專利名稱：壓力空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機用燃料噴射系統(tǒng)，更具體地說，涉及-二沖程發(fā)動機的控制系統(tǒng)。
壓力空氣用在噴射系統(tǒng)中公知的有幾種替換方案；即；可利用一單獨的空氣泵，空氣源可來源于壓縮或膨脹沖程期間發(fā)動機的氣缸；或空氣也可來源于具有泵作用的發(fā)動機的曲軸箱。在低成本的使用場合，都希望將曲軸箱或氣缸用作空氣源，以便避免單獨的空氣泵的復(fù)雜性和附加成本。在大氣缸(通常排量大于50cc)發(fā)動機使用氣動噴射的使用場合中，理想的是利用來源于氣缸壓力的噴射壓力進行噴射，因為可獲得高壓噴射氣體。在更小的發(fā)動機中，這種換氣與氣缸充量不成比例，因此對發(fā)動機性能存在不利影響。故在這種情況下，利用曲軸箱泵壓氣源更實際。
最有利的是在活塞的下死點附近或之后將燃料噴射入氣缸中。這種噴射正時可避免噴入的燃料進入氣缸掃氣的早期狀態(tài)，從而避免燃料產(chǎn)生短路損失給廢氣。此外，當(dāng)氣缸壓力接近大氣壓時將燃料噴射氣缸，從而允許充分利用有限的噴射壓力來噴射并霧化燃料充量。因此理想的是具有一個在該活塞下死點附近的氣動噴射正時，并且該正時相對發(fā)動機運行參數(shù)，例如速度和節(jié)流位置或負(fù)荷的變化是相對恒定的。
在現(xiàn)有技術(shù)中公開了幾種控制一噴射閥的方法。US4693224教導(dǎo)人們利用一電磁閥來控制該噴射閥，通常這對于小型高速發(fā)動機的應(yīng)用場合是不可接受的，原因是它需要具有一發(fā)動機的控制單元來控制該電磁閥，并且驅(qū)動該電磁閥需要相當(dāng)大的功率，這兩點增加了發(fā)動機的成本。如現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)的那樣，控制該閥的最常用方法是利用某種由該發(fā)動機曲軸驅(qū)動的動力閥連動形式。如由在Universita diPisa發(fā)表在SAE上的論文SAE940397“二沖程發(fā)動機用的空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)”中描述的被稱之為“噴射”的一系統(tǒng)所述的那樣，和如由Duret等人在L’Institut Francais du Petrole發(fā)表在SAE上的論文SAE880176“一種帶有壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)并用于高效率低排放場合的二沖程發(fā)動機”中所述的一系統(tǒng)所述那樣，這些閥采取擺動閥的形式，或由Honda(本田)公司的Ishibashi發(fā)表在SAE上的論文SAE972077“分層掃氣活化原子團燃燒發(fā)動機的實驗研究”中所述的旋轉(zhuǎn)型閥。所有這些動力驅(qū)動閥都都存在一個問題，即閥的密封件和驅(qū)動裝置的運動部分都需要精確的表面和高質(zhì)量的材料。裝備的各個閥，例如暴露給燃燒氣體的各閥還必須由昂貴的耐熱材料制成。另外，許多零部件要求的潤滑在這種簡單的二沖程發(fā)動機中不可能獲得，因此這種機械型閥布置顯著增加了該發(fā)動機結(jié)構(gòu)方面的成本和復(fù)雜性。所以，理想的是制造一種由便宜的材料制成且不需要高精度公差的噴射控制閥，該閥和驅(qū)動機構(gòu)最好不要求耐高溫能力或不需要額外的潤滑。
此外，在該擺動閥應(yīng)用于高速發(fā)動機中公知的是還存在另外的問題。該問題是大大地增加了發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加所需要的驅(qū)動力。對一個開度或升程固定的閥來說，該閥要求的加速度增加與該閥的開啟頻率的平方成正比，因此與發(fā)動機的速度成正比，此外，需要驅(qū)動該閥的力的增加與該發(fā)動機的速度的平方成正比，對單一作用的，即該閥只在一個方向被有效驅(qū)動的閥鏈來說，這些高的驅(qū)動力導(dǎo)致使用大的回位彈簧來克服該閥的慣性力并防止該閥浮動，結(jié)果甚至要更高的驅(qū)動力。理想的是在兩個方向，即開啟和關(guān)閉的方向驅(qū)動該閥，從而避免使用大的彈簧元件和相應(yīng)的大的驅(qū)動力，同時仍可進行高速運行?？墒褂脵C械裝置在兩個方向驅(qū)動該閥，但這要求更高的精確性，并導(dǎo)致更高的發(fā)動機成本和復(fù)雜性。
驅(qū)動該噴射閥的最后一種方法是對該閥進行氣動控制。通過在活塞相對的兩側(cè)使用不同的氣壓來驅(qū)動該活塞可影響該氣動控制。該活塞倒過來驅(qū)動該閥。使用氣動控制在氣流控制中，例如在流動調(diào)節(jié)閥和諸如滑閥之類的流動控制閥中是常用的。在發(fā)動機運行中，氣動控制閥通常使用在用于流動控制的化油器控制，壓力調(diào)節(jié)和諸如驅(qū)動液體噴射并開啟另外的流動通道的各種控制中。這種應(yīng)用的示例表示在US5377637,5353754,5197417,5197418,4846119和4813391中。在它們用在要求限制運動的發(fā)動機中時，該活塞通常是一膜板形的，用作活塞密封件，且該膜板的作用是作為驅(qū)動活塞。
用驅(qū)動閥來控制一氣動噴射系統(tǒng)可從WO96/07817和EP0789138A中得到教導(dǎo)。這些系統(tǒng)使用一個設(shè)置在燃燒室的氣缸蓋上并根據(jù)發(fā)動機各位置產(chǎn)生的壓力來影響該閥的運動進行控制的噴射閥。
利用一凸輪控制從一曲軸箱來的掃氣壓縮空氣的引入的IAPAC型燃料直接噴射系統(tǒng)在過去已經(jīng)在二沖程發(fā)動機中用來降低污染物的排放和燃料消耗。歐洲專利EP0789138一種不帶凸輪的IAPAC系統(tǒng)(現(xiàn)在稱之為SCIP)，該系統(tǒng)利用一個連接到一閥上的膜，一彈簧，從發(fā)動機曲軸箱來的壓力，和燃燒室中燃燒膨脹氣體的壓力來使該閥的運動延遲。
該凸輪驅(qū)動的IAPAC系統(tǒng)存在的問題是附加的零部件使該發(fā)動機的成本增加。該SCIP系統(tǒng)存在的問題是燃燒室中的熄火導(dǎo)致沒有燃燒膨脹氣體來使該閥的運動延遲，二沖程發(fā)動機的熄火經(jīng)常發(fā)生，每三個活塞循環(huán)就發(fā)生一次。因此，利用一SCIP系統(tǒng)將燃料和空氣噴入該燃燒室中會產(chǎn)生大量的早噴，即噴射次數(shù)的大約三分之一。
WO96/07817給出了一種氣動閥，當(dāng)從發(fā)動機曲軸箱中產(chǎn)生的噴射壓力克服閉閥彈簧的壓力并且從曲軸箱中產(chǎn)生一延遲的壓力波時，該氣動閥開啟。在這種系統(tǒng)中存在一個問題，即從曲軸箱中產(chǎn)生的噴射壓力在很大程度上取決于發(fā)動機運行工況。在小型二沖程發(fā)動機中，由曲軸箱獲得的峰值壓力因節(jié)流位置而改變。在寬的節(jié)流位置(WOT)時，該峰值壓力可高于大氣壓(psig)達(dá)到每平方英尺6-7磅，而在低的節(jié)流位置時，該峰值壓力只有1.5-2psig。因此，可獲得用來開啟該閥的噴射壓力在很大程度上取決于運行工況，因此噴射正時取決于運行工況。此外，在一小型高速發(fā)動機中，該閥的面積由該發(fā)動機中的可用空間嚴(yán)格限制。這個小的面積和可獲得的作用于該面積上的噴射壓力形成了一個小的可獲得的并用于開啟該閥的力。這與在高速時要求較高的力的前述運動現(xiàn)象的配合嚴(yán)重限制了其使用在小型高速發(fā)動機中。因此理想的是提供一種閥驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)在很大程度上與噴射壓力無關(guān)，此外理想的是該原動力來源于該膜或驅(qū)動活塞，因此該閥的控制在很大程度上與該閥的面積無關(guān)。
WO96/07817還存在另一個問題。用于控制該噴射的波動通過一長的“延遲”線路起源于曲軸箱壓力。該延遲線路用于控制壓力波到達(dá)閥處的時間，按秒計的壓力波傳遞時間基本上是一個常數(shù)，然而有關(guān)曲軸位置，即活塞位置的傳遞時間和到達(dá)時間在很大程度上取決于發(fā)動機速度。因此，噴射正時在很大程度上取決于發(fā)動機速度。此外，該延遲線路也可用來抑制該壓力波，這種抑制相對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速的增加更敏捷。這種與相對較弱的曲軸箱波動相關(guān)的抑制使得高速/高負(fù)荷運行時的壓力控制不充分。理想的是提供一種在很大程度上獨立于發(fā)動機轉(zhuǎn)速的閥控制系統(tǒng)。
現(xiàn)有技術(shù)的其他實施例揭示了應(yīng)用曲臂“側(cè)面”控制和另外的延遲線路進一步控制該壓力波。這些控制曲臂側(cè)面必須制造作為精確的閥表面，以便控制與該閥控制相關(guān)的小股流動，從而使發(fā)動機成本明顯增加。該另外的延遲線路進一步影響取決于該噴射正時的速度。
WO96/07817中公開的這些不足在EP0789138A1中也指出了。EP0789138A1揭示了一個如前述專利所述的閥的應(yīng)用，此時用來使噴射延遲的波動來源于氣缸膨脹氣體。該膨脹波通過一延遲線路又來源于該閥控膜。在某些實施例中，可獲得的開啟力利用加長的延遲線路從該氣缸膨脹氣體或曲軸箱波動中增加，并輸送到該驅(qū)動膜的相對側(cè)，盡管該實施例確實增加了開啟壓力并改善了曲軸箱低壓時的問題，但噴射正時高度依耐于發(fā)動機速度的缺點仍然存在。因此，只能優(yōu)化發(fā)動機某些具體轉(zhuǎn)速時的噴射特性。
通過使用膨脹氣體控制閥的運動還會產(chǎn)生一個另外且是關(guān)鍵的問題。即小型二沖程發(fā)動機最可能表現(xiàn)出惡劣的燃燒特性，并在每兩個沖程都會產(chǎn)生熄火或局部燃燒。在熄火期間，不存在燃燒膨脹氣體用來使該噴射正時延遲。此外，由于密封環(huán)的泄漏，熄火后正常膨脹沖程期間的壓力經(jīng)常低于大氣壓，因此這進一步使噴射正時提前。所以，常常在每三個沖程時，在氣缸的新鮮空氣開始掃氣時或之前產(chǎn)生噴射，因此沒有熄火沖程中燃燒的充量和早期噴射用于后續(xù)沖程的充量的大部分，這兩者都產(chǎn)生短路。故理想的是制造出一種在很大程度上獨立于單個活塞循環(huán)的燃燒的燃燒膨脹氣體的噴射控制系統(tǒng)。
在前述的兩個出版物中，關(guān)閉該閥的原動力是一個設(shè)置于該膜腔中的彈簧。該彈簧必須具有足夠低的力以便允許該閥由低的噴射壓力或可獲得的膜驅(qū)動力開啟。這個低的力與高速時增加的慣性力結(jié)合產(chǎn)生延遲，并且使閥的關(guān)閉延遲，最終使閥的浮動延遲。此外，理想的是制造出一種可按有效的方式驅(qū)動該閥開閉的雙向作用閥驅(qū)動系統(tǒng)。
小型二沖程發(fā)動機的常規(guī)特征是缺少單獨的潤滑系統(tǒng)。潤滑劑通常通過與燃料混合輸送給曲軸箱部件和活塞-氣缸單元。在現(xiàn)有技術(shù)的直噴式發(fā)動機，包括氣動噴射發(fā)動機中，不帶潤滑劑的燃料輸送到燃燒室中。因此這就要求具有曲軸箱和活塞-氣缸單元用的另外單獨的潤滑劑供給泵和系統(tǒng)，從而增加了發(fā)動機成本和復(fù)雜性。故理想的是具有這樣的噴射系統(tǒng)，即該系統(tǒng)可提供一有限的但有意義的燃料潤滑油混合量給該曲軸箱，以便滿足該發(fā)動機的潤滑要求，同時只附加有限的復(fù)雜性或成本。
由Rochelle發(fā)表的題為“延遲充量一種改善二沖程發(fā)動機特性的措施”的SAE論文941678和題為“在二沖程發(fā)動機中利用延遲充量降低排放和燃料消耗”的SAE論文951784都公開了使用一調(diào)壓腔，這一措施使活塞和氣缸之間的燃料泄漏增加，這會增加碳?xì)浠衔锏呐欧?。Rochelle的措施還具有一條在曲軸箱和燃燒室之間通過該調(diào)壓腔的物理通道，這在本發(fā)明是要避免的。Rochelle的措施還忽視了聲學(xué)影響。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機具有一曲軸箱，一個連接到該曲軸箱上的氣缸，和一個連接在該曲軸箱和氣缸之間的壓縮空氣輔助噴射燃料系統(tǒng)。一往復(fù)式活塞頭設(shè)置于該氣缸中。該壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)具有一管路系統(tǒng)，該管路系統(tǒng)帶有一個通入氣缸中并形成為一燃料和壓縮空噴射口的第一孔和一個通入曲軸箱中并形成壓縮空氣進入和排出通道的第二孔。當(dāng)活塞頭在該氣缸中往復(fù)運動時，它關(guān)閉和開啟該兩通道。該第一孔和第二孔相互隔開，并且活塞的大小和形狀是如此確定的，以致于該活塞頭實質(zhì)上同時開啟該壓縮空氣進入和排出通道和關(guān)閉該壓力和壓縮空氣噴射口，并且當(dāng)活塞頭運動到上死點并通過上死點時，該排出通道仍保持開啟。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，其提供了一種內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機具有一個連接到一壓縮空氣源和一發(fā)動機氣缸之間的壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)。該噴射系統(tǒng)具有一個壓縮空氣儲存器，和在該噴射系統(tǒng)的燃料和壓縮空氣噴射口由該發(fā)動機的活塞頭關(guān)閉時，該活塞頭朝該上死點運動的大部分時間期間用于釋放該儲存器中的壓縮空氣的壓力的裝置。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，其提供一內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機具有一個連接到一壓縮空氣源和一發(fā)動機氣缸之間的壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)。該噴射系統(tǒng)包括一個用于提供壓縮空氣充量的儲存器和一個從該儲存器通入該氣缸中的孔。該孔的大小和形狀如此地限制該充量流入該氣缸中，以致于在該發(fā)動機的整個燃料和壓縮空氣噴射期間使整個充量加壓。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，其提供一內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機具有一個連接到一壓縮空氣源和一發(fā)動機氣缸之間的壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)。該噴射系統(tǒng)具有一個該壓縮空氣源和該氣缸之間的管路系統(tǒng)。該管路具有一個通入該氣缸中的第一孔和一個第二孔。該發(fā)動機具有用于開啟并關(guān)閉該第一和第二孔的裝置。當(dāng)該第一孔開啟時該第二孔關(guān)閉，在該第一孔關(guān)閉的大部分時間內(nèi)，該第二孔開啟。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，其提供一內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機具有一個連接到一曲軸箱和一發(fā)動機氣缸之間的壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)。該噴射系統(tǒng)具有一個在該曲軸箱和氣缸之間的管路。該噴射系統(tǒng)還具有一個對排入該管路中燃料進行計量的燃料計量裝置。該發(fā)動機的一活塞頭開啟和關(guān)閉從氣缸和曲軸箱到該管路的通道。在曲軸箱處于真空壓力以致于在活塞頭的前進(上升)沖程期間燃料由真空吸入該管路，在活塞頭的向后(下降)沖程期間空氣被壓入該管路期間，該氣缸和管路之間的通道關(guān)閉，而該氣缸和該管路之間的通道開啟。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，其提供一內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機具有一個連接到一壓縮空氣源和一發(fā)動機氣缸之間的壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)。該噴射系統(tǒng)具有儲存器管路，同時其噴射口通入該氣缸。該儲存器管路的長度和形狀如此設(shè)計，以致于便于形成一個用于反射一個在該氣缸中燃燒后因該噴射口的開啟而進入該噴射口，并在預(yù)定的時期將該反射的壓縮波輸送給該噴射口從而幫助燃料從該噴射口內(nèi)噴出并噴入該氣缸中的壓縮波的調(diào)節(jié)反射管。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一內(nèi)燃機的壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)設(shè)置有一個帶有兩個分別處于該發(fā)動機的一氣缸和一曲軸箱處的孔的儲存器管，該儲存器管具有一預(yù)定的長度，并且該孔可有選擇地關(guān)閉，以致于氣缸中燃燒產(chǎn)生并在該孔的第一個處進入該管路的壓縮波運動通過該管路，并反射到該第一孔處，其中該管路形成一個用于該第一孔的調(diào)節(jié)反射管，以致于反射的壓縮波可幫助燃料從該第一孔中噴出并噴入該氣缸中。
根據(jù)本發(fā)明的一種方法，其提供了一種將空氣和燃料噴射入一內(nèi)燃機的一氣缸中的方法，該方法包括下列步驟將空氣壓縮入一儲存器；使通入該氣缸中的一噴射口開啟，并使壓縮空氣從儲存器中，使燃料從該噴射口中噴入該氣缸；關(guān)閉該噴射口；開啟該儲存器的一排出通道，泄除該儲存器中的殘余壓縮空氣壓力。
根據(jù)本發(fā)明的另一種方法，其提供一種制造一內(nèi)燃機的方法，該方法包括下列步驟設(shè)置一個帶有一噴射口的氣缸；將該壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)連接到該氣缸上。該噴射系統(tǒng)具有一燃料計量裝置和一壓縮空氣儲存器。該壓縮空氣儲存器的長度和形狀設(shè)置得便于在該發(fā)動機的活塞頭運動通過下死點后將該噴射口處接收到的壓縮波反射到該噴射口中。
根據(jù)本發(fā)明的另一種方法，其提供了一種將空氣從一壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)中輸送到一內(nèi)燃機的一氣缸中的方法，該方法包括下列步驟將空氣壓縮入該噴射系統(tǒng)的一儲存器中；將第一量的壓縮空氣從該儲存器中釋放出來，并以一第一壓力通過一噴射口進入該氣缸；隨后從該儲存器中釋放出一第二量的壓縮空氣，并以一個高于該第一壓力的第二壓力通過該噴射口進入該氣缸。
根據(jù)本發(fā)明的另一種方法，其提供了一種將燃料和空氣從一壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)中輸送到一內(nèi)燃機的一氣缸中的方法，該方法包括下列步驟使帶有一壓縮空氣儲存器的噴射系統(tǒng)具有一個處于該發(fā)動機的曲軸箱和該氣缸之間的通道；從該通道中將第一量的燃料和壓縮空氣輸送入該氣缸中；以更高的速率從該通道中接著將一第二量的燃料和壓縮空氣輸送到該氣缸中；其中輸送該第一量和第二量的步驟發(fā)生在單個的噴射循環(huán)中。
本發(fā)明的上述內(nèi)容和其他特性可參考各附圖在下面的說明書中進行說明，其中


圖1A-1E是一臺具有本發(fā)明的特性且其活塞頭處于不同的運行位置的局部示意圖；圖2是表示儲存器的兩個孔的關(guān)閉和開啟的示意圖，其取決于曲軸箱旋轉(zhuǎn)并隨之造成的活塞頭定位；圖3是曲軸箱，燃燒室和儲存器中的壓力相對于活塞頭在氣缸中的位置的曲線圖；圖4A-4D是類似于圖1A中活塞處于圖2中1B和1C之間的位置并表示壓縮波和反射壓縮波運動的示意圖；圖5A-5C是該儲存器管路的長度上的三個點處的壓力曲線圖；圖6是圖3所述的曲線發(fā)生熄火時的曲線圖；圖7是如圖2所示的該發(fā)動機的替換實施例的示意圖；圖8是一個替換實施例類似于圖1D所示的局部示意圖，但其中帶有對活塞頭的局部剖視；圖9是帶有該儲存器的替換實施例的發(fā)動機的局部示意圖；圖10是帶該儲存器的另一替換實施例的發(fā)動機的局部示意圖。
參見圖1A，其表示具有本發(fā)明的特性的內(nèi)燃機的示意圖。盡管本發(fā)明將參照各附圖中所示實施例進行描述，但應(yīng)該懂得本發(fā)明也可具體實現(xiàn)為許多替換形式的實施例。此外，任何合適的尺寸，形狀或類型的元件或材料都可使用。
發(fā)動機10是一臺二沖程發(fā)動機，其具有一個氣缸12，一個活塞14，一個曲軸16，一個曲軸箱18和一個具有一燃料計量系統(tǒng)20的燃料噴射系統(tǒng)22。本發(fā)明涉及一內(nèi)燃機中低壓噴射的控制。本發(fā)明的具體應(yīng)用領(lǐng)域是二沖程內(nèi)燃機。所述的具體應(yīng)用是一臺小型高速二沖程發(fā)動機，例如用在手持式動力設(shè)備中，例如葉片鼓風(fēng)機，弦線修剪機和柵欄修剪機，也可用在輪式車輛中，例如機動自行車，摩托車和小型摩托車及小型舷外發(fā)動機中。該小型二沖程發(fā)動機具有許多理想的特性，這些特性使它們可用在上述應(yīng)用中。這些特性包括結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，高的功率-重量比，高速運行能力，及在世界的許多地方容易用簡單的設(shè)備維修。
該簡單的二沖程發(fā)動機突出的缺點是在掃氣期間從氣缸中損失了一部分新鮮未燃燒的燃料充量。這就導(dǎo)致了低的燃料經(jīng)濟性，最重要的是導(dǎo)致了未燃燒的碳?xì)浠衔锏呐欧藕芨撸虼耸乖摵唵蔚亩_程發(fā)動機不能滿足日益嚴(yán)格的政府排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。這個缺點可借助于將帶有新鮮空氣的氣缸充量與帶有燃料的氣缸充量分離得到解決。這種分離借助于將燃料充量噴射入該氣缸中來實現(xiàn)，或者更好的是利用與新鮮空氣掃氣分開的壓力空氣源來使該燃料充量呈霧狀噴射入該氣缸中來實現(xiàn)。在本發(fā)明的一個優(yōu)化實施例中，發(fā)動機的排量大小是大約16CC-大約100CC，但可以更大或更小。這些發(fā)動機的大小便于用在弦線修剪機，鏈?zhǔn)戒?，葉片鼓風(fēng)機和其他手持式動力工具中。該發(fā)動機也可用在諸如割草機，掃雪機或摩托艇舷外發(fā)動機之類的器具中。氣缸12具有一個與其頭部相連的火花塞(未示出)，一個連接到曲軸箱18上的底部，一個空氣進口24，一燃燒室26，一排氣口28，和一個通入該燃燒室的噴射口或進口30。該燃料計量裝置20可以是任何合適于該系統(tǒng)的類型的，例如化油器或電子燃料噴射器。然而，本發(fā)明的系統(tǒng)的一個優(yōu)點是對該燃料計量系統(tǒng)來說，不需要具有高精度的正時或噴射質(zhì)量?？梢允褂靡粋€輸送滴狀燃料的簡單計量系統(tǒng)。在圖1A所示的實施例中，該噴射口30是常開式通道；即沒有單向閥連通到該燃燒室26中。然而，可以提供一替換實施例，該實施例中具有一個設(shè)置在其噴射口處的單向閥，例如如美國專利申請NO.09/065374公開的那樣，該專利整體在本發(fā)明中作為參考。但也可使用任何合適的單向閥。該噴射口30位于該氣缸12的一側(cè)壁中，并且其形狀便于朝氣缸蓋頂部方向朝上輸入燃料和空氣。但在一個替換實施例中，該進口也可位于氣缸蓋頂部中，或其形狀便于直接將燃料導(dǎo)流至活塞14的頭部。
該燃料噴射系統(tǒng)22是一個壓縮空氣輔助噴射系統(tǒng)。該噴射系統(tǒng)22包括一個儲存器34。在該實施例中，該儲存器34具有一個可連接到曲軸箱18內(nèi)進行加壓的進口38和一個處于該噴射口30處的出口。該儲存器34的作用是用作壓縮空氣的收集器和臨時儲存區(qū)。在該實施例中，壓縮空氣源是從曲軸箱18中來的掃氣空氣?；钊?4在其向下運動時壓縮曲軸箱中的空氣。在一優(yōu)化實施例例中，在氣缸12中設(shè)置兩個孔30，38；一個設(shè)置在空氣進口24上方，一個設(shè)置在空氣進口下方。在一優(yōu)化實施例中，該兩個孔都是由活塞控制的。換句話說，活塞頭40的大小和形狀設(shè)計得當(dāng)其在氣缸12中往復(fù)運動時便于通過孔30,38使通道開啟和關(guān)閉。在該實施例中，該儲存器34是一條位于該兩個孔30,38之間的簡單通道。然而，在一替換實施例中，如可從以下說明中懂得的那樣，也可設(shè)置更復(fù)雜的形狀。該通道34可進行部分機加工進入該氣缸12的外表面，并且然后使一蓋連接到該氣缸上，以便只與這兩個孔30,38形成并圍成該通道34。然而，該儲存器也可設(shè)置為一個連接到該氣缸12上的單獨件。在該優(yōu)化實施例中，從該燃料計量系統(tǒng)20引出的出口設(shè)置在該通道34中，靠近該噴射口30。
如下面進一步描述所述，該燃料噴射系統(tǒng)22具有最少的運動件；僅僅只有燃料計量裝置20中的運動件。否則該燃料噴射系統(tǒng)20使用活塞頭40來開啟和關(guān)閉其口30,38。口30,38的開啟和關(guān)閉正時取決于該通道沿氣缸12的長度設(shè)置的位置。參照圖1A-1E和圖2，現(xiàn)在描述該噴射系統(tǒng)的工作。希望用圖2來說明在活塞單一的整個循環(huán)期間(其產(chǎn)生于曲軸16的360°轉(zhuǎn)角)，該孔30,38的開啟和關(guān)閉情況，其根據(jù)從活塞14上死點(TDC)位置處開始的曲軸16的轉(zhuǎn)角位置，對應(yīng)于活塞頭的位置在360°內(nèi)的情況。面積A表示當(dāng)活塞頭40擋住孔30時的面積。面積B表示活塞頭40擋住孔38時的面積。在TDC處進口30由活塞頭40的側(cè)面擋住。此時孔38開啟。空氣進口24在上死點后(ATDC)大約60°的位置IC由活塞頭40擋住。圖1A表示如圖2中1A位置所示處于大約90°ATDC處的活塞頭40朝由箭頭C示出的方向在氣缸12中向下運動離開該活塞頭的上死點位置的情況。該活塞頭40正擋住該進口30，排氣口28和空氣進口24，但孔38開啟。當(dāng)活塞頭40朝曲軸箱18運動時，曲軸箱18內(nèi)的空氣人箭頭D所示通過通道38壓入儲存器34中。再參照圖3，其為單一活塞循環(huán)期間相對表壓為0，即一個大氣壓時的壓力曲線圖。在TDC處，曲軸箱18中的壓力E和儲存器34中的壓力F在進口30處是基本相同的。它們基本上保持與活塞頭通過位置1A時的壓力相同。當(dāng)活塞頭40繼續(xù)在氣缸12中朝向運動時，排氣口28在EO處開啟。燃燒室26內(nèi)燃燒產(chǎn)生的膨脹氣體形成的壓力G開始下降。
當(dāng)活塞頭40朝1B點運動時，如圖1B所示，孔30開始開啟，當(dāng)活塞頭40打開該孔30時，并開始擋住該孔38時，孔38開始關(guān)閉。該活塞頭40在上死點后(ATDC)大約100°曲柄轉(zhuǎn)角處打開進口30。在該實施例中，活塞頭40在其打開到傳送通道42(參見圖1C)的通道的幾乎同時，在該傳送通道42開啟時的位置TO處，完全關(guān)閉該孔38。
參照附圖4A-4D來進一步描述在1B和1C之間的時期內(nèi)該儲存器34中氣體的壓力和運動。圖4A-4D示意性地示出該儲存器34作為具有一封閉端的管。這是因為在孔30開啟的同時，孔38可由活塞頭40基本上全部有效地關(guān)閉。圖4A大致對應(yīng)于位置1B。在該位置，該儲存器34具有一個壓縮空氣體積44，壓縮的空氣和燃料的體積46，和燃燒氣體的輕微阻尼器48的開始。此外，壓縮波50從孔30進入該儲存器34，并如圖中箭頭H所示的那樣以音速朝該儲存器下游朝此時被封閉的孔38closed傳遞。如圖3中所示，進口30處的壓力因燃燒氣體進入該進口30及壓力波50的進入在1B處朝上到達(dá)最大值。
圖4B對應(yīng)于一個短的正時延遲。燃燒氣體的阻尼器48被被更進一步地推入該進口30中。該阻尼器48幫助加熱該進口30，并幫助防止該儲存器中的燃料直接短路循環(huán)到排氣口28中。壓縮波50進一步該儲存器34下游傳遞。圖4C對應(yīng)于在TO處該傳送通道42開啟后的一短的時間。如圖3所示，此時由于氣體排出排氣口28，因此進口30處的壓力F高于燃燒室中的壓力G。因此，阻尼器48被推入氣缸12中(在空氣和燃料46進入之前用于產(chǎn)生一延遲)，同時空氣和燃料46開始進入該氣缸。壓縮波50已經(jīng)反射離開該封閉孔孔38closed，更具體地說，已經(jīng)反射離開蓋住的孔38的該活塞頭40的側(cè)面。因此，該壓縮波50已經(jīng)變成反射壓縮波50’。該反射壓縮波50’如圖中箭頭H’所示通過該儲存器30折回朝進口30傳遞。圖4D大約對應(yīng)于活塞頭處于下死點(BDC)位置時的位置1C。這個位置基本上對應(yīng)于圖1C中所示的BDC位置。反射壓縮波50’到達(dá)進口30處并進入氣缸12中。這將在該進口30處產(chǎn)生一第二最大壓力F，如圖3所示。該第二最大壓力幫助將燃料和空氣以一加速速率推入該氣缸12中。該壓縮波主要是一聲波。因此該波以音速傳遞。反射壓縮波返回傳遞到進口30中的傳送正時可借助于改變該儲存器管的長度來改變。一根較短的儲存器管將更快地傳遞該反射壓力波，而一更長的儲存器管將更晚地傳遞該反射壓力波。因此可選擇儲存器管34的長度以便在任何合適的時間都可將該反射壓力波輸送回該噴射口30中。如圖3所示，從進口30進入氣缸中的空氣和燃料壓力通常為三組F1,F2,F3，并且在該三組壓力期間具有三個對應(yīng)的流量。因此一第一體積將從該進口30以一第一速率進入該氣缸12，后續(xù)的第二體積將以一更高的第二速率進入該氣缸，一后續(xù)的第三體積將以一第三低的速率進入該氣缸。然而，在一替換實施例中，該儲存器的結(jié)構(gòu)可制造得便于在該進口30將要關(guān)閉時在更接近1D的時期內(nèi)輸送該反射壓縮波。因此，只需要提供兩個速率不同的時期。另外，該儲存器的結(jié)構(gòu)也可制造得便于將至少一個反射壓縮波輸送回該進口30中，例如借助于使該儲存器設(shè)置有多級通道或多級反射表面。實際上，借助于關(guān)閉該孔38并利用該關(guān)閉的孔作為一反射區(qū)域，該儲存器34可用作一壓縮波50用的反射調(diào)節(jié)管。
參見圖5A-5C，示出了按一參考標(biāo)準(zhǔn)圖4A-4D中1,2和3點處壓力與時間的關(guān)系圖。在壓縮波進入該進口30時，在1點處的壓力在對應(yīng)于圖4A的時間4A處增加。1點處的壓力封閉在對應(yīng)于圖B和4C的時間4B和4C處減弱。然后當(dāng)反射壓縮波到達(dá)1點處時，1點處的壓力在對應(yīng)于圖4D中的4D時間處迅速增加，并隨后在4D時間后降低。圖5B表示在2點處正好在時間4B前當(dāng)壓縮波50通過2點時，壓力是如何增加，再下降的，然后正好在時間4C前當(dāng)反射壓縮波50’通過時，壓力是如何再一次增加，并再一次下降的。圖5C表示3點處如何只有一個因壓縮波的和該封閉的孔38closed反射作用產(chǎn)生的最大壓力。
當(dāng)該反射壓縮波50’從該進口30傳遞出去時，它使氣缸12中空氣和燃料產(chǎn)生很大的擾動；實際上其作用就如一激波那樣。這一點可幫助使燃料霧化并使燃料更好地在空氣中分布。此外，該反射壓縮波可以幫助消除因表面粘性或表面張力而粘接在該進口30的頂點或邊緣上的油滴。該壓縮波使燃料受沖擊而離開該表面并進入氣缸12中。該壓縮空氣44繼續(xù)退出該進口30直到該進口如圖1D所示由該活塞頭再關(guān)閉為止。在進口30關(guān)閉后，即正好1D處后，該儲存器34中剩余的空氣繼續(xù)加壓。當(dāng)排氣口28在EC處完全關(guān)閉前，進口30短暫地完全關(guān)閉?？?8基本上在孔30關(guān)閉的同時開啟。然而，在替換實施例中，孔38的開啟將設(shè)置在孔30關(guān)閉之前，或作為替換設(shè)置在孔30關(guān)閉之后?？?8的開啟是用作一個從該儲存器34中的壓縮空氣中將殘余壓力按圖1D箭頭所示方向泄壓到該曲軸箱18中的泄壓孔。當(dāng)進口30關(guān)閉時從儲存器34中泄除的壓力可防止過多的燃料量在活塞頭40和氣缸內(nèi)壁之間被推壓，否則會提高碳?xì)浠衔锏呐欧帕俊?br> 隨著活塞頭40沿圖1D中箭頭J所示朝TDC位置上升，曲軸箱壓力E降低到低于一個大氣壓，如圖3所示。因此當(dāng)孔38開啟時，不僅儲存器34中的壓力釋放，而且在該儲存器34中產(chǎn)生一真空壓力。這個真空壓力用于將燃料從燃料計量裝置20吸出，并幫助將燃料輸送給儲存器。如圖3所示，儲存器34中的壓力F此時與曲軸箱18中的壓力再一次匹配。參見圖1E，其中示出了處于TDC位置的活塞頭40，該空氣進口24在IO點處開啟。在該實施例中，該氣缸12的內(nèi)壁具有一條處于該進口30和進口24之間的槽60。這為一少量的燃料(含有潤滑劑)沿圖中箭頭K所示方向流過該槽60提供了一通道，并潤滑該活塞和曲軸箱中的軸承。然而，也可以不設(shè)置槽。在一替換實施例中，一孔可設(shè)置在進口24和進口30之間，這些進口相對于該氣缸的內(nèi)壁隔開，以便輸送該活塞頭后面的潤滑劑。該發(fā)動機10可以具有一個另外的或替換的潤滑系統(tǒng)。
如小型二沖程發(fā)動機的現(xiàn)有技術(shù)所述，熄火(即在燃燒室中沒有燃燒)可能在多達(dá)三分之一的時間內(nèi)發(fā)生。如果在發(fā)動機10中發(fā)生熄火，則一燃燒波將不會傳遞到該儲存器34中。參見圖6，其示出了在存在熄火時類似于圖3所述的壓力E和F的曲線。L表示當(dāng)進口30開啟時的噴射時期。壓力F增加到該進口30開啟為止，然后隨著該儲存器34中的壓縮空氣從該進口30排入該氣缸，壓力F恢復(fù)到與曲軸箱18內(nèi)的壓力基本上相同的壓力E。本發(fā)明的一個特征是進口孔30的大小設(shè)計得便于防止該儲存器34中被完全排凈到該氣缸12中。換句話說，該儲存器34在該進口30開啟的整個期間都加壓，以致于在該進口30開啟時，該壓縮空氣繼續(xù)施加壓力流出該進口30。不管是否存在燃燒或熄火，這種現(xiàn)象都發(fā)生。由于活塞頭40開啟，并關(guān)閉各種口/通道24，28,30,38和42，因此借助于改變各口/通道24,28,30,38和42相對于該氣缸長度方向的位置和/或沿氣缸長度方向相對于彼此的位置，該發(fā)動機10可設(shè)計得提供不同的性能特性。這就可改變該儲存器從曲軸箱中充滿壓縮空氣的時間長度，儲存器掃氣的時間長度，儲存器噴射入該氣缸中的時間長度等等。例如如果該傳送通道，排氣口或空氣進口在活塞循環(huán)中或早或晚地開啟的話，這也可改變壓力變化率。
本發(fā)明上述各實施例的特性已經(jīng)在一臺25cc發(fā)動機上被實驗驗證了，該發(fā)動機具有一個75°角并位于該傳送通道42的頂部下方0.1英寸的噴射孔，一復(fù)合充量和排出孔位于該傳送通道上方0.05英寸處，一敞開的空氣進口，利用一單膜燃料泵產(chǎn)生的一psi的燃料壓力，對平均速度為2430rpm的低速而言，生產(chǎn)的發(fā)動機如下燃料(g/hr) 修正動力(kw) HC FID(ppm)HC(g/hr)64.466 0 28410.03 26.81其中HC是碳?xì)涞呐欧牛籋C FID是由火焰離子探測器測量到的等價于C1H1.85中總的碳?xì)渑欧?。?487rpm的平均高速來說，生產(chǎn)的發(fā)動機如下燃料(g/hr) 修正動力(kw)HC FID(ppm) HC(g/hr)332.448 0.728 8438.31 26.97這導(dǎo)致總的HC排放為31.59g/bhp*hr(克/制動馬力*小時)，總的CO排放為77.25g/bhp*hr(克/制動馬力*小時)，總的NOx排放為1.41g/bhp*hr(克/制動馬力*小時)。對平均高速(敞開節(jié)流閥)來說，平均HC排放是28.38g/bhp*hr；平均FC是0.7311b/hr；平均BSFC是0.7691b/bhp*hr，其中FC是燃料消耗，BSFC是制動比油耗。
在同一臺發(fā)動機上按富油區(qū)設(shè)置進行了另一個實驗。對3513rpm的平均低速而言，生產(chǎn)的發(fā)動機如下燃料(g/hr) 修正動力(kw) HC FID(ppm) HC(g/hr)79.534 037947.69 34.46對7496rpm的平均高速而言，生產(chǎn)的發(fā)動機如下燃料(g/hr) 修正動力(kw) HC FID(ppm) HC(g/hr)391.1920.800 13146.97 42.05這導(dǎo)致總的HC排放為44.18g/bhp*hr。此外，總的CO排放是198.1g/bhp*hr，總的NOx排放是1.098g/bhp*hr。在稀薄區(qū)情況下，獲得的總HC排放是28.69g/bhp*hr。
另外的實驗數(shù)量記錄如下發(fā)動機速度 燃料 觀測值 進氣點火COCO2 O2 NOx HCrpm1b/hrhp F(度) F(度)％ ％ ％ ppmppm7460 0.609 0.74 884410.44 8.489.0099.9 8581.97478 0.668 0.85 904571.02 9.307.51133.9 8263.47494 0.699 0.89 934691.54 9.426.91140.8 8796.47495 0.722 0.90 934751.94 9.406.60144.5 10426.87503 0.753 0.93 954772.53 9.156.43136.9 11374.27511 0.795 0.98 100 4753.16 8.916.28132.1 12067.97512 0.817 0.98 108 4753.61 8.696.17118.7 13004.9現(xiàn)在參見圖7，其表示類似于圖2所述該發(fā)動機的一替換實施例的兩個儲存器孔開啟和關(guān)閉時的情況。在該發(fā)動機的該實施例中，壓縮空氣和燃料噴射孔比圖1A所示的更離開該氣缸的頂部。因此，該壓縮空氣和燃料噴射孔在接近該活塞頭的BDC的區(qū)域A’和A”開啟和關(guān)閉。該傳送通道在該噴射口在A’處開啟前在TO處關(guān)閉，并且該傳送通道在該噴射口在A”處關(guān)閉后在TC處關(guān)閉。如圖6所示，這提供了一個噴射時期L’。利用本發(fā)明，選擇A處還是B處關(guān)閉只根據(jù)各自的孔沿該氣缸長度方向的位置確定。然而，在替換實施例中，可用替換的或另外的裝置來開啟和/或關(guān)閉該兩個儲存器孔。
選擇參見圖8，其示出了發(fā)動機用的一潤滑系統(tǒng)的替換實施例。在該實施例中，活塞頭62具有一個穿過其側(cè)壁到其內(nèi)部的孔64。該孔64可與進口30對齊，因此燃料(帶有潤滑劑)可從該孔30中流過孔64進入該活塞頭62的內(nèi)壁。該活塞頭62由一軸承68連接到一活塞桿66上。流入活塞頭62內(nèi)部的潤滑劑也可直接潤滑該曲軸和活塞桿66之間的軸承。盡管這種形式的潤滑將增加碳?xì)涞呐欧?，但增加量是非常少的，因此仍能使該發(fā)動機滿足新的政府碳?xì)渑欧艠?biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)在參見圖9，所示發(fā)動機帶有一個儲存器管70的替換實施例。如上所述，該儲存器即可用作一壓縮空氣儲存器又可用作一調(diào)節(jié)反射管。在該實施例中，該儲存器管70具有一個膨脹腔部分72，相對該初始壓縮波的長度而言，該腔適合于加大該反射壓縮波的長度。因此該反射壓縮波可在用于一第二最高壓力的更長時期內(nèi)傳播，該時期比圖3所示時期更長。該儲存器管的結(jié)構(gòu)可以提供任何合適的調(diào)節(jié)管來使原始壓縮波加強。
現(xiàn)在參見圖10，其中所示的發(fā)動機帶有該儲存器80的另一替換實施例。在該實施例中，該儲存器80設(shè)置一長度可連續(xù)變化的調(diào)節(jié)管，該調(diào)節(jié)管根據(jù)發(fā)動機的速度可連續(xù)變化。該儲存器80具有一個可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)管件82，一滑動密封裝置84，一個處于該噴射孔30和內(nèi)管件82之間的第一管段86，和一個處于該孔38和內(nèi)管件82之間的第二管段88。該內(nèi)管件82如箭頭M所示可旋轉(zhuǎn)，從而改變該兩孔30,38之間的有效管長。可用任何合適的裝置來根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速使該內(nèi)管件82旋轉(zhuǎn)，例如可用一個連接到一節(jié)流閥上的機械裝置，或一電子控制裝置。在另一個替換實施例中，可利用一滑動的U形波導(dǎo)節(jié)形可變長度儲存器管。
上述系統(tǒng)具有許多新特性。不管是否正好在該噴射循環(huán)前發(fā)生燃燒，該小尺寸的噴射孔30都允許產(chǎn)生一持續(xù)噴射。在反射目的的噴射循環(huán)期間，該儲存器是一個一端封閉的系統(tǒng)。在燃料被引入該燃燒室中之前，該傳送通道開啟。在活塞的每個循環(huán)中，儲存器中的壓力釋放或排掉，因此在活塞頭和氣缸壁之間從該噴射口中產(chǎn)生燃料泄漏。在該噴射孔30附近的并將燃料吸入該儲存器中的真空可用來簡化所用的燃料泵的形式，例如可用一簡單的膜片燃料泵。該儲存器管系統(tǒng)的長度和形狀可利用壓縮波來輸送一反射壓縮波，以便增加通過該進口30輸送的燃料和壓縮空氣量。該反射壓縮波可在該進口30中使燃料霧化，使通過該進口30的噴射更快進行，也可相對所有準(zhǔn)備在氣缸中并基本上靜止的空氣使燃料霧化。因此，對一部分燃料充量產(chǎn)生了一加速的后期輸送，該燃料充量是該系統(tǒng)固有的。該后期輸送降低了未燃燒的燃料直接短路到排氣口28中的量和可能性。因此，碳?xì)渑欧艤p少了。該反射壓縮波在BDC后掃氣結(jié)束時可傳遞給該噴射孔。該儲存器管具有兩個可變的開啟和封閉端，從而提供一封閉端調(diào)節(jié)管功能以及一壓縮空氣儲存器功能和一儲存器排出壓力泄壓功能。由于孔30，38的關(guān)閉和開啟特性，在該氣缸和曲軸箱之間不存在由該儲存器提供的常開通道。該儲存器管的調(diào)節(jié)管特性可被調(diào)節(jié)，例如利用膨脹腔調(diào)節(jié)，從而傳遞反射壓縮波，以便補償發(fā)動機的速度變化。燃料收集提高到80％-95％。因此，燃料收集損失低達(dá)只有5％。在老式系統(tǒng)中，燃料收集只有60％-70％。由于降低了燃燒損失，又因反射壓縮波的作用使燃料更好地混合而減少了熄火，因此本發(fā)明的系統(tǒng)具有更好的燃料效率。由于該儲存器管的調(diào)節(jié)管特性在過高的速度時失去調(diào)節(jié)作用，因此使該反射壓縮波的燃料沖擊特性的適當(dāng)定時輸送損失，從而本發(fā)明也可用作一自調(diào)速作用，防止一發(fā)動機，例如一鏈?zhǔn)戒徲玫陌l(fā)動機超速。
應(yīng)該懂得前述說明書只是為了對本發(fā)明進行說明。在不脫離本發(fā)明的情況下，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可作出各種替換和修改。因此本發(fā)明應(yīng)該包括處于所附的各權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有這些替換，修改和變型。
權(quán)利要求
1．一種內(nèi)燃機，其具有一曲軸箱，一連接到該曲軸箱上的氣缸，一連接在該曲軸箱和氣缸之間的壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)，和一在該氣缸中往復(fù)運動的活塞頭，其中，該發(fā)動機的改進包括該壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)具有一個管路系統(tǒng)，該管路系統(tǒng)具有通入該氣缸中形成一燃料和壓縮空氣噴射口的一第一孔，和通入該曲軸箱中形成一壓縮空氣進口和排出口的一第二孔，其中當(dāng)活塞頭在氣缸中作往復(fù)運動時，該活塞頭開啟和關(guān)閉這兩個口；該第一孔和第二孔相互隔開，并且活塞頭的大小和形狀如此設(shè)計，以致于該活塞頭基本上同時開啟該壓縮空氣進入和排出口并關(guān)閉該燃料和壓縮空氣噴射口；當(dāng)活塞頭運動到并通過一上死點位置時，該排出口保持開啟狀態(tài)。
2．如權(quán)利要求1所述內(nèi)燃機，其中該噴射口的尺寸便于空氣流過該噴射口，以致于在單一的噴射循環(huán)中流出該噴射口的總空氣量被壓縮，并且當(dāng)該噴射口關(guān)閉后，壓縮空氣離開該管路系統(tǒng)。
3．如權(quán)利要求1所述內(nèi)燃機，還包括一個活塞頭中的孔，該孔可與該噴射口對齊，從而允許該燃料中的潤滑劑從該噴射口流到該孔中，從而潤滑將該活塞頭與一活塞桿連接的軸承。
4．如權(quán)利要求1所述內(nèi)燃機，其中當(dāng)活塞頭處于上死點位置時，該氣缸包括一個沿一內(nèi)壁從該噴射口到該活塞頭后端之后的一位置設(shè)置的潤滑通道。
5．如權(quán)利要求4所述內(nèi)燃機，其中該潤滑通道開通入一空氣進口中。
6．如權(quán)利要求1所述內(nèi)燃機，其中在曲軸箱中存在真空壓力期間，氣缸和該管路系統(tǒng)之間的通道關(guān)閉，曲軸箱和該管路系統(tǒng)之間的通道開啟，以致于在活塞頭朝上死點位置上升的前進(上升)沖程期間，燃料由真空作用吸入該管路系統(tǒng)中，在活塞頭向下沖程期間，空氣被壓縮入該管路系統(tǒng)中。
7．如權(quán)利要求1所述內(nèi)燃機，其中該管路系統(tǒng)形成一個噴射口用的調(diào)節(jié)過的反射管，該管路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過的管的長度便于在從該噴射口中將后一半燃料輸送入該氣缸中期間，將燃燒產(chǎn)生的壓縮波反射輸送回該噴射口中。
8．一種內(nèi)燃機，其具有一個連接在一壓縮空氣源和該發(fā)動機的一氣缸之間的一壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)，其改進包括該壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)具有一個壓縮空氣儲存器和用于在該噴射系統(tǒng)的一燃料和壓縮空氣噴射口、由該發(fā)動機的一正在朝上死點位置運動的活塞頭關(guān)閉時的大部分時間內(nèi)，釋放該儲存器內(nèi)壓縮空氣的壓力的裝置。
9．如權(quán)利要求8所述內(nèi)燃機，其中該釋放裝置包括一個處于該儲存器和發(fā)動機的一曲軸箱之間的一復(fù)合壓縮空氣引入和排出口。
10．如權(quán)利要求9所述內(nèi)燃機，其中該復(fù)合壓縮空氣引入和排出口設(shè)置在該氣缸的底部。
11．如權(quán)利要求10所述內(nèi)燃機，其中該活塞頭開啟和關(guān)閉該復(fù)合壓縮空氣引入和排出口。
12．如權(quán)利要求11所述內(nèi)燃機，其中該兩個口由該活塞頭往復(fù)地開啟和關(guān)閉。
13．如權(quán)利要求8所述內(nèi)燃機，其中該噴射口的尺寸便于限制空氣流從該儲存器流過該噴射口，以致于從該噴射口流出的總空氣量都被加壓，并且在該噴射口關(guān)閉后壓縮空氣離開該管路系統(tǒng)。
14．如權(quán)利要求8所述內(nèi)燃機，其中還包括一個活塞頭中的孔，該孔可與該噴射口對齊，從而允許該燃料中的潤滑劑從該噴射口流到該孔中，從而潤滑將該活塞頭與一活塞桿連接的軸承。
15．如權(quán)利要求8所述內(nèi)燃機，其中當(dāng)活塞頭處于上死點位置時，該氣缸包括一個沿一內(nèi)壁從該噴射口到該活塞頭后端之后的一位置設(shè)置的潤滑通道。
16．如權(quán)利要求15所述內(nèi)燃機，其中該潤滑通道開通入一空氣進口中。
17．如權(quán)利要求8所述內(nèi)燃機，其中在曲軸箱中存在真空壓力期間，氣缸和該儲存器之間的通道關(guān)閉，曲軸箱和該儲存器之間的通道開啟，一燃料計量裝置具有一個連接到該儲存器上的出口，所以在活塞頭朝上死點位置上升的前進(上升)沖程期間，燃料由真空作用吸入該儲存器中，在活塞頭朝遠(yuǎn)離上死點位置的方向運動期間，空氣被壓縮入該儲存器中。
18．如權(quán)利要求8所述內(nèi)燃機，其中該儲存器形成一個噴射口用的調(diào)節(jié)過的反射管，同時該調(diào)節(jié)過的管的長度便于在從該噴射口中將后一半燃料輸送入該氣缸中期間，將燃燒產(chǎn)生的壓縮波反射輸送回該噴射口中。
19．一種內(nèi)燃機，其具有一個連接在一壓縮空氣源和該發(fā)動機的一氣缸之間的一壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)，其改進包括該壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)包括一個用于提供一壓縮空氣充量的儲存器和一個從該儲存器進入該氣缸的孔，其中該孔的大小便于限制該充量流入該氣缸，以致于在一噴射期間當(dāng)該充量離開時對全部充量加壓。
20．如權(quán)利要求19所述內(nèi)燃機，還包括在噴射期結(jié)束后釋放該儲存器中剩余壓縮空氣的壓力的裝置。
21．如權(quán)利要求20所述內(nèi)燃機，其中該釋放裝置包括一個從該儲存器通入該氣缸中的第二孔，當(dāng)活塞頭朝一上死點位置運動時，該孔在該發(fā)動機的一活塞頭后面開啟。
22．如權(quán)利要求19所述內(nèi)燃機，還包括一個活塞頭中的孔，該孔可與該噴射口對齊，從而允許該燃料中的潤滑劑從該噴射口流到該孔中，從而潤滑將該活塞頭與一活塞桿連接的軸承。
23．如權(quán)利要求19所述內(nèi)燃機，其中當(dāng)活塞頭處于上死點位置時，該氣缸包括一個沿一內(nèi)壁從該噴射口到該活塞頭后端之后的一位置設(shè)置的潤滑通道。
24．如權(quán)利要求19所述內(nèi)燃機，其中該潤滑通道開通入一空氣進口中。
25．如權(quán)利要求19所述內(nèi)燃機，其中該儲存器形成一個噴射口用的調(diào)節(jié)過的反射管，該管路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過的管的長度便于在從該噴射口中將后一半燃料輸送入該氣缸中期間，將燃燒產(chǎn)生的壓縮波反射輸送回該噴射口中。
26．一種內(nèi)燃機，其具有一個連接在一壓縮空氣源和該發(fā)動機的一氣缸之間的一壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)，其改進包括該壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)具有一個處于壓縮空氣源和該氣缸之間的管路，該管路具有通入該氣缸中的一第一孔和一第二孔，并且該發(fā)動機具有開啟和關(guān)閉該第一孔和第二孔的裝置，其中該第二孔在該第一孔開啟的同時關(guān)閉，而該在該第一孔關(guān)閉的大部分時間內(nèi)開啟。
27．如權(quán)利要求26所述內(nèi)燃機，其中該第一孔和第二孔兩者都延伸通入該氣缸中，活塞頭往復(fù)地開啟和關(guān)閉這些孔。
28．如權(quán)利要求26所述內(nèi)燃機，其中當(dāng)該第二孔開啟時，它與曲軸箱中壓力連接。
29．如權(quán)利要求26所述內(nèi)燃機，其中該管路具有一長度，該第二孔關(guān)閉以便形成一個第一孔用的調(diào)節(jié)過的反射管，從而接收氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的一壓縮波，并在該第一孔開啟的后一半期間，將該壓縮波反射回該第一孔中。
30．如權(quán)利要求29所述內(nèi)燃機，其中該管路包括一個用于使該反射壓縮波加強的膨脹腔段。
31．如權(quán)利要求26所述內(nèi)燃機，其中該第一孔的尺寸便于限制空氣流流過該噴射口，以致于在該第一孔關(guān)閉后該壓縮空氣離開該管路。
32．如權(quán)利要求31所述內(nèi)燃機，其中該第二孔可如此地與該曲軸箱的壓力相連，以致于該第一孔關(guān)閉后該管路中壓縮空氣的壓力釋放入該曲軸箱中。
33．一種內(nèi)燃機，其具有一個連接在一壓縮空氣源和該發(fā)動機的一氣缸之間的一壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)，其改進包括該壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)具有一個處于曲軸箱和該氣缸之間的管路，一個將燃料排出到該管路中的燃料計量裝置，其中一活塞頭開啟和關(guān)閉從該氣缸和曲軸箱到該管路的通道，該氣缸和管路之間的通道在曲軸箱中存在真空壓力期間關(guān)閉，而該通道開啟，從而在活塞前進沖(上升)程期間利用真空將燃料吸入該管路，并在活塞頭的向后(下降)沖程期間將空氣壓縮入該管路。
34．一種內(nèi)燃機，其具有一個連接在一壓縮空氣源和該發(fā)動機的一氣缸之間的一壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)，其改進包括該壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)具有一個帶有一個通入氣缸中的噴射口的儲存器管，該儲存器管的長度和形狀便于形成一個調(diào)節(jié)過的反射管，來反射一個在該氣缸中燃燒后因該噴射口的開啟而進入該噴射口的壓縮波，并在預(yù)定的時期將該反射壓縮波輸送給該噴射口，從而幫助燃料從該噴射口噴出并噴入該氣缸中。
35．如權(quán)利要求34所述內(nèi)燃機，其中該儲存器管具有一個可關(guān)閉從而形成該調(diào)節(jié)過的反射管的第二口。
36．如權(quán)利要求35所述內(nèi)燃機，其中該第二口可開啟，從而將該儲存器管與該發(fā)動機的一曲軸箱壓力相連。
37．如權(quán)利要求34所述內(nèi)燃機，其中該儲存器管包括一個使該反射壓縮波加強的膨脹腔段。
38．如權(quán)利要求34所述內(nèi)燃機，其中該預(yù)定時期發(fā)生在該噴射口開啟的后一半時間中。
39．如權(quán)利要求34所述內(nèi)燃機，其中該噴射系統(tǒng)適合于在一單一噴射循環(huán)中，將第一體積的燃料和壓縮空氣以一第一壓力噴射入該氣缸，并將一后續(xù)的第二體積的燃料和壓縮空氣以一更高的第二壓力噴射入該氣缸。
40．如權(quán)利要求34所述內(nèi)燃機，其中該噴射口關(guān)閉后，壓縮空氣保留在該儲存器管中，并且該儲存器管具有一個隨后開啟以便釋放該儲存器管內(nèi)的壓力的排出口。
41．一種內(nèi)燃機壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)，其具有一個儲存器管，該儲存器管帶有兩個分別設(shè)置于一發(fā)動機的一氣缸和一曲軸箱中的孔，其中其改進包括該儲存器管具有一預(yù)定的長度，并且各孔可有選擇地關(guān)閉，以致于氣缸中燃燒產(chǎn)生的壓縮波在這些孔的一第一孔處進入該管路并傳播通過該管路，且反射回該第一孔，其中該管路形成一個該第一孔用的調(diào)節(jié)過的反射管，所以，該反射壓縮波幫助燃料從該第一孔中噴出并噴入該氣缸中。
42．如權(quán)利要求41所述系統(tǒng)，其中該第二口可開啟，從而將該儲存器管連接到該發(fā)動機的曲軸箱中的壓力上。
43．如權(quán)利要求41所述系統(tǒng)，其中該儲存器管包括一個使該反射壓縮波加強的膨脹腔段。
44．如權(quán)利要求41所述系統(tǒng)，其中該儲存器管適合于在單一噴射循環(huán)期間將第一體積的燃料和壓縮空氣以一第一壓力噴射入該氣缸中，將一后續(xù)的第二體積的燃料和壓縮空氣以一更高的第二壓力噴射入該氣缸中。
45．如權(quán)利要求41所述系統(tǒng)，其中該預(yù)定長度可隨發(fā)動機運行工況變化。
46．如權(quán)利要求41所述系統(tǒng)，其中該預(yù)定長度適合于將該反射壓力波在該第一孔開啟的后一半時期內(nèi)輸送給該第一孔。
47．如權(quán)利要求41所述系統(tǒng)，其中該預(yù)定長度設(shè)置得便于在該發(fā)動機的活塞頭運動通過一下死點位置后將該反射壓縮波輸送給該第一孔。
48．一種將燃料和空氣噴射入一發(fā)動機的一氣缸中的方法，其包括將空氣壓縮入一儲存器中；開啟通入該氣缸中的一噴射口，并將壓縮空氣從該儲存器，將燃料從該噴射口噴射入該氣缸；開啟該儲存器的一排出口，從而釋放該儲存器中的殘余壓縮空氣壓力。
49．如權(quán)利要求48所述方法，其中壓縮空氣的步驟包括開啟該排出口，并允許壓縮空氣通過該排出口進入該儲存器。
50．如權(quán)利要求48所述方法，其中開啟和關(guān)閉步驟包括使該發(fā)動機的一活塞頭在該口上運動并離開該口。
51．如權(quán)利要求48所述方法，還包括使一潤滑劑從該噴射口中流入該發(fā)動機的一活塞頭中的一孔中，從而潤滑該活塞頭和活塞桿之間的軸承。
52．如權(quán)利要求48所述方法，還包括使一潤滑劑從該噴射口中沿該氣缸的內(nèi)表面上的一通道流到該發(fā)動機一活塞頭的后端之后的一位置。
53．如權(quán)利要求48所述方法，還包括當(dāng)該噴射口開啟時關(guān)閉該排出口從而使該儲存器形成一封閉端調(diào)節(jié)過的反射管。
54．一種制造一內(nèi)燃機的方法，其包括下列步驟提供一個帶有一噴射口的氣缸；將一壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)連接到該氣缸上，該噴射系統(tǒng)具有一燃料計量裝置和一壓縮空氣儲存器，其中該壓縮空氣儲存器的長度和形狀設(shè)計得便于在該發(fā)動機的一活塞頭運動通過一下死點位置后，將該噴射口處接收到的一壓縮波反射回該噴射口中。
55．如權(quán)利要求54所述方法，還包括設(shè)置帶有一充量口的儲存器，并設(shè)置用于關(guān)閉該充量口的裝置。
56．如權(quán)利要求55所述方法，其中用于關(guān)閉該充量口的裝置包括如此地設(shè)置該充量口，使該發(fā)動機的一活塞頭能蓋住該充量口。
57．如權(quán)利要求54所述方法，還包括設(shè)置帶有用于使該反射壓縮波加強的一膨脹腔段的儲存器。
58．一種從一壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)中將空氣輸送到一發(fā)動機的一氣缸中的方法，其包括下列步驟將空氣壓縮入該噴射系統(tǒng)的儲存器中；以一第一壓力從該儲存器中釋放出第一量的壓縮空氣并通過一噴射口輸入到該氣缸中；以及以一高于第一壓力的第二壓力從該儲存器中釋放出第二量的壓縮空氣并通過一噴射口輸入到該氣缸中。
59．如權(quán)利要求58所述方法，其中壓縮空氣的步驟包括從該發(fā)動機的一曲軸箱中將空氣壓入該儲存器中。
60．如權(quán)利要求58所述方法，其中釋放出后續(xù)的第二量的壓縮空氣的步驟包括從該儲存器中在該噴射口處輸送一反射壓縮波，該反射壓縮波由產(chǎn)生壓縮波的燃燒產(chǎn)生。
61．如權(quán)利要求58所述方法，還包括以一不同的第三壓力從該儲存器中釋放出后續(xù)的第三量的壓縮空氣并通過該噴射口輸入到該氣缸中。
62．如權(quán)利要求58所述方法，還包括在釋放第一量的壓縮空氣之前從噴射口釋放一阻尼的燃燒氣體。
63．一種從一壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)中將燃料和空氣輸送到一發(fā)動機的一氣缸中的方法，其包括下列步驟使帶有一壓縮空氣儲存器的噴射系統(tǒng)具有一個設(shè)置在該發(fā)動機的一曲軸箱和該氣缸之間的通道；從該通道中將第一量的燃料和壓縮空氣輸送入該氣缸中；及從該通道中以一更高的第二速率將一后續(xù)的第二量的燃料和壓縮空氣輸送到該氣缸中，其中該輸送第一量和第二量的步驟發(fā)生在單一的噴射循環(huán)中。
64．如權(quán)利要求63所述方法，還包括在單一噴射循環(huán)中，以不同于第二速率的一第三速率將一第三量的燃料和壓縮空氣從該通道中輸送到該氣缸中。
全文摘要
一種內(nèi)燃機,其具有一壓縮空氣輔助燃料噴射系統(tǒng)(20)。該噴射系統(tǒng)具有一個帶有一個進入該發(fā)動機氣缸的第一孔(30)和一個進入該發(fā)動機曲軸箱(18)的第二孔(38)的壓縮空氣儲存器(34)。這兩個孔位于該儲存器的相對端,該儲存器的形狀為管形。每當(dāng)進入該氣缸的一個孔關(guān)閉時,該儲存器泄掉壓力。該儲存器的管形形成了氣缸來的一壓縮波用的調(diào)節(jié)過的反射管,從而形成一反射壓縮波,以便幫助將燃料和空氣輸送入該氣缸中。該兩個孔適合于由該發(fā)動機的活塞頭開啟和關(guān)閉。
文檔編號F02B29/08GK1323374SQ99812297
公開日2001年11月21日 申請日期1999年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月21日
發(fā)明者小W·T·科布 申請人:設(shè)計及制造工程公司