專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是指一種內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)。本發(fā)明特別可用于將燃料直接噴入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，這一點(diǎn)并將在本申請(qǐng)中描述。然而應(yīng)該看到，本發(fā)明同樣可用于多種其它的燃料噴射用途中。
本申請(qǐng)人從事內(nèi)燃機(jī)的氣助燃料噴射系統(tǒng)的研制，作為一個(gè)主要特征，這些系統(tǒng)采用空氣攜帶并噴射一定量的燃料，直接噴入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。在一種如本申請(qǐng)人的美國(guó)專利No.4934329中描述的特殊系統(tǒng)中(這里提出以供參考)，每個(gè)燃燒室提供單獨(dú)的燃料噴射器和輸送閥，燃料噴射器將定量的燃料提供給輸送閥的輸送室。然后通過打開輸送閥使燃料送到燃燒室，從而由壓縮空氣來攜帶和輸送燃料。通常，一個(gè)空氣壓縮機(jī)為輸送室提供壓縮空氣。
在一種上述系統(tǒng)的變型中，如本申請(qǐng)人的美國(guó)專利No 5622155所述(這里提出，以供參考)，來自氣室的壓縮空氣與輸送室聯(lián)通，允許來自燃燒室的燃燒氣體通過延遲關(guān)閉輸送閥而進(jìn)入該氣室，已得到的燃燒氣體接著用于下次燃料噴射。后一種系統(tǒng)尤其可用于低成本的、小內(nèi)燃機(jī)，此時(shí)常常需要降低復(fù)雜性。
然而，后一種系統(tǒng)在某些用途中會(huì)出現(xiàn)一些問題，其中常會(huì)降低燃料系統(tǒng)的功能，可出現(xiàn)燃料的計(jì)量精度降低。因此一種氣助燃料噴射系統(tǒng)是有利的，它不需要為每個(gè)燃燒室配置單獨(dú)的燃料噴射器和輸送閥，但又能保持其功能性和燃料計(jì)量精度。
為此，本申請(qǐng)人研制了一種燃料噴射系統(tǒng)，其中不必為每個(gè)燃燒室配置單獨(dú)的燃料噴射器。這種如本申請(qǐng)人的美國(guó)專利No 4794902、4841942和5024202中描述的系統(tǒng)采用一種噴射裝置，該裝置具有一個(gè)輸送室和一個(gè)輸送閥。壓縮燃料和壓縮氣體分別送到噴射裝置的輸送室。供到該室的燃料和氣體之間的壓差調(diào)節(jié)成使氣壓小于燃料壓力。在輸送閥打開期間，一個(gè)相關(guān)連的閥使壓縮氣體流入輸送室，上述壓差控制輸送閥打開期間輸送的燃料量。然而，盡管這個(gè)燃料噴射系統(tǒng)不需要為每個(gè)燃燒室配置一個(gè)燃料噴射器，但該噴射裝置采用了許多元件使氣流受到控制，使得僅當(dāng)輸送閥打開時(shí)氣體才流動(dòng)。由于氣體和燃料中存在壓差，因此在實(shí)際噴射之前，必須分開氣流和燃料流。
在M Nuti等的SAE論文No 970362“FAST噴射系統(tǒng)用于VLEV2T SI發(fā)動(dòng)機(jī)的PIAGGIO方法”中描述了另一種氣助燃料噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)與由曲軸帶動(dòng)的活塞泵配合，由汽化器將空氣/燃料混合物供到泵的曲軸箱，然后對(duì)這種混合物加壓并傳送到工作室，一個(gè)提升閥將這種混合物輸送到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室，提升閥的打開壓力由已校準(zhǔn)的預(yù)載彈簧調(diào)節(jié)。這種設(shè)計(jì)除了其復(fù)雜性以外，這種純機(jī)械系統(tǒng)的其它缺點(diǎn)是它不能控制提升閥的打開、關(guān)閉時(shí)刻和打開的時(shí)間間隔，因此限制了該系統(tǒng)的整個(gè)功能性。這就限制了該系統(tǒng)用于能相當(dāng)精確地控制燃料速率的小內(nèi)燃機(jī)的可用性。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種燃料噴射器組件，它可避免上述一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)。
為此，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射器組件，它包括一個(gè)位于噴射器組件內(nèi)的傳送室，一個(gè)用于控制供到傳送室的燃料和壓縮氣體質(zhì)量流率的質(zhì)量流率控制裝置，質(zhì)量流率是越過質(zhì)量流率控制裝置的壓差的函數(shù)，和有選擇地將傳送室與內(nèi)燃機(jī)聯(lián)通以便把燃料送到內(nèi)燃機(jī)的閥門裝置，其中當(dāng)閥門裝置打開時(shí)，至少使壓縮氣體流動(dòng)，由此產(chǎn)生越過質(zhì)量流率控制裝置的壓差，從而把受控的燃料流送到內(nèi)燃機(jī)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)具有一個(gè)位于其中的傳送室的燃料噴射器組件，一個(gè)將燃料供到傳送室的燃料供給裝置，
一個(gè)將壓縮氣體供到傳送室的壓縮氣體供給裝置，一個(gè)用以控制所供燃料和壓縮氣體質(zhì)量流率的質(zhì)量流率控制裝置，質(zhì)量流率是越過燃料質(zhì)量流率控制裝置的壓差的函數(shù)，用以有選擇地使燃料噴射器組件的傳送室與內(nèi)燃機(jī)聯(lián)通以將燃料傳送給內(nèi)燃機(jī)的閥門裝置，其中當(dāng)閥門裝置打開時(shí)，至少使壓縮氣體流動(dòng)，由此產(chǎn)生越過質(zhì)量流率控制裝置的壓差，從而把受控的燃料流送到內(nèi)燃機(jī)。
燃料和氣體的流率是越過質(zhì)量流率控制裝置的壓差的函數(shù)。另外，傳送到內(nèi)燃機(jī)的燃料量是壓差、閥門裝置打開時(shí)間和質(zhì)量流率控制裝置特性的函數(shù)。
為此提供了一種壓力-時(shí)間的燃料計(jì)量系統(tǒng)。可以通過控制燃料和氣體供給壓力、因而控制壓差來改變?nèi)剂狭?。另外，?duì)于給定的氣體與燃料流率控制裝置和壓差，可通過改變閥門裝置的打開時(shí)間間隔、和/或閥門打開期間的開始和結(jié)束時(shí)間來控制送到內(nèi)燃機(jī)的燃料量。
壓差是由于氣流通過質(zhì)量流率控制裝置的壓力損耗而產(chǎn)生的，然后該壓差促進(jìn)燃料流穿過質(zhì)量流率控制裝置。越過質(zhì)量流率控制裝置的壓差可以是所供給燃料和所供給壓縮氣體的供應(yīng)壓力與就在質(zhì)量流率控制裝置下游的壓力之間的壓差。在燃料噴射系統(tǒng)用于直接噴射用途的應(yīng)用情形中，傳送室的壓力受到氣缸壓力的影響但由越過閥門裝置的壓力損失來控制。
該燃料噴射系統(tǒng)還包括壓力均衡裝置，用以至少基本均衡供到傳送室的由燃料供給裝置提供的燃料供給壓力和由壓縮氣體供給裝置提供的壓縮氣體的供給壓力。
質(zhì)量流率控制裝置可以包括一個(gè)燃料質(zhì)量流率控制裝置和一個(gè)氣體質(zhì)量流率控制裝置。按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，燃料流率控制裝置可呈一個(gè)燃料孔的形式，氣體流率控制裝置可以是氣體孔的形式。燃料孔可以位于燃料供給裝置中，用以控制供到傳送室的燃料質(zhì)量流率。氣體孔可以位于氣體供給裝置中，用以控制產(chǎn)生壓差的供到傳送室的壓縮氣體質(zhì)量流率。特別是氣體孔可使燃料噴射器組件的氣體供給通道與傳送室分開，燃料孔可使燃料噴射器組件的燃料供給通道與傳送室分開。
按照另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，質(zhì)量流率控制裝置可包括設(shè)在氣體供給裝置內(nèi)的文氏管式通道。尤其是，文氏管式通道可以使燃料噴射組件的氣體供給通道與傳送室分開。該文氏管通道可包括一個(gè)喉部，在文氏管的喉部?jī)?nèi)可設(shè)有燃料孔，該燃料孔可與燃料供給裝置聯(lián)通。尤其是，燃料孔可使燃料噴射器組件的燃料供給通道與傳送室分開。任何通過文氏管式通道的氣流將引發(fā)壓差，導(dǎo)致燃料從燃料供給裝置送出。
燃料噴射系統(tǒng)的氣體質(zhì)量流率可以選擇成對(duì)不同內(nèi)燃機(jī)氣缸容量(或沖程)提供最佳的穿透速率。另外，氣流速率控制裝置特性可選擇成能改變壓差的大小。該大小還可由延遲或提前閥門裝置的打開時(shí)間來控制。因此，時(shí)間提前將導(dǎo)致較高的壓差，相反地時(shí)間延遲壓差將較低。
與壓差相關(guān)的燃料流率控制裝置特性的選擇確定了燃料噴射系統(tǒng)的計(jì)量速率?？尚械挠?jì)量窗口選擇成在燃料容量、混合物制備等限制下，均衡最大和最小的內(nèi)燃機(jī)燃料加注要求。
上述兩個(gè)孔或文氏管式通道的設(shè)計(jì)的聯(lián)合的效果建立了將送入內(nèi)燃機(jī)的混合物的平均噴射氣體-燃料比。因此孔的尺寸比可確定混合物的氣體-燃料比，由此氣體-燃料比通常比燃燒所需要的要高得多。
按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，閥門裝置可設(shè)成電磁線圈致動(dòng)形式。因此該噴射器的位置可使燃料和壓縮氣體直接噴射入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室，并按內(nèi)燃機(jī)工作參數(shù)由電控制裝置來致動(dòng)。按照一個(gè)供替換的優(yōu)選實(shí)施例，閥門裝置可做成機(jī)械作動(dòng)閥形式，它設(shè)置成能將燃料和壓縮氣體直接供給內(nèi)燃機(jī)的燃燒室。這種閥門可以包括打開閥門的機(jī)械作動(dòng)裝置，閥門打開的時(shí)間按內(nèi)燃機(jī)要求來控制、例如由改變時(shí)間的機(jī)械控制閥來控制。
作為替代或補(bǔ)充方式，該閥門可包括彈簧調(diào)節(jié)裝置，當(dāng)供給閥門的燃料和氣體的壓力等于或大于預(yù)定壓力時(shí)閥門打開。在大于預(yù)定壓力的設(shè)計(jì)下，需要安裝另一閥門來調(diào)節(jié)供給機(jī)械閥門的燃料和/或壓縮氣體。該另一閥門可裝在燃料或氣體供給裝置上或正好在機(jī)械閥的上游。該另一閥門可由電子控制裝置按發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)進(jìn)行控制。
當(dāng)閥門裝置關(guān)閉時(shí)，越過質(zhì)量流率控制裝置的壓差可至少基本為零，因此在燃料噴射系統(tǒng)中沒有燃料和壓縮氣體流過。當(dāng)閥門打開時(shí)，氣體、可能還有燃料開始流動(dòng)。氣流產(chǎn)生壓差，該壓差等于燃料和壓縮氣體的供給壓力與正好在質(zhì)量流率控制裝置下游壓力之間的壓差，該壓差越過質(zhì)量流率控制裝置，導(dǎo)致燃料和壓縮氣體流到閥門裝置。因此，燃料和壓縮氣體的質(zhì)量流率是上述壓差的函數(shù)。
供到傳送室的燃料可以做到在閥門裝置剛關(guān)閉后的短期內(nèi)繼續(xù)對(duì)傳送室提供燃料，在閥門裝置剛關(guān)閉后，在與閥門裝置連接的燃料供給線內(nèi)的燃料慣性可做到這一點(diǎn)。正如下面將要討論的，燃料噴射器組件的燃料流可以是在閥門裝置開始打開時(shí)燃料的供給速率大大高于閥門裝置剛打開后的速率，這可導(dǎo)致改進(jìn)某些操作狀態(tài)下的內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的燃燒控制。
壓力均衡裝置可以做成封閉箱的形式，它裝在質(zhì)量流率控制裝置的上游。燃料供給裝置可將燃料供到該封閉箱中，壓縮氣體供給裝置可將壓縮氣體供到封閉箱中。在箱中可提供一浮閥，使燃料到達(dá)預(yù)定值之前進(jìn)入箱中，由此來調(diào)節(jié)箱中燃料的高度，在燃料高度已達(dá)預(yù)定量時(shí)防止額外的燃料進(jìn)入箱中。這項(xiàng)設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量流率控制裝置上游的燃料供給壓力和壓縮氣體供給壓力至少基本均衡。燃料高度也可由電子傳感器或采用ECU方法來控制，這將有利于使燃料壓力供給裝置的工作時(shí)間減到最少。然而也可采用常規(guī)的調(diào)節(jié)器或電子調(diào)節(jié)器來均衡燃料和氣體的供給壓力。
通常不必控制壓力均衡裝置的絕對(duì)壓力(即相對(duì)于大氣條件)。最好是控制氣體的壓力，同時(shí)使燃料壓力調(diào)節(jié)成跟蹤氣體壓力。然而也可以控制燃料壓力，同時(shí)使氣體壓力按照它來調(diào)節(jié)，或分別控制燃料和氣體壓力。
當(dāng)壓力均衡裝置配合到箱上時(shí)，由于燃料加熱、或供給裝置或工作環(huán)境而產(chǎn)生的任何燃料蒸氣可由燃料或氣體的質(zhì)量流率控制裝置傳送到內(nèi)燃機(jī)，可以采用裝在氣體中的溫度傳感器、結(jié)合壓力均衡裝置內(nèi)的已知壓力來計(jì)算氣體中的燃料量，因此可修正燃料計(jì)量時(shí)間。
壓縮氣體可以是壓縮空氣，壓縮氣體供給裝置可包括一臺(tái)空氣壓縮機(jī)。一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器可有選擇地裝在空氣壓縮機(jī)的下游。
燃料供給裝置可包括一個(gè)燃料箱和一個(gè)可操作地相對(duì)于燃料箱安置的燃料泵。例如，燃料泵可位于燃料箱的下游。
在燃料供給線和/或氣體供給線上可有選擇地安裝阻尼裝置，以盡量減少這些管線內(nèi)的壓力脈動(dòng)。
該燃料噴射系統(tǒng)還可包括一個(gè)用于控制系統(tǒng)內(nèi)燃料和/或氣體流的止回閥裝置，該止回閥裝置可安在燃料流率控制裝置的上游或下游，或安在氣體流率控制裝置的上游或下游。
在燃料流率控制裝置附近提供止回閥可導(dǎo)致下面列出的一些優(yōu)點(diǎn)·它可防止空氣由于飄浮或其它原因慢慢進(jìn)入燃料流率控制裝置上游的燃料回路中。這就能使燃料噴射系統(tǒng)適應(yīng)燃料和氣體供給壓力之間的少量變化。
·它有助于控制壓差開始和燃料計(jì)量起動(dòng)之間的時(shí)間延遲。這就能導(dǎo)致燃料計(jì)量精度的很大的改進(jìn)。
·它可使系統(tǒng)對(duì)一個(gè)具有垂直曲柄軸和垂直移動(dòng)的氣缸的設(shè)備中各氣缸之間的“燃料高度”變化不敏感，這種情況在外裝式船用內(nèi)燃機(jī)上是很普通的。
·它可使系統(tǒng)對(duì)氣體或燃料回路中存在的壓力波動(dòng)不敏感。
·它可通過提供更迅速下降壓差來改進(jìn)燃料計(jì)量時(shí)的關(guān)閉響應(yīng)。
·它可使系統(tǒng)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)不敏感。
在氣體流率控制裝置附近提供止回閥將有助于改進(jìn)在傳送室內(nèi)壓力延遲的開始和氣流過程的起動(dòng)之間的時(shí)間延遲控制。
還可看出，該氣體流率控制裝置可與沿相反流動(dòng)方向被阻止的第二氣體流動(dòng)通路并聯(lián)。這樣設(shè)計(jì)的目的是當(dāng)流動(dòng)方向是從供氣方向到燃燒室時(shí)具有一種氣流特性，以及在流動(dòng)的氣體從燃燒室流向供氣回路時(shí)具有典型的較小限制性的第二氣流特性。在這種操作模式中，來自燃燒室的氣體被收集并用于下一次噴射。該流率上的差異除了減少了噴射的氣體量外，還使這種操作模式中的顯露時(shí)間減少。
燃料流率控制裝置的這些特性可以被最佳化，從而相對(duì)于閥門打開階段來控制燃料供給階段的位置，以此來提供燃料流量控制。例如，往往最好提供一個(gè)具有富燃料前緣和一個(gè)貧燃料后緣的加注燃料分布圖。燃料計(jì)量起動(dòng)的延遲可能受到如前所述的止回閥的影響，該延遲還可能受到傳送室體積的容量效應(yīng)的影響，體積越大，壓力延遲速率越慢，這將導(dǎo)致燃料計(jì)量起動(dòng)較慢。延遲氣體和燃料壓力的基本均衡，從而偏重閥門裝置關(guān)閉后計(jì)量的燃料量使傳送室作為一個(gè)保持室，由此可以控制燃料供給階段結(jié)束的延遲。還可通過設(shè)定或控制燃料流率控制裝置和氣體流率控制裝置之間的距離或傳送速率來引入時(shí)間上的延遲。或者是，也可改變?nèi)剂虾蜌怏w流率控制裝置和閥門裝置之間的距離。
按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種燃料供到內(nèi)燃機(jī)的計(jì)量方法，該內(nèi)燃機(jī)具有至少一個(gè)含有傳送室的燃料噴射器組件、一個(gè)用以控制供到傳送室的燃料質(zhì)量流率和壓縮氣體質(zhì)量流率的質(zhì)量流率控制裝置，以及用于有選擇地使傳送室與內(nèi)燃機(jī)聯(lián)通從而將燃料傳送到內(nèi)燃機(jī)的閥門裝置。
該方法包括提供一個(gè)供到傳送室的燃料源，提供一個(gè)供到傳送室的壓縮氣體源，控制供到傳送室的燃料和氣體的質(zhì)量流率，該質(zhì)量流率是越過質(zhì)量流率控制裝置壓差的函數(shù)，打開閥門裝置，使壓縮氣體流過閥門，導(dǎo)致越過質(zhì)量流率控制裝置產(chǎn)生壓差，從而為內(nèi)燃機(jī)提供受控的燃料流。
通常，如果質(zhì)量流率控制裝置包括一個(gè)用于控制壓縮氣體質(zhì)量流率的氣體流率控制裝置和一個(gè)用以控制燃料質(zhì)量流率的燃料流率控制裝置，則供到傳送室的氣體質(zhì)量流率按照越過氣體流率控制裝置的壓差來控制，供到傳送室的燃料質(zhì)量流率按越過燃料流率控制裝置的壓差來控制。
該方法還可包括調(diào)節(jié)供到傳送室的燃料和氣體的供給壓力，從而使燃料供給壓力至少基本與氣體供給壓力均衡。
傳送室可與內(nèi)燃機(jī)的燃燒室聯(lián)通，因此傳送室的壓力受到氣缸壓力的影響，但由越過閥門裝置的壓降來控制。
該方法還可包括在壓差超過預(yù)定值之前限制燃料源與傳送室聯(lián)通。這有助于改進(jìn)供到內(nèi)燃機(jī)的燃料計(jì)量的精度，其理由將在下面說明。
供到內(nèi)燃機(jī)的燃料量可以通過至少控制燃料和氣體的供給壓力之一來控制。特別是供到內(nèi)燃機(jī)的燃料量起初可通過改變閥門裝置的打開時(shí)間間隔來控制。作為替代或補(bǔ)充方式，供到內(nèi)燃機(jī)的燃料量起初可通過改變閥門裝置打開的開始和/或結(jié)束時(shí)刻來控制。
供到傳送室的氣體可以是空氣。然而其它氣體、如惰性氣體、從內(nèi)燃機(jī)或甚至LPG收集的燃燒氣體也是可以預(yù)計(jì)到的。另外，供到傳送室的燃料通常是液態(tài)的，雖然也可預(yù)計(jì)到提供氣態(tài)燃料。
因此本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)提供了雙重的流體燃料系統(tǒng)，它保持了這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(即改進(jìn)了的燃料的霧化和燃料的噴射形式)。然而這種燃料噴射系統(tǒng)與申請(qǐng)人早期的電子燃料噴射系統(tǒng)的某些型式相比零件較少，并不需要分開的燃料和氣體電磁線圈致動(dòng)的噴射器。在一些應(yīng)用中，甚至可以不需要任何這種電磁線圈致動(dòng)的噴射器。這就導(dǎo)致在保持功能性的同時(shí)，在本發(fā)明燃料噴射系統(tǒng)的控制方面大大節(jié)省了成本并減少了復(fù)雜性。
參照說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附圖，將可方便地進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明還可能有其它實(shí)施例，因此，附圖所示的細(xì)節(jié)不能理解為替代前面描述的本發(fā)明的一般性。
在圖中

圖1是本發(fā)明的燃料噴射器組件的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的概略視圖，圖2是本發(fā)明的燃料噴射器組件的第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的概略視圖，圖3是本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的概略視圖，圖4是本發(fā)明的燃料噴射器組件的第三個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖，圖5是說明圖4的燃料噴射器組件工作情況的曲線圖，圖6是本發(fā)明的燃料噴射器組件的典型的燃料流量分布與電子燃料計(jì)量系統(tǒng)相比的曲線圖。
本發(fā)明可用于直接將燃料噴入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室，不僅如此，下面還將描述本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的應(yīng)用情況。
圖1表示本發(fā)明的燃料噴射器組件和燃料噴射系統(tǒng)的工作原理。在燃料噴射器組件1中具有輸送室5。燃料供給裝置2通過燃料供給線6將燃料供到輸送室5。進(jìn)入輸送室5的燃料的質(zhì)量流率由位于燃料供給線6下游的燃料流率控制裝置8控制。在圖1中該燃料流率控制裝置8表示為一個(gè)燃料孔。
壓縮氣體也通過氣體供給線3供到輸送室5。供到輸送室5的氣體的質(zhì)量流率同樣由位于供給線3下游的氣體流率控制裝置7控制。氣體流率控制裝置7在圖1中表示為一個(gè)氣體孔。燃料流率控制裝置8和氣體流率控制裝置7一起確定了一個(gè)如圖1所示的質(zhì)量流率控制裝置50。
該燃料噴射系統(tǒng)調(diào)節(jié)燃料供給壓力Pf和氣體供給壓力Pg，從而使燃料和氣體供給壓力基本均衡。
輸送室5與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(未表示出)周期性地聯(lián)通，輸送室5與燃燒室的聯(lián)通由閥門組件9控制，在圖1中該閥門組件概略表示為一個(gè)提升閥。該閥門組件9通?？梢允潜旧暾?qǐng)人的上述美國(guó)專利No4934329中描述的輸送或氣體噴射器。當(dāng)輸送室5與燃燒室隔開時(shí)，燃料和氣體供給壓力Pf和Pg基本與輸送室中的壓力Pi相同。因此通過燃料流率控制裝置8或氣體流率控制裝置7基本不存在壓差。因此在閥9關(guān)閉時(shí)幾乎沒有燃料和氣體流過相應(yīng)的開口進(jìn)入輸送室5。供選用的相關(guān)止回閥門39保證了在壓差到達(dá)需要值之前不會(huì)有流動(dòng)。
隨著閥組件9的打開在燃料和氣體供給壓力Pf和Pg及輸送室壓力Pi之間建立了壓差，這主要由于氣流受限造成。這導(dǎo)致越過燃料孔8和氣體孔7時(shí)均產(chǎn)生壓差。該壓差使燃料流穿過燃料孔8進(jìn)入輸送室5和氣流穿過氣體孔7進(jìn)入輸送室5。然后該氣體/燃料混合物由閥9從輸送室5送到燃燒室。
因此供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量是閥9打開時(shí)產(chǎn)生的壓差及閥9打開時(shí)間的函數(shù)。因此該燃料噴射系統(tǒng)類似于本申請(qǐng)人的前述早期的燃料噴射系統(tǒng)，其中它基于壓力一時(shí)間輸送原理。主要的不同的是不再需要為每個(gè)燃燒室配置單獨(dú)的燃料噴射器。
圖2表示本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)和燃料噴射組件的另一優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)該注意，為清楚起見與圖1所示相應(yīng)的特征用同樣的參照數(shù)字表示。與圖1實(shí)施例的主要差別在于氣體供給線3將氣體通過文氏管式通道4供到輸送室5。供到輸送室的氣體質(zhì)量流率由文氏管4的喉部7a控制，該文氏管以與圖1中氣體孔7一樣的方式進(jìn)行工作。燃料從燃料供給裝置2通過燃料供給線6供到文氏管喉部7a上的燃料孔8a，燃料供給線6的燃料孔8a以與圖1的燃料孔8相同的方式進(jìn)行工作。在其它方面本實(shí)施例以與圖1實(shí)施例相同的方式工作，喉部7a和燃料孔8a一起確定了質(zhì)量流率控制裝置50。
圖3提供一個(gè)整個(gè)燃料噴射系統(tǒng)，它概略表示了一個(gè)用于發(fā)動(dòng)機(jī)10的該系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例。壓縮機(jī)12提供壓縮氣體，它將壓縮氣體通過氣體通道13送到發(fā)動(dòng)機(jī)10的氣體和燃料圍欄14的氣管15，氣管15將壓縮空氣供到每個(gè)輸送或燃料噴射器組件1，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的每一個(gè)缸設(shè)置一個(gè)噴射器組件1。氣管15內(nèi)的氣壓還受到與氣管15聯(lián)通的調(diào)節(jié)器14調(diào)節(jié)。
部分壓縮氣體通過旁路管線13a送到壓力均衡裝置19，該壓力均衡裝置19呈箱20的形式，其中含有一浮閥21。燃料從燃料箱(未示出)通過燃料通道17供到壓力均衡裝置19。采用一高壓燃料泵18將燃料輸送到壓力均衡裝置19的箱20中，如果需要還可在燃料泵18的上游提供一個(gè)提升泵16。供到箱20的燃料由浮閥21控制，在箱20內(nèi)的燃料高度達(dá)到一預(yù)定點(diǎn)之前容許燃料流過燃料供給通道17a進(jìn)入箱20，在到達(dá)預(yù)定點(diǎn)時(shí)，浮閥21關(guān)閉，以阻止燃料進(jìn)一步流入箱20。然后過量的燃料重新導(dǎo)入燃料旁路線17b，流回到燃料供給通道17。燃料旁路線17b上的單向閥17c起到一個(gè)限制器的作用，它可防止燃料泵3上游的系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生過壓。
由于壓縮氣體也供到箱20，這導(dǎo)致其中的燃料壓力和氣體壓力基本平衡。然后來自箱20的燃料通過另一燃料供給通道22供到發(fā)動(dòng)機(jī)10的氣體和燃料圍欄11的燃料管23，然后，燃料管23將燃料供給噴射器1。通過燃料蒸氣線24，可能積累在壓力均衡裝置19的箱20中的任何燃料蒸汽也能傳送到燃料管23，用于發(fā)動(dòng)機(jī)10以后的燃燒。如以前所述的方式，根據(jù)越過質(zhì)量流率控制裝置50所產(chǎn)生的壓差，噴射器1控制著流到發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃料流率。
圖4表示本發(fā)明的燃料噴射器組件1的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。為清楚起見，圖4中采用用相同的參照數(shù)字表示圖1、2和3中相應(yīng)的零件。圖4表示支承在氣體和燃料圍欄11上的本發(fā)明的噴射器1。閥組件9表示為一個(gè)由電磁線圈致動(dòng)的噴射器，該噴射器具有一個(gè)噴射器噴嘴35，其端部位于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(未表示出)內(nèi)。提升閥36控制著流入燃燒室的氣體/燃料混合物的流量。提升閥36的運(yùn)動(dòng)由電磁線圈37以已知的方式通過周期性供電來啟動(dòng)，一個(gè)由電磁線圈37致動(dòng)的電樞38與提升閥36工作連接。
一個(gè)外殼28設(shè)在閥組件9的上游，并位于氣體和燃料圍欄11中的腔29內(nèi)。外殼28容納輸送室5。通過氣體和燃料圍欄11的氣管15傳送氣體，利用從氣管15到位于外殼28側(cè)壁內(nèi)氣體孔7設(shè)置的通道27，送到輸送室5。燃料通過燃料管23供到外殼28內(nèi)的燃料腔33。在燃料通過提供燃料孔8的燃料孔盤30之前燃燒網(wǎng)34對(duì)燃料作過濾。圖4中虛線圈定的元件提供了質(zhì)量流率控制裝置50。
在燃料孔盤30的下游設(shè)有止回閥組件31，它的用途是防止由于氣體和燃料供給壓力之間的任何變化，使壓縮氣體滲入燃料供給源中。然而該止回閥組件31還會(huì)導(dǎo)致如圖5所示的操作上的優(yōu)點(diǎn)。
在工作時(shí)，閥組件9的初次打開導(dǎo)致氣流開始從氣管15的氣體穿過氣體孔7。同時(shí)一些燃料流也可能越過燃料孔8。然而如前面提到的燃料線中的止回閥39在壓差到達(dá)所需要的量級(jí)之前阻止了燃料流。氣流產(chǎn)生了壓差，該壓差產(chǎn)生了受控的燃料流。
該燃料噴射器組件1以前面所述方式工作。這里重申的是，如果輸送室5與燃燒室隔開，燃料和氣體供給壓力Pf和Pg基本與傳送室內(nèi)的壓力Pi相同，因此在燃料流率控制裝置8或氣體流率控制裝置7上基本沒有壓差。因此在閥9關(guān)閉時(shí)，幾乎沒有燃料和氣體流通過相應(yīng)的孔進(jìn)入傳送室5。相應(yīng)供選用的止回閥39保證了在壓差到達(dá)所需要的量級(jí)之前沒有流動(dòng)。
隨著閥組件9的打開，在燃料和氣體供應(yīng)壓力Pf、Pg和傳送室壓力Pi之間建立了壓差，它主要由于氣流受限所引起。這導(dǎo)致越過燃料孔8和氣體孔7產(chǎn)生的壓差。該壓差產(chǎn)生的燃料流穿過燃料孔8進(jìn)入傳送室5，氣流穿過氣體孔7進(jìn)入傳送室5。然后氣體/燃料的混合物可由閥9從傳送室5傳送到燃燒室。
圖5表示一系列曲線，上部曲線V表示加到電磁線圈37上的電壓信號(hào)，中部曲線S表示由于電壓信號(hào)而產(chǎn)生的提升閥36的移位，下部曲線P表示由于提升閥36的打開在傳送室5內(nèi)的內(nèi)壓變化。從這些曲線可以看出，隨著噴射器組件9接收到電壓信號(hào)后的短暫延遲，提升閥36打開到如曲線S的高度0處所示的完全打開的位置。當(dāng)提升閥36打開時(shí)，越過燃料和氣體孔上的壓差逐漸增大，一直達(dá)到如曲線P上的高度C所示的穩(wěn)定狀態(tài)值。止回閥組件31通常防止燃料在壓差達(dá)到如曲線P的高度A所示的預(yù)設(shè)值之前進(jìn)入傳送室5。這就防止由于內(nèi)部壓力脈動(dòng)、例如由于供氣壓力的變化使燃料滲入傳送室5。另外，在壓差越過預(yù)設(shè)值時(shí)，止回閥組件31僅允許使燃料傳送通過燃料孔8。這起到了由燃料噴射系統(tǒng)提供更精確的燃料計(jì)量的作用。
隨著提升閥36的關(guān)閉，在傳送室5內(nèi)的內(nèi)壓回到其初始水平之前有微小的延遲，這導(dǎo)致在提升閥36關(guān)閉后的一個(gè)短時(shí)間內(nèi)燃料繼續(xù)供到傳送室5。然后直到下一次噴射之前少量供給的燃料留在傳送室5內(nèi)。這導(dǎo)致來自燃料噴射器的有利的燃料流，因?yàn)樵趪娚淦?打開時(shí)，起初供給富的空氣燃料混合物，在接近噴射期末了時(shí)空氣燃料混合物逐步變貧。
圖6表示用本發(fā)明的燃料系統(tǒng)可達(dá)到的燃料流分布的典型例子，圖中將本發(fā)明的流量分布與本申請(qǐng)人的美國(guó)專利4934329描述的電子燃料計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行了比較。應(yīng)該理解到，本發(fā)明的被動(dòng)式燃料計(jì)量系統(tǒng)的實(shí)際的幾何形狀的最佳化考慮到控制氣體-燃料的相互作用，由此考慮了用電子燃料定相控制可獲得的燃料計(jì)量分布圖的類似變化。例如已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過改變?nèi)剂虾蜌饬魉俾士刂蒲b置和閥門裝置之間的距離，可以接近由電子系統(tǒng)得出的傳送分布。正如圖6看出，本發(fā)明的典型的傳送分布圖可以良好地與用電子燃料計(jì)量系統(tǒng)的傳送分布圖作比較。
已經(jīng)公認(rèn)，在燃料噴射系統(tǒng)中，由于在缸內(nèi)空氣的較長(zhǎng)期使用，燃料富集的前緣有助于獲得較高性能。另外也已公認(rèn)的是燃料較貧的后緣有助于增強(qiáng)可燃性并容許采取更延遲的噴射窗口。正如從圖6看出的，這兩個(gè)系統(tǒng)的燃料流分布圖與單液體系統(tǒng)的典型的方波相比，表示出有較大的緩和程度。
本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)導(dǎo)致超越已知雙燃料噴射系統(tǒng)的許多優(yōu)點(diǎn)，不再需要如本申請(qǐng)人早期的燃料噴射系統(tǒng)中要求的額外燃料噴射器，然而該燃料噴射系統(tǒng)在采用一個(gè)較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)的同時(shí)仍保持了它的功能。
上面的描述僅作舉例說明之用，對(duì)本專業(yè)技術(shù)人員來說，可以進(jìn)行不超出本發(fā)明的各種修改和變型。
權(quán)利要求
1．一種用于內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射器組件，包括一個(gè)位于噴射器組件內(nèi)的傳送室，一個(gè)用于控制供到傳送室的燃料和壓縮氣體質(zhì)量流率的質(zhì)量流率控制裝置，質(zhì)量流率是越過質(zhì)量流率控制裝置的壓差的函數(shù)，和用于有選擇地將傳送室聯(lián)通到內(nèi)燃機(jī)上以將燃料傳送給內(nèi)燃機(jī)的閥門裝置，其中當(dāng)閥門裝置打開時(shí)，至少使壓縮氣體流動(dòng)，由此產(chǎn)生越過質(zhì)量流率控制裝置的壓差，從而為內(nèi)燃機(jī)提供受控的燃料流。
2．按照權(quán)利要求1的燃料噴射器組件，其中質(zhì)量流率控制裝置包括一個(gè)燃料質(zhì)量流率控制裝置和一個(gè)氣體質(zhì)量流率控制裝置。
3．按照權(quán)利要求2的燃料噴射器組件，其中氣體流率控制裝置是位于氣體供給裝置中的氣體孔，燃料流率控制裝置是位于從傳送室到噴射器組件的燃料供給通道中的燃料孔。
4．按照權(quán)利要求3的燃料噴射器組件，其中氣體孔使燃料噴射器組件的氣體供給通道與傳送室分開，燃料孔使燃料噴射器組件的燃料供給通道與傳送室分開。
5．按照權(quán)利要求2的燃料噴射器組件，其中質(zhì)量流率控制裝置包括一個(gè)位于氣體供給裝置中的文氏管式通道和在文氏管式通道喉部中的燃料孔，該燃料孔與燃料供給裝置聯(lián)通。
6．按照權(quán)利要求5的燃料噴射器組件，其中文氏管式通道使燃料噴射器組件的氣體供給通道與傳送室分開，燃料孔使燃料噴射器組件的燃料供給通道與傳送室分開。
7．按照前面權(quán)利要求中任何一條的燃料噴射器組件，還包括位于燃料流率控制裝置上游和附近的止回閥。
8．按照權(quán)利要求1～6中任何一條的燃料噴射器組件，還包括位于燃料流率控制裝置下游和附近的止回閥。
9．按照前面權(quán)利要求中任何一條的燃料噴射器組件，還包括位于氣體流率控制裝置上游和附近的止回閥。
10．按照權(quán)利要求1～8中任何一條的燃料噴射器組件，還包括位于氣體流率控制裝置下游和附近的止回閥。
11．按照前面權(quán)利要求中任何一條的燃料噴射器組件，其中閥門裝置包括電磁線圈致動(dòng)的提升閥。
12．按照權(quán)利要求1～10中任何一條的燃料噴射器組件，其中閥門組件包括一個(gè)機(jī)械作動(dòng)的提升閥。
13．按照權(quán)利要求12的燃料噴射器組件，其中閥門裝置包括防止閥門裝置在氣體和/或燃料對(duì)閥門裝置的供給壓力高于預(yù)定值之前打開的彈簧調(diào)節(jié)裝置。
14．一種內(nèi)燃機(jī)燃料噴射系統(tǒng)，包括支撐前面任何一條權(quán)利要求中的至少一個(gè)燃料噴射器組件的氣體和燃料圍欄，氣體圍欄具有一個(gè)氣管和一個(gè)燃料管，用以使壓縮氣體和燃料分別供到至少一個(gè)燃料噴射器組件。
15．一種內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)，包括一個(gè)具有位于其中的傳送室的至少一個(gè)燃料噴射器組件，一個(gè)用于將燃料供給傳送室的燃料供給裝置，一個(gè)用于將壓縮氣體供給傳送室的壓縮氣體供給裝置，一個(gè)用于控制所供燃料和壓縮氣體質(zhì)量流率的質(zhì)量流率控制裝置，質(zhì)量流率是越過該燃料質(zhì)量流率控制裝置的壓差的函數(shù)，和用于有選擇地將燃料噴射器組件的傳送室聯(lián)通到內(nèi)燃機(jī)以將燃料傳送到內(nèi)燃機(jī)的閥門裝置，其中當(dāng)閥門裝置打開時(shí)，至少使壓縮氣體流動(dòng)，由此產(chǎn)生越過質(zhì)量流率控制裝置的壓差，這樣為內(nèi)燃機(jī)提供受控的燃料流。
16．按照權(quán)利要求15的燃料噴射系統(tǒng)，其中質(zhì)量流率控制裝置包括一個(gè)燃料質(zhì)量流率控制裝置和一個(gè)氣體質(zhì)量流率控制裝置。
17．按照權(quán)利要求16的燃料噴射系統(tǒng)，其中氣體流率控制裝置是位于氣體供給裝置中的氣體孔，燃料流率控制裝置是位于燃料供給裝置中的燃料孔。
18．按照權(quán)利要求17的燃料噴射系統(tǒng)，其中氣體孔使燃料噴射器組件的氣體供給通道與傳送室分開，燃料孔使燃料噴射器組件的燃料供給通道與傳送室分開。
19．按照權(quán)利要求16的燃料噴射系統(tǒng)，其中質(zhì)量流率控制裝置包括位于氣體供給裝置中的文氏管式通道，以及在文氏管式通道喉部的燃料孔，該燃料孔與燃料供給裝置聯(lián)通。
20．按照權(quán)利要求19的燃料噴射系統(tǒng)，其中文氏管式通道使燃料噴射器組件的氣體供給通道與傳送室分開，燃料孔使燃料噴射器組件的燃料供給通道與傳送室分開。
21．按照權(quán)利要求15～20中任何一條的燃料噴射系統(tǒng)，還包括位于燃料流率控制裝置上游和附近的止回閥。
22．按照權(quán)利要求15～20中任何一條的燃料噴射系統(tǒng)，還包括位于燃料流速控制裝置下游和附近的止回閥。
23．按照權(quán)利要求15～20中任何一條的燃料噴射系統(tǒng)，還包括位于氣體流速控制裝置上游和附近的止回閥。
24．按照權(quán)利要求15～23中任何一條的燃料噴射系統(tǒng)，還包括一個(gè)位于氣體流速控制裝置下游和附近的止回閥。
25．按照權(quán)利要求15～23中任何一條的燃料噴射系統(tǒng)，其中閥門裝置包括一個(gè)電磁線圈致動(dòng)的提升閥。
26．按照權(quán)利要求15～25中任何一條的燃料噴射系統(tǒng)，其中閥門裝置包括機(jī)械作動(dòng)的提升閥。
27．按照權(quán)利要求15～25中任何一條的燃料噴射系統(tǒng)，其中閥門裝置包括防止閥門裝置在氣體/燃料供給壓力高于預(yù)定值之前打開的彈簧調(diào)節(jié)裝置。
28．按照權(quán)利要求15～27中任何一條的燃料噴射系統(tǒng)，還包括一個(gè)壓力均衡裝置，用以基本均衡供到至少一個(gè)燃料噴射器組件的燃料和壓縮氣體的供給壓力。
29．按照權(quán)利要求28的燃料噴射系統(tǒng)，其中壓力均衡裝置包括一個(gè)封閉的箱，壓縮氣體和燃料供到箱中，還包括一個(gè)用以控制供到箱中的燃料量的燃料控制裝置。
30．按照權(quán)利要求29的燃料噴射系統(tǒng)，其中燃料控制裝置是適于防止燃料到達(dá)預(yù)定高度時(shí)還供到箱中的浮閥。
31．按照權(quán)利要求29的燃料噴射系統(tǒng)，其中燃料控制裝置是燃料高度開關(guān)。
32．一種計(jì)量供到具有至少一個(gè)燃料噴射器組件的內(nèi)燃機(jī)中燃料的方法，燃料噴射器組件包括一個(gè)傳送室，一個(gè)用以控制供到傳送室的燃料質(zhì)量流率和壓縮氣體質(zhì)量流率的質(zhì)量流率控制裝置，一個(gè)用于有選擇地將傳送室與內(nèi)燃機(jī)聯(lián)通以傳送燃料到內(nèi)燃機(jī)的閥門裝置，該方法包括提供通到傳送室的燃料源，提供通到傳送室的壓縮氣體源，作為越過質(zhì)量流率控制裝置壓差的函數(shù)，控制供到傳送室的燃料和氣體質(zhì)量流率，打開閥門裝置，由此使壓縮氣體通過閥門，導(dǎo)致越過質(zhì)量流率控制裝置產(chǎn)生壓差，從而對(duì)內(nèi)燃機(jī)提供受控的燃料流。
33．按照權(quán)利要求32的方法，其中質(zhì)量流率控制裝置包括一個(gè)控制壓縮氣體質(zhì)量流率的氣體流率控制裝置，和一個(gè)控制燃料質(zhì)量流率的燃料流率控制裝置，供到傳送室的氣體質(zhì)量流率控制成是越過氣體流率控制裝置壓差的函數(shù)，供到傳送室的燃料質(zhì)量流率控制成是越過燃料流率控制裝置壓差的函數(shù)。
34．按照權(quán)利要求32或33的方法，還包括調(diào)節(jié)供到傳送室的燃料和氣體的供給壓力，從而使燃料供給壓力至少基本與氣體供給壓力相均衡。
35．按照權(quán)利要求32或34的方法，還包括在壓差超過預(yù)定值之前限制燃料源與傳送室聯(lián)通。
36．按照權(quán)利要求32～34中任何一條的燃料噴射系統(tǒng)，包括通過控制氣體供給壓力和燃料供給壓力中至少一個(gè)壓力來控制供到內(nèi)燃機(jī)的燃料量。
37．按照權(quán)利要求32～36中任何一條的方法，包括通過改變閥門裝置打開時(shí)間間隔來起初控制供到內(nèi)燃機(jī)的燃料量。
38．按照權(quán)利要求32～37中任何一條的方法，包括通過改變閥門裝置打開的開始和/或結(jié)束時(shí)刻來起初控制供到內(nèi)燃機(jī)的燃料量。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射器組件包括:一個(gè)位于噴射器組件(1)內(nèi)的傳送室(5),一個(gè)用以控制供給傳送室(5)的燃料和壓縮氣體質(zhì)量流率的質(zhì)量流率控制裝置(50),質(zhì)量流率是越過質(zhì)量流率控制裝置(50)壓差的函數(shù),以及用以有選擇地使傳送室(5)與內(nèi)燃機(jī)聯(lián)通以將燃料傳送到內(nèi)燃機(jī)的閥門裝置(9),其中當(dāng)閥門裝置(9)打開時(shí),至少使壓縮氣體流動(dòng)以產(chǎn)生越過質(zhì)量流率控制裝置的壓差,從而為內(nèi)燃機(jī)提供受控的燃料流。
文檔編號(hào)F02M67/02GK1300342SQ99805929
公開日2001年6月20日 申請(qǐng)日期1999年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月12日
發(fā)明者尼古拉斯·科普林, 雷蒙·約翰·希爾, 邁克爾·雷奧納德·麥克凱 申請(qǐng)人:軌道工程有限公司