專利名稱：內(nèi)燃機(jī)中燃料的直接噴射的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)中燃料的直接噴射。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于將燃料直接噴射到火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)中的裝置和方法。本發(fā)明也涉及用于火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的組合燃料噴射和點(diǎn)火裝置。
背景技術(shù)：
對于燃料直接噴射到燃燒室中的火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，非常理想的是將燃料以有助于實(shí)現(xiàn)可靠并可重復(fù)點(diǎn)火的形式引入燃燒室內(nèi)。典型地，這要求存在于燃燒室內(nèi)跳火間隙處的燃料顆粒為適宜的尺寸以便提供理想的點(diǎn)火條件，并避免限定跳火間隙的各電極中任一個或二者被燃料抑制以及各電極中任一個或二者被燃料絕緣。在特定的用途中這個要求難于實(shí)現(xiàn)，尤其是，在燃料噴射器與點(diǎn)火裝置組合成一個單獨(dú)的組件的情況下。
涉及組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置的結(jié)構(gòu)示例公開于US 4,967,708(Linder等人的)、EP 0632198(Suzuki)、US5,497,744(Nagaosa等人)以及US5,730,100(Bergsten)中。
Bergsten公開了一種在往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)中用于燃料噴射和點(diǎn)燃燃燒室內(nèi)所形成的空氣-燃料混合物的噴射器結(jié)構(gòu)。該噴射器結(jié)構(gòu)包括閥體、閥針、以及閥門元件，他們都由導(dǎo)電材料制成并一起形成居中定位于噴射器結(jié)構(gòu)中的電極，從而構(gòu)成單極火花塞。第二電極可操縱地連接到活塞或活塞在其中往復(fù)運(yùn)動的氣缸上。通過這種結(jié)構(gòu)，噴射器將燃料傳送到燃燒室中，而在噴射器上的電極與燃燒室內(nèi)的電極的協(xié)同作用產(chǎn)生跳火間隙，在該間隙處可以按照發(fā)動機(jī)工作的時間順序產(chǎn)生點(diǎn)火火花。這種結(jié)構(gòu)能夠使燃料作為燃料顆粒的噴霧或云形式的單一流體傳送到燃燒室中，但不需要以調(diào)節(jié)燃料相對跳火間隙的分散和流動以便利于可靠的點(diǎn)火過程并避免電極抑制的方式傳送燃料。
此外，由于物理限制，經(jīng)常是不可能或是難于將適宜的點(diǎn)火裝置的跳火間隙布置在燃燒室內(nèi)最佳的點(diǎn)處。例如，在特定應(yīng)用中，點(diǎn)火的最佳區(qū)域?yàn)閭鹘y(tǒng)點(diǎn)火裝置力所不及的。由此這需要特別改進(jìn)的點(diǎn)火裝置，如遠(yuǎn)程火花塞(long reach spark plug)或火花塞在發(fā)動機(jī)的氣缸蓋內(nèi)獨(dú)特地定向。隨之，這會導(dǎo)致成本增高以及難于克服的其他工程和耐久性問題。
針對這種情況，以及與其相關(guān)聯(lián)的問題和難點(diǎn)，已經(jīng)研制出本發(fā)明。尤其是，本發(fā)明的目的是提供一種燃料輸送噴射器，該噴射器以提供有助于實(shí)現(xiàn)可靠的點(diǎn)火的方式將燃料傳送到跳火間隙處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的燃料輸送噴射器，該燃料輸送噴射器包括限定流動路徑的裝置，以用于將夾帶于氣體中的燃料傳送到發(fā)動機(jī)的燃燒室中，該流動路徑具有輸送口，燃料通過該輸送口作為燃料顆粒和蒸汽的噴霧被傳送到燃燒室中，輸送口限定于閥座和相對于閥座可移動以開啟和關(guān)閉輸送口的閥門元件之間，輸送噴射器被構(gòu)造成影響燃料噴霧的軌跡，由此使燃料噴霧中較小的燃料顆粒和蒸汽流向緊靠近輸送口下游端的跳火間隙，并由此不會使較大的燃料顆粒如此以流向跳火間隙。
優(yōu)選地是，燃料輸送噴射器包括流動控制裝置，該裝置在燃料噴霧的噴射方向上從輸送口向外設(shè)置，該流動控制裝置被構(gòu)造并定位成影響燃料噴霧的軌跡，由此使燃料噴霧中較小的燃料顆粒和蒸汽流向控制裝置附近的跳火間隙。
通過這種結(jié)構(gòu)，跳火間隙能夠位于輸送口下游的區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域小的燃料顆粒和蒸汽占優(yōu)勢，這個區(qū)域和如此的條件對于可靠并可重復(fù)的點(diǎn)火更有利。實(shí)際上，在跳火間隙處更易于阻礙點(diǎn)火進(jìn)程的較大的燃料顆粒與在氣流中較小的顆粒分離開，較大的顆粒借助于他們的動量繼續(xù)沿著他們從輸送口排出時建立的軌跡。
替換地或另外，流動控制裝置可以包括或進(jìn)一步包括輸送口。
優(yōu)選地是，流動控制裝置包括流動控制突起，該突起支撐在閥門元件上并從閥門元件向外延伸而超過輸送口。較小的顆粒和蒸汽由突起的外廓根據(jù)附壁(Coanda)效應(yīng)被引導(dǎo)，也就是說，較小的顆粒和蒸汽被朝向突起的表面而向內(nèi)牽引，從而出現(xiàn)一定程度的燃料噴霧頸縮現(xiàn)象(necking in)。然而，應(yīng)指出的是，在特定用途中，即使沒有設(shè)置在閥門元件下游的流動控制突起，也可以出現(xiàn)類似的效應(yīng)。在這種情況下，認(rèn)為是小的燃料顆粒和蒸汽隨著他們被輸送到燃燒室中由于剛好在燃料輸送噴射器的閥門元件之下存在的低壓區(qū)而被向內(nèi)牽引。
例如，該突起可以具有美國專利US5,551,638或美國專利第US5,833,142號中所公開的外廓。二者已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本申請人，并且其內(nèi)容合并與此作為參考。
突起可以與閥門元件一體形成，或例如借助于螺紋連接其可以從后者上拆卸。
在噴射器形成為組合的噴射及點(diǎn)火裝置的一部分的情況下，控制突起可以限定第一電極，該電極與第二電極一同限定跳火間隙。由控制突起限定的第一電極優(yōu)選地為主電極，在這種情況下，第二電極限定了次級電極。兩個電極可以相對彼此設(shè)置成它們之間限定的跳火間隙可以提供徑向間隙或軸向間隙。如果需要的話，可以具有多于一個所述第二電極，在該情況下，第二電極可以方便地圍繞由控制突起限定的主電極或中心電極圓周方向間隔開。在閥門元件下游未設(shè)置突起的某些用途中，或在作為存在控制突起的替換性結(jié)構(gòu)中，閥門元件本身可以被構(gòu)造成第一電極，而跳火間隙設(shè)置在噴射器的閥門元件和第二電極之間。
通過使跳火間隙由突起或閥門元件限定，有效地確保了跳火間隙在由燃料輸送噴射器所形成的小燃料顆粒和蒸汽區(qū)域中的位置。這是由于輸送口和/或流動控制突起的作用，其利于將燃料噴霧中的小燃料顆粒和蒸汽向緊靠近輸送口下游端的區(qū)域吸引，而跳火間隙布置在該區(qū)域中。
在跳火間隙被構(gòu)造為突起或閥門元件與次級電極之間的徑向間隙的情況下，對于噴射器來說可以實(shí)現(xiàn)一定的益處。首先，由于不需要將任何元件設(shè)置于控制突起下游以提供跳火間隙，因而組合的噴射及點(diǎn)火裝置一般其整體長度較短，其次，由于空燃比的范圍或變化剖面易于基本上垂直于燃料流入氣缸的方向存在，因此穿過徑向間隙的火花潛在地更易于橫穿更大量的空燃比，并由此增大發(fā)生燃料-空氣可燃混合氣點(diǎn)燃的可能性。這尤其適用于分層填充或稀混合氣發(fā)動機(jī)，在該情況下，這種空燃比的范圍易于存在于由噴射器輸送到燃燒室中的燃料噴霧中。
優(yōu)選地是，燃料-空氣可燃混合氣在燃燒室內(nèi)的點(diǎn)火能夠直接離開由輸送噴射器噴射的燃料噴霧而發(fā)生，也就是說，在實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火之前，不需要使燃料噴霧被燃燒室內(nèi)的其他元件，如活塞凹頂(piston bowl)反射或折射。方便的是，點(diǎn)火偏離燃料噴霧的內(nèi)部發(fā)生，即，與其他零件或燃料噴霧的四周相比，點(diǎn)火在緊靠近控制突起或燃燒室中心區(qū)域的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地是，燃料輸送噴射器被布置成將夾帶于氣體中的燃料直接輸送到發(fā)動機(jī)的燃燒室內(nèi)。這種氣體或空氣輔助的噴射特別利于分層燃料-空氣分布在燃燒室內(nèi)的建立。便利地是，輸送噴射器為向外開口或提升閥型。優(yōu)選地是，輸送口包括在夾帶于氣體的燃料的流動方向上擴(kuò)散的環(huán)形通道。對于環(huán)形通道特別優(yōu)選地是將輸送口限定為包括收縮部分和擴(kuò)散部分的結(jié)構(gòu)，該收縮部分限定了最小節(jié)流區(qū)域，而擴(kuò)散部分在收縮部分的下游，限定了擴(kuò)散噴嘴。這種結(jié)構(gòu)有助于在從噴射器排出的燃料噴霧中形成小的燃料顆粒。這種結(jié)構(gòu)可以通過將閥座設(shè)置為截圓錐形的環(huán)形表面以便提供擴(kuò)散特性而予以實(shí)現(xiàn)。閥門元件可以設(shè)置與閥座面對的弧形形式的密封面。
燃料輸送噴射器也可以包括閥體，閥體限定了具有閥桿的閥門，閥門元件安裝在閥桿的一端上。閥桿可以容放在閥體內(nèi)的孔中。便利地是，閥座在閥體的燃燒室端圍繞該孔設(shè)置。
本發(fā)明也提供了用于火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的組合的燃料噴射及點(diǎn)火裝置，該組合的燃料噴射和點(diǎn)火裝置包括限定流動路徑的裝置，用于將夾帶于氣體中的燃料輸送到發(fā)動機(jī)的燃燒室內(nèi)，流動路徑具有輸送口，燃料通過該輸送口作為燃料顆粒和蒸汽的噴霧而輸送到燃燒室內(nèi)，輸送口被限定于閥座和相對閥座可移動以用于開啟和關(guān)閉輸送口的閥門元件之間，該組合的燃料噴射和點(diǎn)火裝置還包括用于與第二電極協(xié)作以形成跳火間隙的第一電極、以及流動控制裝置，流動控制裝置用于影響從輸送口噴出的燃料噴霧的軌跡，由此使燃料噴霧中的小的燃料顆粒和蒸汽向跳火間隙流動，并由此使較大的燃料顆粒不向跳火間隙流動。
流動控制裝置可以包括流動控制突起，該突起設(shè)置于閥門元件上并在燃料噴霧噴射的方向上向輸送口外延伸。替換地是或另外，流動控制裝置可以包括或進(jìn)一步包括輸送口。
第二電極可以形成為組合的燃料噴射及點(diǎn)火裝置的一部分，或其可以與后者單獨(dú)地存在。在第二電極設(shè)置為組合的燃料噴射及點(diǎn)火裝置的一部分的情況下，第二電極優(yōu)選地被構(gòu)造并定位成提供徑向跳火間隙。由此，這種雙極火花塞可以使點(diǎn)火直接偏離所噴射的燃料噴霧的內(nèi)部區(qū)域進(jìn)行。
本發(fā)明也提供了一種用于火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的組合的燃料噴射及點(diǎn)火裝置。組合的燃料噴射及點(diǎn)火裝置包括限定流動路徑的裝置，以用于將夾帶于氣體中的燃料傳送到發(fā)動機(jī)的燃燒室內(nèi)。流動路徑具有輸送口，燃料通過該輸送口以燃料液滴和蒸汽形式噴霧狀輸送到燃燒室中，輸送口限定于閥座和相對于閥座可移動以用于開啟和關(guān)閉輸送口的閥門元件之間，所述組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置還包括流動控制突起，該突起布置在閥門元件上并在燃料噴霧的噴射方向上從輸送口向外延伸，該流動控制突起限定第一電極，該電極與另一個電極相配合以形成跳火間隙，輸送口和/或控制突起被構(gòu)造并定位成影響燃料噴霧的軌跡，由此使燃料噴霧中的小液滴和蒸汽向跳火間隙流動，并由此使較大的燃料液滴不向跳火間隙流動。
本發(fā)明也提供了一種將燃料噴射到內(nèi)燃機(jī)中的方法，該內(nèi)燃機(jī)具有燃燒室和用于將輸送到燃燒室內(nèi)的燃料火花點(diǎn)燃的跳火間隙，該方法包括以下動作將夾帶于氣體中的計量量的燃料通過可選擇性開啟的輸送口輸送到燃燒室內(nèi)，以在輸送口開啟時提供從其噴出的燃料噴霧；并且控制燃料噴霧，以使燃料蒸汽和較小的燃料液滴向跳火間隙流動，而不這樣影響較大的液滴，從而較大的液滴持續(xù)其軌道，該軌道不通向跳火間隙。
燃料噴霧可以通過使其受到定位于輸送口下游的流動控制裝置的影響而得以控制。燃料噴霧也可以或另外借助于輸送口的構(gòu)型加以控制。


本發(fā)明將通過參照對附圖中所示的其特定實(shí)施例的描述加以理解。圖中圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的組合的噴射及點(diǎn)火裝置的排出端的局部示意圖，示意性示出了從其噴出的燃料噴霧的流動圖形；圖2是類似于圖1的視圖，除了它是關(guān)于根據(jù)第二實(shí)施例的組合噴射及點(diǎn)火裝置的之外；圖3也是類似于圖1的視圖，除了它是關(guān)于根據(jù)第三實(shí)施例的組合噴射及點(diǎn)火裝置的之外；圖4是根據(jù)第四實(shí)施例的組合噴射及點(diǎn)火裝置的側(cè)視圖；圖5是圖4中線5-5上的剖面圖；以及圖6是根據(jù)第五實(shí)施例的組合噴射及點(diǎn)火裝置的排出端的局部示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖中的圖1，根據(jù)第一實(shí)施例的裝置10包括用于往復(fù)活塞式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)(未示出)的組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置，該內(nèi)燃機(jī)具有一個或多個燃燒時，燃料通過雙流直接噴射過程(dual fluid direct injection process)輸送到其內(nèi)。
裝置10包括具有輸送端部14的主體13，和外螺紋構(gòu)造(未示出)以允許裝置10螺紋連接到發(fā)動機(jī)缸蓋內(nèi)的傳統(tǒng)火花塞孔中，同時使輸送端部14開口到燃燒室內(nèi)。主體13容納陶瓷絕緣體15，該絕緣體15圍繞具有中心孔19的閥體17。閥門21容放在閥體17的中心孔19中。閥門21在閥桿25的一端具有閥門元件23。閥桿25被適宜的裝置(未示出)導(dǎo)引而在孔19內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。閥桿25尺寸小于孔19，從而在閥桿25和孔19的側(cè)壁之間限定了環(huán)形通道27。環(huán)形通道27限定了用于將夾帶于氣體中的燃料傳送到發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)的流動路徑28。其內(nèi)夾帶燃料的氣體優(yōu)選地為諸如空氣的氧化劑，在其中燃料夾帶于空氣中加以輸送的雙流體燃料噴射系統(tǒng)的工作例如在本申請人的美國專利第4,693,224號和美國專利RE36,768中有所公開，其內(nèi)容合并與此作為參考，并且該內(nèi)容在此不再進(jìn)一步描述。
閥門元件23與設(shè)置在閥體17中、流動路徑28的輸送端處的閥座31協(xié)作。閥門元件23與閥座31協(xié)作以限定輸送口30。閥座31包括截圓錐形式的環(huán)形表面或面33。裝置10的閥門元件23向外開口或?yàn)樘嵘y型，盡管其它適宜的結(jié)構(gòu)也同樣可以使用。然而，這種向外開口的閥門尤其適于本發(fā)明和雙流體燃料噴射系統(tǒng)，在于相對于從輸送口30噴出的燃料噴霧，能夠使他們提供更理想的燃料散布和分配效應(yīng)。
閥門元件23具有密封面35，該密封面可以移動而與閥座31形成密封結(jié)合或與閥座31脫離密封結(jié)合，以用于開啟和關(guān)閉輸送口30。通過這種結(jié)構(gòu)，夾帶于氣體中的被計量量的燃料通過選擇性打開的輸送口30輸送到燃燒室內(nèi)，以在輸送口30開啟時提供從輸送口30噴出的燃料噴霧。
從輸送口30噴出的燃料噴霧的方向和形狀部分由閥門元件23的環(huán)形表面33和面35的結(jié)構(gòu)確定，面35和表面33一起作用為在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生具有圓錐或鐘形構(gòu)型的燃料煙流。以下將進(jìn)一步解釋該方面。
輸送口30由閥門元件23相對于閥座31的運(yùn)動而開啟和關(guān)閉。設(shè)置了驅(qū)動單元(未示出)以用于操縱閥門21，從而移動閥門元件23而與閥座31形成接合及脫離接合。驅(qū)動單元例如可以包括設(shè)置在主體13內(nèi)的電磁裝置，該裝置可操縱地連接到閥桿25上，由此，閥門元件23隨著電磁裝置被選擇性地供能和斷開能量而移動以開啟及關(guān)閉口30?？梢允褂闷渌魏芜m宜形式的驅(qū)動單元或驅(qū)動系統(tǒng)，例如包括壓電、液力和機(jī)械結(jié)構(gòu)。
輸送口30包括在閥座31的環(huán)形面33和閥門元件23的弧形密封面35之間的環(huán)形通道。通過這種結(jié)構(gòu)，限定輸送口30的環(huán)形通道為包括收縮部分37和擴(kuò)散部分39的結(jié)構(gòu)，收縮部分37限定了最小節(jié)流區(qū)域，而擴(kuò)散部分在收縮部分37的下游，限定了擴(kuò)散噴嘴。
流動控制突起41設(shè)置在閥門元件23上并在閥門元件23的下游。流動控制突起41在來自輸送口30的燃料噴霧的噴射方向上從閥門元件23軸向延伸。該流動控制突起41可以通過任何適宜的裝置固定到閥門元件23上，在圖1的實(shí)施例中，該突起41通過頸縮部分(necked-in portion)40連接到閥門元件23上。
流動控制突起41具有呈現(xiàn)出如上述美國專利第5,551,638中所公開的外部表面的外廓。通過這種外廓，流動控制突起41影響從輸送口30噴出的燃料噴霧的軌跡，如后面更詳細(xì)描述的那樣。當(dāng)然可以使用其它適宜的外廓，并且一些替換方案例如在上述美國專利第5,833,142中加以公開。
流動控制突起41的最外端限定了主電極45，該主電極45與次級電極47一起在其間限定了跳火間隙49。在本實(shí)施例中跳火間隙49相對于流動控制突起41軸向設(shè)置。設(shè)置了高壓電路(未示出)以選擇性地在主電極45和次級電極47之間建立電勢差，由此產(chǎn)生穿過跳火間隙49的點(diǎn)火火花。用于在主電極處建立電勢的高壓電流通過閥門21傳導(dǎo)到電極上。于是，閥門21和閥體17由陶瓷絕緣體15絕緣。次級電極47可以形成為裝置10的一部分，然而，其也可以替換地布置在發(fā)動機(jī)的其它適宜部件或元件上，例如布置在缸蓋上。
如上所述，環(huán)形面33和密封面35的結(jié)構(gòu)，更具體地說流動控制突起41的結(jié)構(gòu)影響了從輸送口30噴出的燃料噴霧的軌跡。在燃料噴霧中的蒸汽和較小的燃料液滴如圖1中流線51示意性描繪的那樣被拉向流動控制突起41，并由此導(dǎo)引到跳火間隙49附近的區(qū)域。燃料噴霧被引向流動控制突起41并遵循由突起41的外廓限定的路徑，如流線51所示的那樣。這種對燃料噴霧軌跡的影響是由公知為附壁(Coanda)效應(yīng)的流體流動現(xiàn)象產(chǎn)生的，如前述美國專利5,551,638中所討論的。小的燃料液滴的軌跡由于他們的表面積對體積的比較大而受到流動控制突起41的影響，這種液滴一般存在于用數(shù)字1.0表示的單位數(shù)量級的氣液比中。
在氣液比較低，如數(shù)字0.1表示的數(shù)量級時，燃料液滴足夠大而借助于他們的動量抵抗流動控制突起41的影響，并遵循流線53所描繪的軌跡。由此，在具有較大的氣液比的從輸送口30噴出的燃料噴霧中，流動控制突起41對燃料煙流成形的作用更顯著，相反，在具有較小氣液比的燃料噴霧中，輸送口30的排出表面對燃料煙流的成形具有更顯著的作用。
于是，燃料液滴和蒸汽被引向跳火間隙49附近的區(qū)域，而較大的燃料液滴被排斥在進(jìn)入該區(qū)域之外，在該區(qū)域內(nèi)他們易于撞擊到電極上，尤其是撞擊到恰好在跳火間隙49附近的次級電極47上。由此突起有利于恰好在輸送口30的下游區(qū)域內(nèi)建立理想的可重復(fù)氣/液比。這有利于實(shí)現(xiàn)可重復(fù)并可靠的點(diǎn)火過程，在于避免了較大燃料液滴的絕緣和抑制效應(yīng)。
圖1所示其中跳火間隙49軸向設(shè)置的實(shí)施例結(jié)構(gòu)的特別優(yōu)點(diǎn)在于間隙49的尺寸在輸送口30開啟時減小而在輸送口30關(guān)閉時增大，由于跳火間隙49在噴射器觸發(fā)時接近而特別有益。于是，放電點(diǎn)火電弧所需的電勢降低，在輸送口30接近和跳火間隙49開啟到其最大程度時，電弧易于持續(xù)建立。
如上所述，圖1所示的流動控制突起41的外廓被認(rèn)為是特別有利的，雖然其他流動控制突起的外廓也有一定的可能。這種其他外廓中的一種在圖2所示的裝置10中加以說明。圖2所示的結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步區(qū)別在于由流動控制突起41限定的主電極45和次級電極47之間的跳火間隙49為徑向設(shè)置，與圖1所示的實(shí)施例中的軸向設(shè)置相反。在特定用途中，徑向跳火間隙49的設(shè)置實(shí)際上比軸向間隙更理想。這尤其在取決于所使用的流動控制突起41的形狀和構(gòu)造的情況下。由于較小的燃料液滴和蒸汽向突起41的表面吸引(如前面所闡明的)，在一定的工作條件下，一些液滴和燃料蒸汽會接觸到該表面并沿著該表面向突起41的最下端流動。這會導(dǎo)致在突起41的最下端形成較重的燃料液滴，這在跳火間隙49相對于突起41軸向設(shè)置的情況下會撞擊到電極45、47上。于是，在這種用途中提供徑向跳火間隙49將是優(yōu)選的，是由于這會避免沿著突起41的表面流動的流體薄層所產(chǎn)生的任何有害效應(yīng)。
此外，并如上面所闡述的，徑向跳火間隙的設(shè)置可以確?；鸹M穿在氣缸中所存在的一定范圍的空燃比。由此，這種結(jié)構(gòu)會增大點(diǎn)火事件發(fā)生的可能性。
在第一和第二實(shí)施例中，跳火間隙49位于流動控制突起41的最下端附近。替換的結(jié)構(gòu)示于圖3中，其中次級電極47靠近輸送口30定位，以便也有利于減輕燃燒沉積物，而后者會形成在擴(kuò)散噴嘴39的附近，擴(kuò)散噴嘴39形成在輸送口30處。在這個實(shí)施例中，沉積物由跳火間隙49的火花的作用而形成的電腐蝕去除。為此目的，也可以設(shè)置多于一個次級電極47，以增強(qiáng)這種腐蝕效果。在具有多個次級電極47的情況下，他們可以方便地圍繞主電極45在圓周方向設(shè)置。沉積物的形成以這種方式減輕或去除作用保持輸送口30的閥門排出表面的完整性。
此外，在裝置10上未設(shè)置流動控制突起41并且跳火間隙設(shè)置于次級電極47和閥門元件23之間的特定用途中，圖3所示的次級電極47的位置為其一種可能的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有利于實(shí)現(xiàn)可靠并可重復(fù)的點(diǎn)火。在這種結(jié)構(gòu)中，即使沒有設(shè)置突起，從輸送口30噴出的燃料噴霧的兩種流體特性和輸送口30排出表面的特征將導(dǎo)致燃料噴霧在噴嘴下游頸縮(neck-in)，這是由于恰好在閥門元件23之下及附近存在低壓區(qū)。這會由雙流體輸送噴射器所提供的燃料液滴的精細(xì)霧化得以促進(jìn)。此外，主要使在閥門元件23之下的區(qū)域免受較大、較重燃料液滴(的影響)，并由此大致能夠確保恰在輸送口30下游區(qū)域內(nèi)建立有利于點(diǎn)火的可重復(fù)空/燃比。
在圖1、2和3所示的實(shí)施例中，夾帶于氣體中的燃料沿著有通道27限定的流動路徑被輸送到燃燒室內(nèi)，該通道27圍繞閥桿25設(shè)置。然而，其它適宜的結(jié)構(gòu)也是有可能的。這種其他結(jié)構(gòu)中的一種示于圖4和圖5所說明的實(shí)施例中。在該實(shí)施例中，閥桿25為中空的，以便提供流動通道61，燃料和/或氣體可以沿著該通道輸送。開口63可以設(shè)置在閥桿25的壁內(nèi)，以允許氣態(tài)流體從通道61流動到外部區(qū)域65中，在輸送口30開啟時該流體可以從在該區(qū)域中輸送。這種具有中空閥桿的燃料輸送噴射器例如在本申請人的美國專利RE 36,768中描述，該內(nèi)容合并于此作為參考。
圖6所示的實(shí)施例類似于圖4和圖5所示的實(shí)施例，除了次級電極47描繪與各個可能的位置以外。在圖4、5和6的每一個中，類似的附圖標(biāo)記用于與圖1、2和3的實(shí)施例中所描述的部件相對應(yīng)的部件。
在前面所描述的各個實(shí)施例中，由流動控制突起41限定的主電極45可以容納電阻線圈，或其可以整個由固定到閥門元件23上的電阻材料形成，由此在點(diǎn)火事件過程中各電極之間電弧發(fā)電時可以降低電流和電壓的變化率。由于這可以減小與附近的電路或電子系統(tǒng)相干涉的電磁輻射或干擾而是有益的。在一特定的結(jié)構(gòu)中，電極可以包括帶有5到50kΩ數(shù)量級的電阻的部分導(dǎo)電陶瓷。典型地將金屬涂層設(shè)置到陶瓷電極的端部。考慮到由火花電弧的腐蝕球形或其它適宜形狀的貴金屬(如鉑或銥)可以焊接到金屬涂層上而提供所需的壽命。
此外，次級電極47可以通過如圖1所示的電阻路徑或元件54連接到次級電勢上，這種電阻路徑在點(diǎn)火事件過程中電弧放電時可以類似地限制跳火間隙49處的電壓和電流的變化。
由上面可以看出根據(jù)各個實(shí)施例的組合噴射及點(diǎn)火裝置提供了以提供有利于可靠和可重復(fù)點(diǎn)火過程的條件的方式將燃料輸送到跳火間隙的非常有效的結(jié)構(gòu)。尤其是，如上所述的組合噴射及點(diǎn)火裝置的優(yōu)點(diǎn)在于它能夠使裝置10的跳火間隙49布置在促使或?qū)е抡羝洼^小的液滴流動的區(qū)域中。此外，使不利于可靠點(diǎn)火建立的條件的較大的液滴避開跳火間隙49。于是，根據(jù)本發(fā)明的裝置使跳火間隙49能夠設(shè)置在輸送口30的下游，在該處存在對點(diǎn)火較大的容限。結(jié)果，與現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)相比可以實(shí)現(xiàn)特定的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中，在將適宜的火花裝置設(shè)置于這種較高點(diǎn)火容限區(qū)域內(nèi)方面產(chǎn)生明顯的困難。即，本發(fā)明對于跳火間隙49可以定位的地方提供了相當(dāng)大的靈活性。尤其是，基于雙流體燃料噴射過程起作用的如上所述的組合噴射及點(diǎn)火裝置適應(yīng)于在裝置下游的跳火間隙49位置方面的較寬的變動，這是由于恰好在其下游區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的理想的可重復(fù)的空/燃比而實(shí)現(xiàn)的。
同樣值得注意的是通過本發(fā)明，點(diǎn)火遠(yuǎn)離燃料噴霧煙流的中部發(fā)生，與遠(yuǎn)離其外部相反，(即，跳火間隙靠近燃料輸送噴射器的軸向軸線定位)。這從圖1和2的考慮中可以清楚地理解。這總地不同于現(xiàn)存的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)，在后者中，點(diǎn)火一般遠(yuǎn)離燃料噴霧煙流的外部或四周發(fā)生(即，從輸送噴射器的軸向中心線向外或進(jìn)一步徑向間隔開)。此外，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)也能夠使點(diǎn)火直接遠(yuǎn)離已經(jīng)從輸送口30排出的初始燃料噴霧煙流實(shí)現(xiàn)，也就是說，在很多現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中，點(diǎn)火事件直到燃料的空氣燃料混合氣已經(jīng)由燃燒室內(nèi)的其他部件(例如，活塞頂部的空腔或碗形)折射或反射后才發(fā)生，如上所述，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)允許點(diǎn)火在被計量量的燃料從輸送口30傳送后立即發(fā)生。
當(dāng)然，組合噴射及點(diǎn)火裝置的特征不限于此前描述的各個實(shí)施例中所示的結(jié)構(gòu)，而不同構(gòu)造的其它適宜結(jié)構(gòu)當(dāng)然可以被采用。例如，組合噴射和點(diǎn)火裝置可以為雙部分結(jié)構(gòu)，如本申請人的同時待審的澳大利亞臨時專利申請PQ3501和PQ3502中所描述的結(jié)構(gòu)，該申請在1999年10月18日提交，并且該內(nèi)容合并與此作為參考。
然而，應(yīng)理解的是本發(fā)明的內(nèi)容不限于所述各實(shí)施例的范圍內(nèi)。尤其是，應(yīng)理解為本發(fā)明不限于提供了組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置的裝置中。例如，本發(fā)明可以僅提供一種燃料噴射裝置，該裝置與獨(dú)立的點(diǎn)火裝置，如適宜的火花塞相關(guān)聯(lián)地工作。此外，雖然主要相對于向外開口或提升閥型輸送噴射器結(jié)構(gòu)加以討論，可以構(gòu)想本發(fā)明的特定方面可以應(yīng)用于適宜地設(shè)計的向內(nèi)開口或樞軸型輸送噴射器或閥門結(jié)構(gòu)中。
此外，應(yīng)理解的是本發(fā)明對于由其輸送的主要為液態(tài)燃料或氣態(tài)燃料(如LPG、LNG和CNG)來說是同樣適用的。
雖然本發(fā)明的各方面主要參照單路徑組合點(diǎn)火和噴射裝置加以描述，在該裝置中然料(或空氣)和高壓點(diǎn)火電流大致遵循相同路徑，但應(yīng)理解的是本發(fā)明對于燃料和高壓點(diǎn)火電流不遵循共同的路徑通過點(diǎn)火及噴射裝置的情況同樣適用。
本發(fā)明適用于所有類型的內(nèi)燃機(jī)，不論是兩沖程還是四沖程的，但是對于直噴四沖程發(fā)動機(jī)具有特別的可應(yīng)用性，在該發(fā)動機(jī)中，在容納各種部件、零件及特征的缸蓋內(nèi)可用的所限制空間方面經(jīng)常存在各種要克服的困難。明顯地是，本發(fā)明的實(shí)施例避免了在于發(fā)動機(jī)燃燒室相對應(yīng)的缸蓋內(nèi)具有單獨(dú)的燃料輸送噴射器和單獨(dú)的點(diǎn)火裝置的需要。
遍及本說明書，除非上下文需要，否則詞“包括”或其變形將被理解為暗示包含一定的整數(shù)或整數(shù)組，但并不排除其他任何整數(shù)或整數(shù)組。
權(quán)利要求
1.一種用于火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的燃料輸送噴射器，該燃料輸送噴射器包括限定流動路徑的裝置，以用于將夾帶于氣體中的燃料傳送到發(fā)動機(jī)的燃燒室中，該流動路徑具有輸送口，燃料通過該輸送口作為燃料液滴和蒸汽的噴霧被傳送到燃燒室中，輸送口限定于閥座和相對于閥座可移動以開啟和關(guān)閉輸送口的閥門元件之間，輸送噴射器被構(gòu)造成影響燃料噴霧的軌跡，由此使燃料噴霧中較小的燃料顆粒和蒸汽流向緊靠近輸送口下游端的跳火間隙，并由此不會使得較大的燃料顆粒流向跳火間隙。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料輸送噴射器，還包括流動控制裝置，該裝置在燃料噴霧的噴射方向上從輸送口向外設(shè)置，該流動控制裝置被構(gòu)造并定位成影響燃料噴霧的軌跡，由此使燃料噴霧中較小的燃料顆粒和蒸汽流向控制裝置附近的跳火間隙。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料輸送噴射器，其中，流動控制裝置包括設(shè)置于閥門元件上并從閥門元件上延伸而超過輸送口的流動控制突起。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料輸送噴射器，其中，流動控制突起安裝于閥門元件上。
5.如權(quán)利要求4所述的燃料輸送噴射器，其中，流動控制突起可以拆卸地連接到閥門元件上。
6.如權(quán)利要求3所述的燃料輸送噴射器，其中，流動控制突起被構(gòu)造為閥門元件的一部分。
7.如權(quán)利要求3到6中任一項(xiàng)所述的燃料輸送噴射器，其中，流動控制突起被構(gòu)造并定位成使較小的液滴和蒸汽由突起的外廓導(dǎo)引。
8.如權(quán)利要求1所述的燃料輸送噴射器，其中，在使用中，大致低壓區(qū)恰好在燃料輸送噴射器的閥門元件之下形成，并且，較小的液滴和蒸汽隨著他們被輸送到燃燒室內(nèi)由于大致低壓區(qū)的存在而向內(nèi)朝向跳火間隙引導(dǎo)。
9.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料輸送噴射器，其中，流動控制突起限定了第一電極，該電極用于與第二電極協(xié)作以限定跳火間隙。
10.如權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的燃料輸送噴射器，其中，閥門元件被構(gòu)造為第一電極，用于與第二電極協(xié)作以限定跳火間隙。
11.如權(quán)利要求9或10所述的燃料輸送噴射器，其中，第一電極為主電極。
12.如權(quán)利要求9、10或11所述的燃料輸送噴射器，其中，第一和第二電極相對彼此設(shè)置成它們之間限定的跳火間隙提供一軸向間隙。
13.如權(quán)利要求9、10或11所述的燃料輸送噴射器，其中，各電極相對彼此設(shè)置成它們之間限定的跳火間隙提供一徑向間隙。
14.如權(quán)利要求13所述的燃料輸送噴射器，其中，多個所述第二電極圍繞第一電極圓周方向間隔開。
15.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料輸送噴射器，其布置成直接將夾帶于氣體中的燃料輸送到發(fā)動機(jī)的燃燒室內(nèi)。
16.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料輸送噴射器，其中，噴射器為向外開口或提升閥型。
17.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料輸送噴射器，其中，在跳火間隙處的點(diǎn)火緊接在從輸送口噴射出燃料噴霧后發(fā)生。
18.如權(quán)利要求17所述的燃料輸送噴射器，其中，點(diǎn)火偏離燃料噴霧的內(nèi)部而發(fā)生。
19.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料輸送噴射器，其中，輸送口包括在夾帶于氣體中的燃料流動方向上擴(kuò)散的環(huán)形通道。
20.如權(quán)利要求19所述的燃料輸送噴射器，其中，限定輸送口的環(huán)形通道包括收縮部分和擴(kuò)散部分，收縮部分限定了最小節(jié)流區(qū)域，而擴(kuò)散部分在收縮部分下游，限定了擴(kuò)散噴嘴。
21.如權(quán)利要求20所述的燃料輸送噴射器，其中，閥座具有截圓錐形的環(huán)形表面，以提供擴(kuò)散部分。
22.如權(quán)利要求20或21所述的燃料輸送噴射器，其中，閥門元件具有與閥座面對的弧形形式的密封表面。
23.一種用于火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置，該組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置包括限定流動路徑的裝置，以用于將夾帶于氣體中的燃料傳送到發(fā)動機(jī)的燃燒室內(nèi)，流動路徑具有輸送口，燃料通過該輸送口以燃料液滴和蒸汽形式輸送到燃燒室中，輸送口限定于閥座和相對于閥座可移動以用于開啟和關(guān)閉輸送口的閥門元件之間，所述組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置還包括與第二電極協(xié)作以形成跳火間隙的第一電極，以及流動控制裝置，該流動控制裝置用于影響從輸送口噴出的燃料噴霧的軌跡，由此使燃料噴霧中的小液滴和蒸汽向跳火間隙流動，并由此使較大的燃料液滴不向跳火間隙流動。
24.如權(quán)利要求23所述的組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置，其中，流動控制裝置包括流動控制突起，該突起設(shè)置在閥門元件上并在燃料噴霧噴出方向上從輸送口向外延伸。
25.如權(quán)利要求24所述的組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置，其中，流動控制突起限定了所述第一電極。
26.如權(quán)利要求23所述的組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置，其中，流動控制裝置包括輸送口。
27.如權(quán)利要求24或25所述的組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置，其中，流動控制裝置還包括輸送口。
28.如權(quán)利要求26或27所述的組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置，其中，閥門元件限定所述第一電極。
29.如權(quán)利要求23到28中任一項(xiàng)所述的組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置，還包括所述第二電極。
30.如權(quán)利要求23到29中任一項(xiàng)所述的組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置，其中，在跳火間隙處的點(diǎn)火緊接在從輸送口噴射出燃料噴霧后發(fā)生。
31.如權(quán)利要求30所述的組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置，其中，點(diǎn)火偏離燃料噴霧的內(nèi)部而發(fā)生。
32.一種用于火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置，該組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置包括限定流動路徑的裝置，以用于將夾帶于氣體中的燃料傳送到發(fā)動機(jī)的燃燒室內(nèi)，流動路徑具有輸送口，燃料通過該輸送口以燃料液滴和蒸汽形式輸送到燃燒室中，輸送口限定于閥座和相對于閥座可移動以用于開啟和關(guān)閉輸送口的閥門元件之間，所述組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置還包括流動控制突起，該突起布置在閥門元件上并在燃料噴霧的噴射方向上從輸送口向外延伸，該流動控制突起限定第一電極，該電極與第二電極相配合以形成跳火間隙，輸送口和/或控制突起被構(gòu)造并定位成影響燃料噴霧的軌跡，由此使燃料噴霧中的小液滴和蒸汽向跳火間隙流動，并由此使較大的燃料液滴不向跳火間隙流動。
33.一種將燃料噴射到內(nèi)燃機(jī)中的方法，該內(nèi)燃機(jī)具有燃燒室和用于將輸送到燃燒室內(nèi)的燃料火花點(diǎn)燃的跳火間隙，該方法包括以下動作將夾帶于氣體中的計量量的燃料通過可選擇性開啟的輸送口輸送到燃燒室內(nèi)，以在輸送口開啟時提供從其噴出的燃料噴霧；并且控制燃料噴霧，以影響燃料蒸汽和較小的燃料液滴使其向跳火間隙流動，而不這樣影響較大的液滴，從而較大的液滴持續(xù)其不通向跳火間隙的軌道。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，燃料噴霧可以通過使其受到定位于輸送口下游的流動控制裝置的影響而得以控制。
35.如權(quán)利要求33或34所述的方法，其中，燃料噴霧可以由輸送口的構(gòu)型加以控制或進(jìn)一步控制。
全文摘要
一種用于火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的燃料輸送噴射器,該輸送噴射器形成了提供用于發(fā)動機(jī)的組合燃料噴射和點(diǎn)火裝置的裝置(10)的一部分。燃料噴射器包括限定流動路徑(28)的裝置,以用于將夾帶于氣體中的燃料傳送到發(fā)動機(jī)的燃燒室中,該流動路徑(28)具有輸送口(30),燃料通過該輸送口作為燃料液滴和蒸汽的噴霧被傳送到燃燒室中,輸送口(30)限定于閥座(31)和相對于閥座(31)可移動以開啟和關(guān)閉輸送口的閥門元件(23)之間。輸送噴射器被構(gòu)造成影響燃料噴霧的軌跡,由此使燃料噴霧中較小的燃料顆粒和蒸汽流向緊靠近輸送口下游端的跳火間隙(49),并由此不會如此影響較大的燃料顆粒以流向跳火間隙(49)。燃料噴霧的軌跡由于流動控制裝置的存在或輸送口的構(gòu)型而得以控制。在利用流動控制裝置的情況下,其可以包括流動控制突起(41),該突起設(shè)置在閥門元件(23)上并從其向外延伸而超過輸送口(30)。在裝置(10)提供了組合燃料噴射器及點(diǎn)火裝置情況下,裝置(10)設(shè)置有主電極(48),該主電極與次級電極(47)協(xié)作以限定跳火間隙(49)。流動控制突起(41)被利用為限定主電極(48)。還描述并要求保護(hù)提供組合燃料噴射及點(diǎn)火裝置的裝置(10)。
文檔編號F02M61/00GK1379847SQ00814373
公開日2002年11月13日 申請日期2000年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月18日
發(fā)明者邁克爾·L·麥凱, 馬克·D·阿徹 申請人:軌道發(fā)動機(jī)公司(澳大利亞)有限公司