專利名稱：：氣體燃料高速噴入內(nèi)燃機的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及內(nèi)燃機，具體地說，它涉及一種關(guān)于將氣體燃料以大約1個馬赫數(shù)的速度噴入正在流向內(nèi)燃機進氣道的空氣流內(nèi)，從而促進氣體燃料和空氣混合和分層的方法及裝置。近年來，無論是壓縮點火式內(nèi)燃機還是火花點火式內(nèi)燃機，都有使用氣體燃料作為其燃料來源的要求，而且這種要求日漸增加。象丙烷、天燃氣等氣體燃料在許多方面比柴油及其它壓縮點火式燃料和汽油及其它火花點火式燃料優(yōu)越得多，因為氣體燃料總的來說價格便宜，可提供相同或較大的功率，或較遠的行程，廢氣排放特低。特別是這最后一項優(yōu)點使氣體燃料更具有吸引力。近年來已經(jīng)頒布或即將頒布的世界性法規(guī)都傾向于禁止許多內(nèi)燃機使用柴油和其它傳統(tǒng)燃料。氣體燃料的一個弱點是可壓縮和相對的低密度，很難與正在流入內(nèi)燃機進氣道的空氣流混合。先前的技術(shù)系統(tǒng)曾試圖通過一種多孔噴射來增強混合，這種多孔噴射采用通過在進氣點周圍分布的多個噴孔將氣體燃料以通常的大氣壓力噴入進氣管上游某點的導(dǎo)入裝置。其主要理論是用這種方式在許多不同圓周上的各個位置供給燃氣，從而增強氣體的混合。但這種多孔噴射系統(tǒng)只能解決部分問題，因為所需要的噴孔數(shù)目的增加必然會使進入空氣流的燃氣流速度降低，相對低密度的燃氣由于缺乏足夠的慣性而無法穿入空氣流的深層，因此將沿著進氣管的管壁進入氣缸，而不能與進入氣缸內(nèi)的空氣充分混合。該問題隨著壓縮天然氣(CNG)噴射器的出現(xiàn)而得到部分解決，這種噴射器以相對高的壓力(大約8巴)將燃氣噴入噴嘴網(wǎng)格，從而以比混合式系統(tǒng)高的速度將燃氣射入空氣流中。但是，當(dāng)用于每一進氣點具有多個節(jié)流噴嘴的多點噴射系統(tǒng)時，該系統(tǒng)顯然不能形成高速噴射，并且由于燃氣進入空氣流的速度仍然太低而不能充分混合。傳統(tǒng)的氣體燃料供給系統(tǒng)存在的另一個問題是幾乎沒有分層。當(dāng)一個空/燃混合區(qū)域被一個基本純凈的空氣層包圍時，氣缸中則出現(xiàn)分層燃料進氣。分層進氣噴射是十分理想的，因為如果進氣部分的空燃比為了燃燒而被優(yōu)化時，那么實際內(nèi)燃機的任何工作狀態(tài)的燃燒均可優(yōu)化。沒有這樣的分層就得不到最佳的空燃比。例如在一個非節(jié)氣式內(nèi)燃機中，如果不考慮內(nèi)燃機負(fù)載，內(nèi)燃機在每一燃燒循環(huán)內(nèi)吸入缸體內(nèi)的空氣量是相同的。在怠速和輕負(fù)載條件下，較少量的燃料與空氣混合。因為沒有分層，故氣缸內(nèi)的混合氣非常稀薄，從而導(dǎo)致燃燒不充分，未燃燒或部分燃燒的燃料將被排出。該問題只有通過分層燃料噴射來解決，即在氣缸內(nèi)形成一個既不稠密也不稀薄并被一個純空氣層包圍的空氣燃料混合的小區(qū)域。在傳統(tǒng)的供氣系統(tǒng)中要形成一個局部的具有最佳空燃比的進氣是很困難的或是不可能的，因為流向內(nèi)燃機的燃氣是連續(xù)的而非脈沖式的。即在噴射氣體燃料時，燃氣流不能隨意通斷，原因是燃氣的低質(zhì)量流速要求長期恒定的流動，以便獲得氣缸內(nèi)所需要的燃燒。相應(yīng)地，氣缸內(nèi)的整個進氣包括燃料和空氣，這兩者不能以最佳空燃比狀態(tài)混合。這個問題可通過利用節(jié)氣門解決。也就是通過增加與節(jié)氣壓降有關(guān)的效率損失來解決。采用跳躍點火對于λ控制，本發(fā)明也適用于傳統(tǒng)的空燃比控制。采用跳躍點火對λ控制在美國第5,553,575號專利中有詳述。每一進氣點具有多個節(jié)流噴嘴的多點噴射系統(tǒng)的另一個問題是生產(chǎn)和安裝工藝比較復(fù)雜，價格比較高，原因是所需要的噴孔和管道數(shù)目較多。鑒于上述存在的缺點，本發(fā)明的第一目的是提出一種在內(nèi)燃機氣缸內(nèi)使一種氣體燃料與空氣進氣均勻混合的簡單和經(jīng)濟的改進方法。本發(fā)明的第二目的是提出一種在產(chǎn)生一個由純空氣進氣包圍的局部空氣燃料均勻混合進氣的高層狀整體混合進氣的同時滿足第一目的方法。本發(fā)明的第三目的是提供一種改進的內(nèi)燃機氣體燃燒噴射系統(tǒng)，所述系統(tǒng)可以使在內(nèi)燃機氣缸里的氣體燃料與空氣均勻混合，以及能滿足本發(fā)明的第一目的，使制造、安裝和操作比較簡單，經(jīng)濟的。為實現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明第一方面所提出的方法包括打開進氣道將供燃燒的空氣流吸入氣缸，同時將氣體燃料以大于0.3馬赫數(shù)的速度，最好以0.5到1.0馬赫數(shù)的速度，噴入供燃燒的空氣流內(nèi)；其噴射步驟包括1.由氣體燃料噴射器的節(jié)流孔將氣體燃料噴入空氣導(dǎo)管內(nèi)，氣體燃料噴射器節(jié)流孔的有效流通面積為CdA1；2.由供氣導(dǎo)管的噴孔將氣體燃料噴入供燃燒的空氣流中，該噴孔的有效流通面積為CdA2，CdA2是CdA1的2-5倍。為實現(xiàn)本發(fā)明的第二目的，本發(fā)明包括通過控制第一時期所發(fā)生的吸氣步驟和第二時期所發(fā)生的噴射步驟，所述第二時期必須比第一時期短并被第一時期全部包含。為實現(xiàn)本發(fā)明的第三目的，本發(fā)明內(nèi)燃機包括一個帶進氣道的氣缸，一個可選擇和交替打開、關(guān)閉進氣道的進氣門，一個與進氣道相通的進氣管和一個氣體燃料噴射系統(tǒng)；所述氣體燃料噴射系統(tǒng)具有一個帶計量孔，其有效流通面積為CdA1的氣體噴射器和一個進口與氣體燃料噴射器計量孔相連通、噴孔與內(nèi)燃機進氣道相連通的供氣導(dǎo)管，所述供氣導(dǎo)管將氣體燃料由計量孔輸送到進氣道的單個導(dǎo)管中，導(dǎo)管噴孔的有效面積為CdA2，該面積不得大于CdA1的7倍，最好是CdA1的2-5倍。為了能夠獲得分層的燃料噴射，所提出的方法是在第一時期打開進氣門；另外一個方法是在第二時期使噴射器噴射氣體燃料脈沖，第二時期應(yīng)比第一階段短并被第一時期全部包含。實際簡單的安裝結(jié)構(gòu)包括1)安裝在內(nèi)燃機上，在進氣道與進氣管之間的轉(zhuǎn)接環(huán)；2)安裝在轉(zhuǎn)接環(huán)上的噴射器支承塊；供氣導(dǎo)管由在轉(zhuǎn)節(jié)環(huán)及噴射器支承塊內(nèi)形成的相應(yīng)通道組成。本發(fā)明的上述及其它目的、特性和優(yōu)點在下面的詳細說明及附圖中將會體現(xiàn)。但是需要明確的是，對本發(fā)明具體實施方案的具體描述及舉例，只是為了說明而不僅局限于此。因此在不脫離本發(fā)明精神的前提下，在本發(fā)明范圍內(nèi)可以有許多改變或改進，本發(fā)明將包括所有這些改進。附圖簡要說明圖1是采用本發(fā)明高馬赫數(shù)噴射系統(tǒng)的內(nèi)燃機俯視圖。圖2是圖1所示內(nèi)燃機的部分剖面圖。圖3是圖1和圖2所示內(nèi)燃機的氣體燃料噴射器、進氣管和氣缸進氣道的剖面圖。圖4是內(nèi)燃機在輕負(fù)載和重負(fù)載工作條件下，進氣門開放時期與噴射器節(jié)流孔開放時期的時間比較圖。圖5表示氣體燃料噴射時間隨內(nèi)燃機負(fù)載變化而變化的情況。本發(fā)明的具體實施方案如附圖所示，在所有附圖中，相同的標(biāo)號代表相同的零件。根據(jù)本發(fā)明，可以為內(nèi)燃機提供一種氣體燃料噴射系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通過以相對高的速度，最好在0.5到1.0馬赫數(shù)之間，將氣體燃料噴入正在流向氣缸內(nèi)的空氣流中，從而保證氣體燃料與空氣均勻混合。高馬赫數(shù)噴射可以以一種極其簡單且十分有效的方法來實現(xiàn)，該方法為1)與在進氣管進氣系統(tǒng)上游單點具有多個噴孔的結(jié)構(gòu)相反，每個進氣道僅使用一個或很少幾個導(dǎo)管和噴口；2)設(shè)置噴射器計量孔CdA1和導(dǎo)管噴口CdA2的相對有效流通面積，并使CdA2是CdA1的2倍到5倍；3)將燃氣供給壓力設(shè)置為大于空氣進氣管絕對壓力的四倍。這種系統(tǒng)不僅比在進氣管上游單點具有許多噴孔的供氣系統(tǒng)簡單、便宜，而且可以提供非常均勻的混合和脈沖噴射，這樣可以向燃燒室提供分層燃料進氣。本發(fā)明高馬赫數(shù)噴射系統(tǒng)不僅可以用于壓縮點火式內(nèi)燃機，而且可以用于火花點火內(nèi)燃機；不僅可以用于節(jié)氣式內(nèi)燃機，而且也可以用于節(jié)氣式內(nèi)燃機。圖10所示是一種壓縮點火式非節(jié)式內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機具有多個氣缸口，每個氣缸都有一個缸蓋14，如圖2所示。同樣如圖2所示，活塞16可以在氣缸12中滑動，在氣缸頭14和活塞16之間為燃燒室18?；钊?6同樣以一種常規(guī)的方式和曲軸20相連接。常規(guī)的進、排氣門22和24，位于氣缸頭14上相應(yīng)的進、排氣道26和28的尾端，它們由一個標(biāo)準(zhǔn)凸輪30來驅(qū)動，從而控制所供給的空/燃混合氣進入燃燒室18以及燃燒產(chǎn)品從燃燒室18中排出，這些氣體分別通過進氣管34和排氣管35供給內(nèi)燃機和從內(nèi)燃機內(nèi)排出。然而，與眾多內(nèi)燃機不同的是在通常裝節(jié)氣門的位置上沒有節(jié)氣門失去了節(jié)氣作用，因此將其稱為非節(jié)氣型內(nèi)燃機10。因為圖示的內(nèi)燃機10是一種壓燃式而不是火花點火式，因此需要一種引燃燃油噴射系統(tǒng)用于點燃氣體燃料。該系統(tǒng)包括幾個電控引燃燃料噴射器32。每個引燃燃料噴射器32可以是電子控制的或機械控制的。這個燃料噴射器最好采用一種增壓蓄壓式電液燃料噴射器，其在重新發(fā)布的美國第33,270(貝克270)號專利中有詳述。再參見圖1和圖2，柴油燃料或其它可壓燃液體燃料從常用的油箱42經(jīng)由一個公用供給管路或共軌44到達噴油器32。在管路44上有一個濾清器46，一個油泵48，一個高壓液壓溢流閥50和一個壓力調(diào)節(jié)器50。一個公用的回油管52，從噴油器32回到油箱42。噴油器32的工作由一個計算機或電子控制單元(ECU)56控制，原理如圖2所示。ECU56從圖2中用一個方框表示的傳感器系統(tǒng)接受信號，并且將輸出信號傳送給引燃燃料噴射器32以及下面描述的氣體燃料噴射器36。關(guān)于電控燃油噴射器對引燃燃油噴射正時和引燃燃油噴射量的電子控制原理在美國的第5,450,829號專利(貝克829專利)中有詳述。通過多個噴射器36將氣體燃料供給內(nèi)燃機10，每一個氣缸12用一個噴射器供氣，下面將描述這些噴射器的結(jié)構(gòu)，工作原理及供氣方式。參照圖2和圖3，將詳述其中一個噴射器36以及它與一個內(nèi)燃機的聯(lián)結(jié)，其它五個的情形與之完全相同。盡管我們介紹的每一個氣缸12僅有一個噴射器36，但是如果需要，只要下面將要詳述的有效流動面積CdA1和CdA2以及馬赫數(shù)遵循設(shè)計規(guī)范，一個氣缸或一個進氣道同樣可以安裝兩個或更多的噴射器。參照圖2和圖3，噴射器36是一個電子控制式噴射器，即由ECU56電子驅(qū)動的電控脈寬調(diào)制式壓縮天然氣(CNG)噴射器。該噴射器361)有一個進口60，天然氣從壓縮存貯箱40和供氣管38到達該進口；2)在進口60的外側(cè)有一個出口或計量孔62，并與下面詳述的導(dǎo)管相連接。噴射器36通過一個安裝塊64和轉(zhuǎn)接環(huán)66安裝在內(nèi)燃機12上。轉(zhuǎn)接環(huán)66和氣缸頭14相聯(lián)接以便氣缸頭12的進氣道26有一個延伸部分26’。每一個氣缸12可用一個分立的轉(zhuǎn)接環(huán)66。但最好將所有的轉(zhuǎn)接環(huán)做在一個平板上，這個平板可以1)延伸內(nèi)燃機10的長度；2)平板上具有與進氣道26相同直徑的6個孔；3)位于進氣管34和內(nèi)燃機缸蓋l4之間；4)用相同的螺栓68和70將轉(zhuǎn)接環(huán)66與進氣管34一起聯(lián)接到內(nèi)燃機缸蓋上。在轉(zhuǎn)接環(huán)66和發(fā)動機缸蓋14以及在進氣管34和轉(zhuǎn)接環(huán)66之間墊上合適的密封座72和74。噴射器支承塊64安裝在轉(zhuǎn)接環(huán)或轉(zhuǎn)接板66的上部，并從轉(zhuǎn)接環(huán)66向外延伸，如圖3所示，共有6個分離的支承塊64，每個CNG噴射器36有一個，但是最好用一個多孔板64，板上有一些橫截面積較大的孔76，每個孔應(yīng)密封并與相應(yīng)的噴射器噴射孔相連。天然氣供氣管路以共軌的形式從多孔板塊64中穿過。在CNG噴射器36的計量孔62和氣缸進氣道26之間有一個供氣導(dǎo)管。在示圖的具體方案中，供氣導(dǎo)道管是由通過支承塊64和轉(zhuǎn)接環(huán)64而形成的通道78構(gòu)成的，這樣便具有1)與計量孔60相連接的進口80；2)通向由轉(zhuǎn)接環(huán)66所形成的進氣道延伸部分26的噴口82，通道78各處的直徑最好是一均勻的。但是，即使通道78是錐形的或是有節(jié)流，它的噴孔82的橫截面不得大于通道78的其余部分的最大橫截面積。只要導(dǎo)管噴口82的總面積與了孔62的總面積之比在下面規(guī)定的范圍內(nèi)，也可以采用兩個通道。在這一點上應(yīng)當(dāng)注意的是由通道口78組成的供氣導(dǎo)管提供的從CNG噴射器36到進氣道26的連接，與在進氣管上游某點圓周上需要安裝許多供氣管道的單點噴射系統(tǒng)相比要簡單和廉價得多。噴射器36將如天然氣或丙烷這樣的壓縮燃氣，以進氣道靜壓兩倍的相對高的壓力，通過計量孔62供給通道78。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用噴射壓力和小面積節(jié)流孔，通過簡單的設(shè)定供氣導(dǎo)管噴口82的有效流通面積CdA2和以音速流動的噴射器計量孔的有效流通面積CdA1的相對值使氣體燃料以非常高的速度噴入進氣道26從而獲得優(yōu)良的空氣流貫透和合理的、均勻的空氣/燃料混合。本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，氣體速度在0.3馬赫數(shù)(在吸氣行程中空氣流從進氣管進入進氣道時的典型峰值速度)以上時，最好介于0.5到1馬赫數(shù)之間，可以產(chǎn)生最佳的空氣流貫穿和合理均勻的混合。在CNG工作壓力為8巴時，只要使噴孔82有效流通面積CdA2小于計量孔62有效流通面積CdA1的7倍，便可獲得期望的高馬赫數(shù)噴射和合理的空氣貫穿，最好是介于CdA1面積的2至5倍之間。在該具體方案中，計量孔62的有效面積最好是3.18mm2，噴孔的有效面積最好是6.36cm2到15.9mm2。通過工作實例更容易理解獲得高馬赫數(shù)噴射的方法，應(yīng)用可壓縮絕熱流動原理，通過小孔的氣體流速可由下列方程得到V＝1000Q/ρCdA，m/sec方程1式中Q氣體流量，mg/msecρ流動點氣體密度，mg/mlCdA流動點有效流動面積mm2Cd流量系數(shù)A橫截面積mm2現(xiàn)式ρ＝0.667(Ps)(Tr/Ts)，mg/ml，在1巴，20℃時方程2式中Ps流動點靜壓，巴Tt流動點動溫或總溫°KTs流動點靜溫°K因此V＝(1000Q)/(0.667(Ps)(Tt/Ts)(A).m/sec方程3若有必要，Tt/Ts的相互關(guān)系可由下列方程算出Tt/Ts＝(Ps/Pt)((γ-1)/γ)方程4其中Pt＝Ps+流動點處動壓或總壓為便于討論，在本發(fā)明中最有可能被使用的天然氣或丙烷與純甲烷很接近，純甲烷的γ值為1.31，因此，方程4變?yōu)門t/Ts＝(ps/Pr)0.237方程5音速Vs可由下列方程計算出Vs＝(γgγt)0.5，m/sec方程6＝446(Ts/293)0.5，m/sec因此馬赫數(shù)，MA＝V/Vs方程7把方程1-7應(yīng)用到進氣管絕對壓力MAP為2巴流量Q為4.93mg/msec，計量孔有效面積CdA1為3.18mm2的系統(tǒng)時，在不同系統(tǒng)參數(shù)下，內(nèi)燃機不同部位的馬赫數(shù)見表1。在表1中位置1＝燃氣供氣管38；位置2＝燃氣計量孔62；位置3A-3D＝燃氣導(dǎo)管噴孔82，為了說明在Tt＝20℃時增加噴孔面積對進入進氣道26的氣體馬赫數(shù)的影響，在例a-d中，CdA2/CdA1之比從2.0逐步增大到9.9。表1說明了只要CdA2/CdA1之比小于5，最好介與2和5之間，并且燃氣供給壓力至少是進氣管絕對壓力的4倍便可獲得0.5到1.0的馬赫數(shù)。高馬赫數(shù)對系統(tǒng)工作的影響將在下面中詳述?，F(xiàn)在參見圖1-5，圖示的雙燃料壓燃式內(nèi)燃機10工作原理如下首先，參見圖4中的曲線90，在活塞16吸氣沖程期間，即在排氣門24關(guān)閉后、活塞10開始向下運行時，凸輪軸30在T1時刻將進氣門22打開，從而經(jīng)過進氣道20和進氣管34將一個空氣流84(圖1和圖3)吸入氣缸18中。在T6時刻進氣門22關(guān)閉，終止進氣，此時氣缸18內(nèi)完全充滿了空氣。ECU56控制CNG噴射器36在進氣門22打開時刻T1晚些時候開始將天然氣或類似燃氣噴入進氣道26內(nèi)，這樣一縷氣體燃料以大約0.5至1.0的馬赫數(shù)高速噴入空氣流84中。在吸氣沖程期間，在室溫(493°K)的條件下，從進氣管34流入進氣道26的空氣流的峰值速度大約是100M/SEC，大約是0.3馬赫數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)燃氣以高于兩倍峰值速度、或高于大約0.5馬赫數(shù)的速度從噴孔82噴入空氣流時，空氣流的貫穿和混合將有顯著改善。另一方面，在最好的混合式系統(tǒng)中，噴孔處的總壓力通常僅比進氣管的絕對壓力高大約5％，這樣噴孔處的馬赫數(shù)小于0.3。表1參數(shù)位置123a3b3c3dPt，bar9.59.54.742.492.302.08Ps，bar9.54.812.432.02.02.0Tt，°K293293293293293293Ts，°K293246249276277287CdA1，mm23.183.183.183.183.18CdA2，mm26.3612.715.931.6CdA2/CdA12.04.05.09.9Ps，mg/ml6.343.771.881.391.381.35V，m/s0411411280223116Vs，m/s446411411435435442M01.01.00.640.510.26</table>在ECU56控制下，從噴射器32直接將少量的引燃燃油噴到燃燒室18內(nèi)，引燃燃料的噴射正時及吸射量取決于內(nèi)燃機的主要工作狀態(tài)，這些在貝克的829號專利中有詳細講述。從圖6可以看到高馬赫數(shù)噴射對內(nèi)燃機性能的有利影響，圖中曲線98繪出了馬赫數(shù)與氣缸間排氣溫度(ΔT)的變化關(guān)系。如果空氣和燃料混合均勻，內(nèi)燃機運行良好，就不會存在此溫度變化。然而，曲線98上的P4點表明，在CDA2/CDA1之比為9，噴孔處的馬赫為0.29的CumminsL10型多點噴射系統(tǒng)試驗期間(見上表1)。發(fā)現(xiàn)排氣溫差達50℃。當(dāng)同一內(nèi)燃機用CdA2/CdA1之比小于或等于5，以高于0.5馬赫數(shù)的速度將氣體燃料噴入進氣道的高馬赫數(shù)噴射系統(tǒng)注入燃料時，排氣溫差要低得多，平均小于20℃。曲線98上的P1-P3點分別對應(yīng)1.0，0.64和0.51馬赫數(shù)，如前面的表1所示，這一溫差的減小強有力地證明高馬赫數(shù)噴射的優(yōu)點的確存在。值得注意的是上述的結(jié)果同樣也驗證了圖4中的“時窗”效應(yīng)。在CumminsL10和其它所謂“均分口”吸氣沖程期間，控制噴射脈沖寬度和頻率以保證噴射的有利影響在美國專利5477830中有詳細論述，此專利于1995年12月26日發(fā)布。本早期專利在此將整個文獻做為參考文獻。EUC噴射器36和發(fā)明高馬赫噴射系統(tǒng)的應(yīng)用可以實現(xiàn)氣體燃料的脈沖噴射和相應(yīng)的分層。每個脈沖的氣體燃料噴射時期與將空氣進氣吸入氣缸18的完整時期的百分比隨內(nèi)燃機負(fù)載一般成線性比例變化，如圖5中的曲線96所示。先參見圖4中的曲線92，當(dāng)內(nèi)燃機在輕負(fù)載時，與進氣門開放時期間T1-T6相比，天然氣噴射期T3-T4相對較短并被T1-T6完全包含。這樣的噴射將形成一個相對大得多的純空氣進氣89包圍一個相對較小的空/燃氣均勻混合的進氣的形式。另一方面，如果內(nèi)燃機10為重負(fù)載，需要較多的氣體燃料，CNG噴射器36需要開啟較長時期，如圖4中的曲線94所示。然而，由于空氣/燃料混合氣吸入時期仍然被純空氣吸入時期T1-T2和T-T6所包圍，因而仍可產(chǎn)生分層進氣。只不過是空/燃混合進氣比圖2所示的進氣要大得多。因此可以看出，本發(fā)明提供了一種相當(dāng)簡單又十分有效的裝置，這種裝置可以1)當(dāng)燃料與空氣被吸入燃燒室時，空氣和燃料可以完全混合。2)在很短時間內(nèi)，將整個燃氣進氣噴入燃燒室18內(nèi)，從而獲得一個完整的高度的分層。只要不偏離本發(fā)明的精神，本發(fā)明可以有許多更改和改進。這些更改的范圍將從后面的權(quán)利要求中得到體現(xiàn)。權(quán)利要求1.一種用于對具有一個氣缸和一個進氣道的內(nèi)燃機高速噴射氣體燃料的方法，其特征在于，它包括下列步驟(A)打開上述進氣道，將一個供燃燒的空氣流吸入上述氣缸，當(dāng)上述進氣道打開時，上述空氣流以峰值速度流動；(B)以上述峰值速度的速度將氣體燃料噴入上述供燃燒的空氣流中。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述峰值速度大約為0.3馬赫數(shù)，其噴射步驟包括以大于0.3馬赫數(shù)的速度將所述氣體燃料從一個噴口噴入所述供燃燒的空氣流中。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，噴射步驟包括以介于0.5到大約1.0馬赫數(shù)之間的速度將所述氣體燃料從一個噴口噴入所述供燃燒的空氣流中。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，噴射步驟包括1)將所述氣體燃料通過氣體燃料噴射器的節(jié)流孔噴入供氣導(dǎo)管內(nèi)，所述節(jié)流孔的有效流通面積為CdA1；2)從所述供氣導(dǎo)管的噴孔將所述氣體燃料噴入所述供燃燒的空氣流中，所述噴孔的有效流通面積為CdA2，所述面積CdA2是所述面積CdA1的2至5倍。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，更進一步包括終止氣體燃料噴射和關(guān)閉所述進氣道。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，吸氣步驟發(fā)生在第一時期，噴射步驟發(fā)生在第二時期，第二時期比第一時期短并被第一時期全部包含。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二時期的持續(xù)時間與內(nèi)燃機負(fù)載成線性比例變化。8.一種用于對非節(jié)氣式內(nèi)燃機高速噴射氣體燃料的方法，這種內(nèi)燃機具有一個氣缸，一個裝在所述氣缸上的進氣道，一個裝在所述進氣道上的進氣門，一個與進氣道相通的進氣管和一個壓縮氣體燃料噴射器，所述方法包括(A)打開所述進氣門從而打開所述進氣道；(B)從所述進氣管經(jīng)所述進氣道將一股供燃燒的空氣流吸入所述氣缸內(nèi)；其特征在于，(C)當(dāng)所述進氣道打開、所述供燃燒的空氣流正在流入所述氣缸時，從一個口將一個氣體燃料脈沖以大于0.3馬赫數(shù)的速度噴入所述供燃燒的空氣流中，從而在所述空氣流內(nèi)產(chǎn)生一個高度混合的空/燃混合進氣；(D)關(guān)閉所述進氣門從而終止向所述氣缸內(nèi)的流動，在整個過程中，吸氣步驟發(fā)生在第一時期，噴氣步驟發(fā)生在第二時期，第二時期必須比第一時期短并被第一時期全部包含，這樣一個具有包含所述燃料/空氣均勻混合的高分層混合進氣被吸入所述氣缸。9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，噴射步驟包括以大約0.5到1.0馬赫數(shù)的速度將所述氣體燃料噴入所述供燃燒的空氣流中。10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴射步驟包括1)通過氣體燃料噴射器的計量孔將氣體燃料噴入供氣道管，所述計量孔的有效流通面積為CdA1；2)從所述供氣道管的噴口將所述氣體燃料噴入所述供燃燒的空氣流中，所述噴口的有效流通面積為CDA2，所述面積CDA2是所述面積CDA1的2到5倍。11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二時期的持續(xù)時間與內(nèi)燃機負(fù)載的變化基本成線性比例關(guān)系。12.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，燃氣由所述噴射器以至少是進氣管絕對壓力的4倍的壓力向內(nèi)燃機供氣。13.一種內(nèi)燃機，它包括(A)一個具有進氣道的氣缸；(B)一個可以選擇并可交替打開和關(guān)閉所述進氣道的進氣門；(C)一個與所述進氣道相通的進氣管；其特征在于，它還包括(D)一個具有計量孔，其有效流通面積為CdA1的氣體燃料噴射器；(E)一個供氣道管，其進口與所述氣體燃料噴射器的所述計量孔相連，其噴口與所述進氣道相連，所述供氣導(dǎo)管是從所述計量孔向所述進氣道傳輸所述氣體燃料的唯一通道，所述噴口的有效面積為CdA2，所述面積CdA2不得大于所述面積CdA1的7倍。14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述面積CdA2是所述面積CdA1的2到5倍。15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，進一步包括第一時期打開所述總門，第二時期使所述噴射閥噴射氣體燃料的方法，第二時期應(yīng)比第一時期短并被第一時期完全包含。16.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，進一步包括所述第二時期的持續(xù)時間隨內(nèi)燃機負(fù)載變化基本成線性比例關(guān)系的方法。17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)燃機為雙燃料內(nèi)燃機、并進一步包括一個引燃燃油噴射器，該噴射器有一個以流體形式與所述氣缸相聯(lián)系的噴嘴，和控制所述引燃燃油噴射器向所述氣缸噴射一個流體先導(dǎo)燃油脈沖的方法。18.如權(quán)利要求13所述的裝置，進一步包括在所述進氣道和所述進氣管之間，用螺釘安裝在內(nèi)燃機上的轉(zhuǎn)接環(huán)和安裝在所述轉(zhuǎn)接環(huán)上的噴射器支承塊，其特征在于，所述供氣導(dǎo)管由在此所述轉(zhuǎn)接環(huán)和所述噴射器支承塊內(nèi)產(chǎn)生的相配合的通道組成。19.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)燃機為非節(jié)氣式內(nèi)燃機。全文摘要一種用于內(nèi)燃機的氣體燃料噴射系統(tǒng),以高速最好在0.5至1馬赫之間將氣體燃料噴射到正在進入氣缸內(nèi)的空氣流內(nèi),以保證氣體燃料與空氣流的均勻混合,高馬赫數(shù)噴射的方法如下:1)每個進氣道用一個或幾個噴射導(dǎo)管和噴口,2)設(shè)定噴射器計量孔CDA1和噴口CDA2的有效流通面積,使CDA2是CDA1的2至5倍;3)設(shè)定燃氣供給壓力不小于進氣管絕對壓力的4倍,最終的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉,且使混合非常均勻并可脈沖噴射,可給氣缸提供分層燃料噴射進氣。文檔編號F02B75/18GK1170819SQ9711087公開日1998年1月21日申請日期1997年4月30日優(yōu)先權(quán)日1996年4月30日發(fā)明者白克強申請人:貴州紅林機械廠,伺服產(chǎn)品國際公司