切的平面的方向取向也可以应用于其它的套管形 状。对于不具有切面的套管形状，等效的方式在于对于点火燃料喷雾采用 一取向导致进入隔离间隔的燃料的动量和速度降低由此在其中形成可燃混 合物。
在优选实施例中，燃料喷雾阀具有纵轴平行于气缸纵轴的伸长体。在 优选设置中，点火装置在燃烧室内的端部朝向燃料喷射阀成一定角度，由 此点火装置具有与燃料喷射阀的纵轴成锐角的纵轴。
在一个实施例中，取向多个燃料喷射口中的每一个从而引导多股燃料 喷雾以从气缸盖测得的第一喷射角进入燃烧室，除了与点火燃料喷雾相关 的燃料喷射口，其取向为引导燃料喷雾以与第一喷射角不同的第二喷射角 进入燃烧室。第二喷射角通过相对于燃料喷射口对准在气雾撞击点处与套 管相切的平面来确定，而第一喷射角通过用于将气体燃料引入燃烧室的期 望分布图案来确定。
在另一实施例中，通过取向为以从气缸盖测得的与点火燃料喷雾不同 的喷射角引导至少一股燃料喷雾的多个燃料喷射口中之一将多股燃料喷雾 中的至少一股引入燃烧室。多股燃料喷雾的喷射角优选从气缸盖起测量在 10至25度之间。在某些实施例中，多股燃料喷雾的喷射角可以比点火燃料 喷雾的喷射角更小。
在优选实施例中，发动机可以以达到25∶1的压缩比工作，且更加优选 在13∶1至25∶1之间。可以采用具有可变压缩比的发动机从而根据诸如发动 机负荷的工作参数在例如13∶1至25∶1之间改变压缩比。即，在低负荷下， 可以采用更高的压缩比来增加压缩冲程末端气缸内的温度，从而改善燃耗 过程和降低从发动机排出的未燃烧的碳氢化合物的量。在更高的负荷下， 可以采用降低的压缩比来允许降低的峰值气缸压强和降低燃烧噪声。利用 该方法，可以提供发动机的热效率。
燃料喷射阀的燃料喷射口的尺寸通过实施满负荷工作所需的集合流量 截面开口面积来确定。结果，为了在更低的负荷下在工作期间为了稳定的 点火实现期望时间的燃料喷雾过程，需要在喷射过程期间可以操作而在零 与最大质量流速之间调整质量流速的燃料喷射阀。因此，优选的燃料喷射 阀包括可以受控从而控制阀门针移动，结果是控制通过燃料喷射口的质量 流速的致动器。例如，采用压电或磁致伸缩致动器的喷射阀适用于此目的。 测试显示，通过在喷射过程期间改变阀门针的冲程调整主要燃料量的喷射 时间特性可以提供控制燃烧过程特性的方式。
可以采用用于高速工作燃料喷射阀的已知致动器，诸如液压、电磁、 压电、以及磁致伸缩的致动器。对于液压激励的燃料喷射阀，可以使用电 磁、压电、或者磁致伸缩致动器来操作控制液压流体进出燃料喷射阀的流 量的液压阀。
电控制器优选使用电子脉谱图控制来控制燃料喷射阀的致动，用于燃 料计量、调整喷射开始的正时、以及在喷射过程期间控制质量流速。
点火燃料喷雾优选具有约3至8毫米之间的自由程。自由程是瞄准点 火装置的燃料喷射口与点火燃料喷雾到达点火装置处的气雾撞击点之间的 距离。优选的自由程对应于活塞碗直径的5％至10％之间，此范围内较低的 百分比一般与较大的活塞碗直径对应，而此范围内较高的百分比一般与较 小的活塞碗直径对应。在优选实施例中，气体燃料喷射压强保持在200至 300bar之间的固定压强下。
进气口可以是多个进气口中之一，而每个进气口位于气雾撞击点附近， 使得来自撞击到点火装置的点火燃料喷雾的可燃气体燃料中的至少一些流 经多个进气口并进入隔离间隔。在优选实施例中，气雾撞击点距离每个进 气口的中心相等。在有两个进气口时，气雾撞击点可以是在两个进气口每 个的中心之间绘出的直线的中点。发动机测试显示，利用两个进气口中心 之间约3毫米的间隔可以实现良好的结果。
排气口可以是多个排气口中之一。每个排气口距离气雾撞击点比进气 口与气雾撞击点之间的间隔更远。优选地，多个排气口中每一个的尺寸通 过在满负荷工作条件期间允许期望流量通过多个排气口所需的结合流量面 积来确定。在优选实施例中，进气和排气口的结合开口面积在0.75与5.0 平方毫米之间。
在优选实施例中，套管可以配备有两至十个燃料通过开口，且更加优 选地具有四至六个开口。开口的数量作为活塞直径、燃烧室直径、最大曲 轴速度、以及一般工作条件的函数来选择。
在优选实施例中，进气口通过套管的侧面设置，而排气口通过套管的 拱形端面设置，且其功能性通过其各自距离点火燃料喷雾瞄准的气雾撞击 点的间隔来确定。
套管优选具有封闭端，该端具有作为燃烧室与隔离间隔之间流体连通 的仅有方式的进气口和排气口。
在优选实施例中，有两个进气口和两个排气口，且每个开口为圆形， 且具有不小于0.5毫米并且不大于1.2毫米的直径。
点火装置的效率依赖于设计用于彼此制衡的多种功能的套管。一方面， 套管功能在于将点火器从完全暴露于燃烧室中燃料空气混合物的脉动流和 引入燃烧室中的进气及气体燃料的冷却效果屏蔽开。为此，套管优选具有 封闭的端部且围绕点火器，从而限制点火器周围隔离间隔与燃烧室之间的 流量。另一方面，对于点火装置的功能，在燃烧室与隔离间隔之间需要一 些流体连通，使得足够量的气体燃料可以进入隔离间隔从而形成可以通过 与点火器的热表面接触而点燃的可燃燃料空气混合物。为此，套管具有允 许燃烧室与隔离间隔之间流体连通的至少一个进气口。进气口的尺寸和位 置选择为使得点火燃料喷雾通过进气口进入隔离间隔的部分提供需要在隔 离间隔和燃烧室内开始燃烧的基本所有燃料。因此，点火装置能够点燃形 成在隔离间隔内的可燃燃料空气混合物并且设计用于推进燃烧的燃料空气 混合物进入燃烧室。通过套管摄制的排气孔允许燃烧的燃料空气混合物离 开隔离间隔。因为所公开的设置允许所需量的气体燃料通过进气口流入隔 离间隔，排气口可以确定尺寸和取向单独地用于朝向燃烧室内的预定空间 引导燃烧的燃料空气混合物，从而点燃剩余的气体燃料。通过进气和排气 口提供的总开口面积比通过在先已知的开孔或开放端部的罩要小得多。所 公开的套管的另一优点在于燃烧室与隔离间隔之间的流体流量为流体进入 或离开隔离间隔而限制。即，一旦可燃燃料空气混合物形成在隔离间隔内， 且通过接触点火器的热表面而点燃，可以在隔离间隔内形成压强。具有开 放端或高度穿孔的套管的在先已知的罩不限制回到燃烧室的流量至相同的 程度。相信，本设计的优点在于其允许形成更高的压强，这有助于通过排 气口推进燃烧的燃料空气混合物。
在优选实施例中，点火装置的排气口取向为引导燃烧的燃料空气混合 物朝向提供有富燃料的可燃混合物的多股燃料喷雾。
如上所述，点火燃料喷雾为多股燃料喷雾的至少一股，而为瞄准点火 装置的燃料喷雾取向为在其余的燃烧室内均匀地分布气体燃料从而与进气 混合并形成可燃混合物。在优选实施例中，根据诸如燃烧室的直径、作为 最大曲轴速度、以及一般工作条件的函数所需的燃料空气混合物形成的漩 涡扩大的参数，可以采用四至十二个之间的燃料喷射口用于燃料喷射阀的 喷嘴。例如，更多的喷射口一般优选用于更大的燃烧室。
实验显示，结合了具有短自由程点火喷雾的点火装置、以及通常自点 火内燃机(柴油发动机)的高压缩比的所公开的发动机设计使得可以可靠地、 可依赖地和低排放工作的内燃机成为可能。另外，与已知的构造相比，可 以采用包括设置在点火器周围从而提供靠近点火器的隔离间隔的套管的点 火装置以明显降低供给点火器的热功率。
点火器优选电加热，诸如，举例来说，电热塞。然而，电热塞应设计 用于与本发动机相关的工作条件下的连续工作。点火器和/或套管可以包括 陶瓷表面。另外，燃烧催化剂可以沉积在点火器或套管的至少一部分上， 从而降低稳定燃烧所需的工作温度。
在优选设置中，气体燃料喷嘴沿着燃烧室凹陷的中心对准。此中心设 置导致燃烧室凹陷中均匀分布的气体燃料喷射，且导致与进气中的空气完 全混合。另外，气体燃料喷嘴的中心设置使得可以设计气缸盖为三阀或四 阀气缸盖。
在优选实施例中，为满负荷所需的燃料量的5％至10％的点火量的燃料 在第一喷射过程中引入燃烧室。采用第二喷射过程将主要量的燃料喷射到 燃烧室内从而补充点火量的燃料来提供满足所要求的发动机负荷所需的燃 料量，通过参照发动机脉谱图利用发动机控制器确定。这允许第一喷射过 程的定时通过期望的点火定时来控制，而第二喷射过程的定时可以通过改 善燃烧特性的定时来控制。例如，可以定时两个独立的燃料喷射过程，从 而提供更加强烈且由此而更加稳定的燃料空气混合物的点火，而不增加点 火器的表面温度，即降低一氧化碳和未燃烧燃料排放的先决条件。另外， 因为某些燃料在第一喷射过程中引入，这导致了在燃烧开始时更小的可点 燃混合物体积，这导致了更低的热释放速度和由此更小的燃烧噪声。
为精确控制喷射过程和确保内燃机的各气缸遵从相同的燃烧过程，发 动机还可以包括能够检测喷射时间的传感器和/或电控制器。优选的方法可 以采用通过监测一个或所有阀门针的运动，通过控制阀门针的行程实现的 可变质量流速，无论工作点如何。
由于可以利用所公开的点火装置实现的燃料空气混合物的高度点火可 靠性，使用称为废气再循环(“EGR”)的技术，发动机的废气特别适用于再 循环可控的量到发动机的进气系统中。因此，在优选实施例中，发动机还 包括用于将从燃烧室排出的部分废气引导进入进气系统的EGR系统。依据 发动机的工作条件，再循环的废气可以在引入进气系统前冷却或未冷却。 利用所公开的方法，可以采用达到70％的废气再循环率以降低氮氧化合物 排放。
附图说明
在附图的介绍中可以发现本发明的其它优势实施例，附图更详细地示 出了本发明的优选实施例。
图1示出了设置在燃烧室内的气体燃料喷嘴和点火装置的侧视图；
图2示出了图1的点火装置与点火器安装于其中的套管或支架的下部 的细部图；
图3示出了图1的点火装置的另一实施例的细部图，其示出切开一半 的点火装置从而展示套筒内点火器的位置；
图4示出了活塞移开时从燃烧室底部观察气缸盖的平面图，其示出了 燃料喷射阀相对于点火装置的位置；
图5为图4所示的截面线所指的局部截面图，图5的局部截面示出了 表示用于引导点火燃料喷雾朝向点火装置进入到燃烧室内的优选喷射角的 燃料喷雾轮廓；
图5A为来自图5截面图细节的放大图，示出了燃料喷射阀的喷嘴与点 火装置的物理关系；
图6为表现用于控制燃料喷射阀的行动从而控制用于在单个喷射过程 中向燃烧室内引入气体燃料的质量流速的优选指令脉冲的视图；
图7为表现用于控制燃料喷射阀的行动从而控制用于在两个独立的喷 射过程中向燃烧室内引入气体燃料的质量流速的另一优选指令脉冲的视 图；以及
图8示出了燃料和与气体燃料喷射阀相关的液压系统、以及用于这些 系统的控制器的整体示意图。

图1为示出燃烧室的优选实施例的气体燃料内燃机的局部截面图，该 燃烧室由气缸10、在气缸10内往复运动的活塞12、以及覆盖气缸10顶端 的气缸盖14。燃料喷射阀20和点火装置30安装在气缸盖14中，其各自的 尖端延伸到燃烧室内。这种内燃机可以是具有各种期望数量的气缸和排量 的直列或V型设计。
活塞12优选地基本与等效的柴油发动机中采用的活塞相同，且通常包 括凹室13。所示凹室13的简单形状是用于说明目的，但本领域技术人员将 理解可以采用其它的形状。例如，更小的发动机可以使用具有尖的凹入燃 烧室从而促进湍流用于改善混合。燃烧室内燃料空气混合物的迅速形成还 可以通过在燃料喷射过程期间在气缸充气内的湍流和涡流来支持。
燃料喷射阀20的尖端包括具有多个通过其直接向燃耗室内引入气体燃 料的燃料喷射口的气体燃料喷嘴。至少一个燃料喷射口对准点火装置30上 的气雾撞击点。在所示实施例中，燃料喷射阀20与燃烧室凹陷13的中线 对准，且优选包括4至12个之间的燃料喷射口，而来自该些喷射口的燃料 喷雾22在图1中由虚线示出。燃料喷射口中之一直接瞄准点火装置30上 气雾撞击点处的燃料喷雾22a。
参照图2，点火装置30包括点火器32和套管34，套管34设置在点火 器32周围从而在点火器32与套管34的内表面之间提供隔离间隔。在所示 实施例中，隔离间隔包括点火器32与套管34内壁之间的环形间隔和点火 器32的自由端与套管34拱形封闭端之间的空间。与方形或平坦的端部相 比，拱形端更加优选地，因为拱形提供了更高的结构强度，同时减少了点 火装置30突入燃烧室中的程度。附图标记33在图2中表示隔离间隔。气 雾撞击点是套管34外表面上接近至少一个通过套管34的进气口36的点。 进气口36和排气口38允许隔离间隔33与燃烧室之间的流体连通。在图2 所示的实施例中，有两个进气口36。进气口36的开口面积和相对于气雾撞 击点的位置设计为允许足够点火并引起燃烧室内基本所有的气体燃料点燃 的量的气体燃料进入隔离间隔33。实验显示，所示每个直径在0.8至1.2毫 米之间的两个进气口36的设置会是有效的。尝试了对两个进气口和两个排 气口的每一个使用0.55毫米的实验，发动机可以工作但点火装置效率更低。 期望可以通过增加开口数量来改善更小的孔的效力。计算流体动力分析可 用于进一步研究进气口的尺寸、位置和数量。目前理解，进气口36的尺寸 过小无法允许足够量的燃料进入隔离间隔33，而进气口的尺寸过大或导致 隔离间隔33与燃烧室之间过大的流量，这会导致点火器32的过分冷却和 减小在隔离间隔33内建立的压力，导致推进到燃烧室内的燃烧燃料空气混 合物更慢或渗透范围更小。
图3示出了点火装置30的另一优选实施例，其中排气口38’位于套管 34’的拱形端中。将排气口38’设置在拱形端中的优点在于点火装置30的长 度可以比排气口如图2的实施例一般位于圆筒侧壁的情况下更短。
依据点火装置30突入到燃烧室中多远，利用诸如采用尖的某些活塞头 设计，可以在活塞头中与点火装置30相对地形成微凹，从而防止在发动起 工作期间它们之间的接触。
图3还示出了套管34’内点火器32’的优选位置。点火器32’的端部优选 位于进气口36’的中线的3毫米内，对于更加优选的实施例，点火器32’的 端部位于进气口36’的中线的1毫米内或与进气口36’的中线平齐，如图3 所示。
图4为如同去除活塞的情况下从燃烧室内观察气缸盖的平面图。在此 实施例中，与图1至3中的类似零件对应的零件以增加100的附图标记表 示。为简单起见，未示出进气和排气阀，但利用在气缸盖面积的中心区域 中定位喷射阀120和点火装置130，可以接受两个、三个或四个阀的设计。
燃料喷射阀120包括具有燃料喷射口124的喷嘴121。燃料喷射口124A 取向的引导点火燃料喷雾朝向点火装置130，点火装置130朝向喷嘴121倾 斜。依据燃烧室的尺寸，气缸盖114中点火装置130的位置选择为使得通 过燃料喷射口124A引入的燃料喷雾具有3毫米与8毫米之间或燃烧室凹陷 直径的5％至10％的自由喷雾长度。引入发动机的燃料的量依赖于诸如负荷、 以及负荷是静态或动态(即，变化)的工作条件。实验结果显示，在期望的条 件下，燃料喷射口与气雾撞击点之间的上述间隔导致了足够量的气体燃料 进入隔离间隔33从而形成与点火器接触的可染燃料空气混合物。“足够量 的气体燃料”此处定义为导致在隔离间隔内能够点燃的可燃混合物的形成 从而产生可以存在于隔离间隔内并点燃围绕燃料喷射阀嘴121的区域内的 可燃燃料空气混合物的燃烧燃料空气混合物的量。参照图5，阴影区域110 为围绕朝向其引导燃烧可燃燃料空气混合物的燃料喷射阀嘴121的区域。 即，排气口138’取向为使得从隔离间隔33推进的燃烧可燃燃料空气混合物 点燃区域110中的燃料。
图5是图4中的截面线5示出的截面的局部截面图，图5A是靠近燃料 喷射阀喷嘴121和点火装置130的区域的放大视图。燃料喷射阀喷嘴121 和点火装置130安装在气缸盖114中并从其突出。点火器132示出设置在 点火装置的套管134内。
轴122示出了燃料喷雾通过燃料喷射口124引入燃烧室的方向，通过 示例的方式示出，用于描述燃烧室几何形状的优选喷射角。本领域技术人 员熟知，按照此方式引入燃烧室中的气体燃料从轴122分散，随着燃料从 喷嘴122进一步行进而更加分散。轴122仅用于示出燃料喷雾的中心轴的 喷射角。优选取向燃料喷射口124从而提供10至25度之间的喷射角，该 角度选择用于提供燃烧室内均匀的气体燃料分布，选定的喷射角依赖于发 动机的燃烧室几何形状。在优选实施例中，选定的喷射角选择为优化燃料 喷雾长度，同时使燃料喷雾对准燃烧室内的湍流区域。为改善燃料分布， 优选更长的燃料喷雾长度。
在所示实施例中，如图5A所示，与其它的燃料喷雾相比，通过燃料喷 射口124A引入的点火燃料喷雾122A的喷射角具有不同的喷射角，燃料喷 射口124A与燃料喷射口124相比位于喷嘴121之下。点火燃料喷雾122A 的喷射角通过取向点火燃料喷雾122A的方向使得点火燃料喷雾122A朝向 套管表面上的气雾撞击点引导所需的角度来确定，使得点火燃料喷雾的主 要部分沿着距垂直于在气雾撞击点处与套管相切的平面的轴小于或等于25 度的喷雾方向流动。
为了将气体燃料直接引入燃烧室顶部死中心的附近，气体燃料在高压 下供给给燃料喷射阀120。例如，气体燃料可以在200至300bar之间的压 强下供给，其导致了气体燃料在高速下喷射入燃烧室。气体燃料的点火通 过降低与点火器接触的燃料的速度来改善。在气体燃料导向套管134使得 在燃料撞击在表面上时燃料沿着垂直于套管134表面的方向流动时，由燃 料撞击套管表面引起的动量变化最大化，由此也最大化了燃料速度的降低。 因此，在最优选的实施例中，点火燃料喷雾取向为使得燃料的主要部分沿 着垂直于在气雾撞击点处与套管相切的平面的方向流动(如图5A所示)。然 而，在某些情况下，由发动机的燃烧室几何形状或气缸盖的设计强加的限 制会对点火燃料喷雾指定更少的优选取向，且实验显示点火燃料喷雾方向 距垂直对准小于或等于25度的取向也会产生可行的实施例，尽管不是那么 优选。
参照图5A，示出了燃料喷射阀120的喷嘴121与点火装置130之间设 置的放大侧视图。可以认为，随着其朝向撞击点行进，点火燃料喷雾122A 带走一些空气，但其还与在发动机活塞的进气和压缩冲程期间流入隔离间 隔的空气混合。还可以认为，朝向撞击点引导燃料喷雾122A而非直接对准 进气口136’导致了混合的改善和冷却效果的降低。
在可燃燃料空气混合物形成在隔离间隔33内时，其接触点火器的热表 面，并点燃。隔离间隔33内的压强由于隔离间隔33与燃烧室之间的受限 流量和燃烧而迅速提高。此提高的压强推动燃烧的燃料空气混合物通过至 少一个排气口138’进入燃烧室。在所示实施例中，在图2、3和5A中分别 有两个排气口38、38’和138’，其中图5A中仅示出了一半的套管。
将排气口从进气口隔开使得排气口可以取向从而将燃烧的燃料空气混 合物瞄准燃烧室的区域110，用于有效的燃烧喷射过程中形成的可燃燃料空 气混合物。排气口比进气口更加远离气雾撞击点。在优选的工作条件下， 喷射过程在燃烧的燃料空气混合物从隔离间隔33涌出的同时持续，可以认 为，排气口与气雾撞击点之间的间隔降低了由点火装置30涌出的燃烧的燃 料空气混合物与导向点火装置30上气雾撞击点的点火燃料喷雾之间的干 扰。降低这种干扰可以有助于产生非常短的点火滞后，非常短的点火滞后 对于内燃机的工作特性有正面影响。与液体燃料相比，喷射气体燃料会需 要更长时间的燃料喷射过程持续。因此，进气和排气口相对于气雾撞击点 的排列很重要，因为由于点火燃料喷雾不会受通过排气口推进的燃烧的燃 料空气混合物的扩散的明显干扰，燃料喷射阀20可以在燃烧开始后继续喷 射气体燃料进入燃烧室。更长时间的燃料喷射过程持续在某些优选实施例 中会是有利的，因为这样燃烧的燃料空气混合物可以瞄准围绕燃料喷射阀 喷嘴121的区域110处，燃料喷雾同时喷射入燃烧室处。在该些实施例中， 在发动机循环中采用单次燃料喷射过程时，点火滞后可以比相应的喷射过 程的持续时间短。
将排气口从气雾撞击点隔开更远的另一原因在于这种设置确保了大多 数燃料通过进气口进入隔离间隔33，允许一些来自隔离间隔33内的空气通 过排气口转移回到燃烧室内，由此便于气体燃料在喷射过程的开始通过进 气口进入隔离间隔33。因此，有多个与所公开的具有至少一个进气口和至 少一个排气口的设置相关的优点，而这些开口的功能由其距离气雾撞击点 的相对间隔来确定。如所示实施例所示，排气口位于进气口下。在所示实 施例中，气雾撞击点优选距进气口等距，且可以在它们之间的中点或沿点 火装置30中心轴距进气口比距排气口更近的另一位置。
气体燃料喷射阀可以是液压致动阀，液压有电磁液压阀控制。为实施 预喷射并将主喷射分为几个喷射步骤或“脉冲”，可以使用通过压电致动器 驱动的液压开关阀，由于这样的阀具有足够高的开关频率。测试显示，通 过压电致动器驱动的液压致动阀与气体燃料阀的液压工作相结合满足了开 关频率和控制喷射的开始和持续时间的精确性的要求。
在另一实施例中，可以采用应用直接由电磁致动器驱动的针的气体燃 料喷射阀。这种喷射阀的一个示例在美国专利No.6,298,829中公开。在该 喷射阀中，无需液压致动流体，且电磁致动器电枢的运动导致了针相应的 运动，从而开关燃料喷射阀。具有该电磁致动器的燃料喷射阀可以为允许 短脉冲宽度的喷射过程和在单个发动机循环中多于一次喷射过程提供必要 的速度。
在又一优选实施例中，燃料喷射阀可以通过为移动阀门部件提供移动 力从而开关燃料喷射阀的压电或磁致伸缩致动器“直接”促动。这种致动 器可以以更短的燃料喷射脉冲宽度工作，且可以适用于设计用于在采用更 高曲轴速度的情况下工作的发动机中。使用直接激励喷射阀的另一优点在 于增加了提供在单个发动机循环期间有多个喷射脉冲的必要速度，压电和 磁致伸缩致动器也可以受控从而确保表示在喷射脉冲期间由致动器引起的 位移的程度可以受控从而调整在燃料喷射脉冲期间通过燃料喷射阀的质量 流速的“速度修整”。
图6和7绘出了用于对于一个燃烧循环控制直接激励燃料喷射阀从而 将燃料引入燃烧室的指令脉冲振幅的曲线图，其中独立的指令脉冲用于每 个燃烧循环。
标注在这些曲线图纵轴的振幅表示用于不同类型致动器的不同单元。 例如，对于磁致伸缩致动器，振幅表示导向线圈从而产生磁场的电流。在 另一示例中，对于压电致动器，振幅表示施加于压电元件的电压。阀门针 的移动一般与指令脉冲的振幅相关，指令的振幅越大，引入的燃料越多。
参照图6，在优选的方法中，S与M之间的时间约为2ms。在喷射过程 的开始引入较小量的燃料的目的在于仅引入点燃燃烧所需的量的燃料，使 得足够量的燃料通过点火装置点燃，从而产生回导入燃烧室的燃烧可燃混 合物，从而在围绕燃料喷嘴121的区域110内点燃可燃燃料混合物。因为 气体燃料可以具有比传统的自动点火液体燃料更长的点火延迟，修整用于 将气体燃料引入燃烧室的质量流速比对于液体燃料更加重要。因为点火延 迟，点火燃料喷雾的引入燃烧室比期望喷射主燃料脉冲要早得多。因此， 在时间S处的喷射过程的开始与时间M处的主燃料脉冲的开始之间采用更 小的振幅，从而避免过量的燃料太早引入燃烧室。时间M的定时通常在上 死点之前5至34度之间，依据期望的热释放，燃料喷射过程的持续时间可 以在上死点后连续。
在图7所示的方法中，第一喷射过程在时间S开始，接着是在时间M 开始的第二喷射过程。在此实施例中，在约0.2至约0.5微秒之间的第一喷 射过程的喷射持续时间已经满足了时间S与时间M之间在0.25于1微秒之 间的时间。另外，时间M可以在上死点前5与34曲柄角度之间发生，而时 间S可以在时间M前6与13曲柄角度之间。
点火装置30可以采用具有陶瓷表面的点火器，因为陶瓷材料可以制造 为具有点火装置将工作的苛刻条件所需的耐久性。为进一步改善点火装置 30的稳定性，屏蔽套34也可以为陶瓷材料。催化剂涂层也可以设置在套管 34上，包括铂和/或钯，从而加速点火过程，用于改善燃烧的稳定性。这种 催化剂涂层的使用对于更小的发动机特别有利，因为燃烧室的尺寸通常指 定了更小体积的隔离间隔，导致更小体积的燃料在热表面上点燃，在该发 动机中，没有催化剂涂层的点火装置可以导致更慢的燃烧和对应的更高的 碳氢化合物和一氧化碳的排放。
气体燃料直接导入燃烧室的内燃机的工作方法在气体燃料喷射法20上 游需要稳定的高燃料压强。若发动机用于车辆，必须提供车上高压燃料供 给系统。图8示出了这种燃料系统的一个实施例，其具有用于供给气体燃 料和用于提供用来操作气体燃料喷射阀220的液压流体的装置。气体燃料 喷射阀220通过作用在活塞222上的液压流体压强工作。活塞222与阀针 224相关，由此活塞222的移动导致了阀针224的对应移动。
在多气缸内燃机中，为每个燃烧室设置气体燃料喷射阀，而公共的液 压供给线240为每个燃料喷射阀提供液压流体。液压泵242优选产生250 至300bar的压强，液压流体供给线240内的压力通过压力控制阀244控制， 且蓄压器246被充满从而保持液压压强，即使在发动机已经关闭后。
对于燃料，继续图8所示的多气缸发动机，气体燃料喷射阀220通过 为每个气体燃料喷射阀供给燃料的公共燃料供给线250供给有200至300 bar的气体燃料压强。气体燃料存储在燃料存储罐252中，并在对应于其中 剩余气体燃料的压强下供给给燃料供给系统。在燃料存储罐252中充满最 大容量时，传输给燃料供给系统的燃料的压强将会较高，而在罐空的时候， 燃料存储罐252内的压强降低。若气体燃料存储罐252完全充满，例如， 在200至300bar之间的压强，则控制器260从压强传感器262处确定这一 点，且控制器260在控制压缩机254和压强控制装置256时考虑发动机工 作状态从而将所需量的气体燃料在期望的压强下供给至喷射阀。随着更多 的气体燃料排出，压强相应的降低，这可以由压强传感器262检测，而控 制器260在控制压缩机254和压强控制装置256时考虑这些。
控制器260还可以编程和连线从而通过控制液压泵242和压强控制阀 244控制液压系统中的液压流体压强、以及燃料喷射阀220和多气缸发动机 中其它燃料喷射阀的活动。在所示实施例中，控制器260通过开关液压流 体排出管连线至控制电磁阀228。在控制器260打开控制电磁阀228时，液 压流体从喷射阀220内的弹簧室227排出，而控制室226(弹簧室227上)中 液压流体的压强作用推动活塞222向下，由此阀针224也向下移动，从而 打开燃料喷射阀220并将燃料喷射入燃烧室内。所示的燃料喷射阀具有外 开针，本领域技术人员将可理解内开针也是适用的，且在任何一种情况下， 燃料喷射阀的喷嘴优选设置有用于引导燃料喷雾进入燃烧室并瞄准燃料喷 雾中之一朝向点火装置上的气雾撞击点的部件。
图8的燃料系统还可以采用直接激励燃料喷射阀，除去取代液压流体 系统，控制器260将向燃料喷射阀直发送控制信号，从而通过控制导向致 动器的电流或电压而引起促动。
虽然已经示出和介绍了本发明的特定部件和实施例，可以理解，显然 本发明不限于此，因为本领域技术人员可以在不脱离本发明范围的情况下 进行修改，特别是在前面的教导下。通过示例的方式，包括低温存储罐、 燃料泵、蒸发器、以及相关压强控制装置的气体燃料供给系统可以取代图8 所示的压缩气体燃料供给系统。