CN1015277B - 内燃机燃油喷射的改进 - Google Patents

Abstract

控制直接喷入发动机燃烧室122的燃油分配，根据发动机负荷的需油量对进入空气的燃油进行计量，并将形成的油气充气用喷射器124喷入燃烧室。气体压力引起油气充气的喷射，调节器10根据燃油压力控制气体压力，以保持它们之间稳定的压差。调节器124按照发动机负荷改变燃油压力，以增加选定发动机负荷下的燃油穿透度。

Description

本发明涉及将计量过的燃油喷入内燃机燃烧室。

为了获得更高的燃油效率和更有效地控制排放的废气，有必要控制燃烧室中油雾的状况。人们已经注意到，最佳的油雾状况不是固定的，而是随发动机负荷而变化，而负荷本身又与发动机的转速有关。在二冲程发动机中控制油雾以减少由排气管泄漏的燃油来说尤为重要，因为排气管在喷油期间内至少有一段时间没有完全关闭。

当发动机处于轻载和给油量少时，进入气缸的燃油的穿透度应当加以限制，以减少燃油在燃烧室中由于与空气混合而稀释的程度。稀释的燃油产生一种难于点火的油气混合物，不到全部加添的燃油都燃烧起来不会燃烧。而在重载和给油量多时，应当提高燃油的穿透度，保证大量的燃油都能与足够的空气（氧化剂）混合，以使全部燃油都能燃烧。

本发明的主要目的是提供一种控制发动机供油的方法，以改变油雾状况，促进燃油更充分地燃烧。

从这个目的出发，本发明提供了一种控制内燃机燃油分配的方法，包括在这样的条件下通过喷咀直接向燃烧室喷油，使进入燃烧室的燃油穿透第一个深度，而当发动机负荷的需油量高于在先确定的数值时，又能改变所述的条件，以增加进入燃烧室燃油的穿透深度。

通常通过喷咀使燃油排放的压力可按选定的一个或多个发动机负荷需油量以分级的方式增加，或使该压力逐级增加一级或多级发动机速度或负荷范围，以改变燃油的穿透度。

更具体地说，本发明是提供一种控制内燃机燃烧室内燃油分配的 方法，包括将测量出的在排放压力下排出的燃油和气体物质合成一体，将这样形成的油气混合气在混合气排放压力下通过喷咀排入燃烧室，调节燃油和气体物质间的压差以在全部发动机负荷需油量范围内均保持基本均匀的压差，并控制向燃烧室排放的油气混合气的压力在发动机负荷的需油量高于在先确定的数值时得以增加，从而使进入燃烧室的燃油穿透度加深。

保持燃油和气体物质之间稳定的压差简化了对燃油测得量的控制，在这种控制过程中不需要对该压差的变化进行补偿。

燃油穿透度的控制最好根据发动机转速去改变燃油压力，进而改变气体压力以维持稳定的压差的方法实现。相应地，燃油压力的变化将最终引起用来将油气混合气通过喷咀向燃烧室排放的压力的变化。

压力的增加最好根据在通常的发动机转速范围内选定一个或多个转速进行，并发现中等转速范围内的一次增加就足以满足多种发动机的需要。

在调节排入的油气压差时，依据改变燃油压作为控制函数，并进而引起气体压力的一系列变化以保持选定压差的各种调节能带来特殊的优点。

其优点之一是气体的粘度比液体燃料低，因而在调节时被控制的气体压力不受通过压力调节器的流量变化的影响。这就导致压差对燃油或气体中任何一个的流量变化都不敏感的效果。这一优点在供给燃油和气体的泵是由发动机驱动时尤为显著，因为这时泵的排量明显地与转速有关。

相应地，本发明的另一个目的是，提供一种特别适用于采用增压燃油和供气的燃油喷射系统的油气调节系统。

从这一目的出发，本发明提供了一种内燃机燃油喷射系统，其中测得的压力燃油量被送入气体，以形成油气充气，其特征在于燃油压力调到相应的新选定的数值时，气体压力也相对于燃油压力进行调整，以在测量燃油时保持预定的燃油和气体间的压差。

简便的作法是，燃油的调节压力可在至少两个预定的数值间选定。最好让被调节的燃油压力的变化使发动机转速落在通常转速范围中选定的转速上，而且这个压力变化最好是随着发动机转速超过选定值时而增加，随着发动机转速低于选定值时又能跟着减小。最好让燃油压力调节到一个与大气压力有关的预定数值。

本发明再一个目的是，为发动机燃油系统提供一种燃油压力调节器，以产生预定的燃油输出压力，以及为发动机燃油系统提供一种能根据选定的发动机工况将所述的压力变到一个预定值的装置。

通常预定的燃油输出压力可以通过一个预紧到一定程度的弹性装置和调整该弹性装置就能改变该输出压力的装置来进行调整。该弹性装置最好是一个张紧或压缩到一定程度以产生调整所需的基本燃油压力的弹力的弹簧。一旦发动机达到预定的负荷，该弹簧的压缩或张紧程度也要增加，以加大燃油的输出压力，一旦发动机转速降低到低于所选定的负荷时，其压缩或张紧程度又能明显减少。

在本说明书中论及了通过调节进入燃烧室的燃油排出压力来改变燃油喷雾束的穿透度，这与发动机负荷需油量的特定的一个或几个变化有关，而这个需油量又可用多种方法测出。在许多发动机中，发动机转速在大多数工况下表征出发动机的负荷，特别是通常在特定的转速范围内工作的发动机中，例如舷外船用发动机中更是如此。由于发动机转速能方便地检测出，并只要求比较简单的传感器，因而发动机 的转速受到监测，以随时测出负荷的变化，及时改变燃油的穿透度。

结合下列附图，对燃油喷射系统中的燃油和空气压力调节装置的一个实施例的说明，将有助于更清楚地理解本发明。

图1是具有缸内直接喷燃油系统的二冲程发动机的轴向截面图。

图2是适用于图1所示发动机的燃油测量和喷射装置的正视图，其中一部分作了局部剖视。

图3是适用于图2所示的燃油测量和喷射装置的燃油和空气压力调节器的剖视图，用图示表示出它与燃油喷射系统其它组件间的联接关系。

参考图1，发动机109是一个具有一般结构的二冲程单缸发动机，具有一个气缸110，曲轴箱111和在气缸110中往复运动的活塞112。活塞112由连杆113连接在曲轴114上。曲轴箱上有空气通道116（图上只表示出其中一条），曲轴箱靠这些通道与相应的旁通孔相通，其中两个孔用117和118表示，第三孔同117位于孔118对面。

每个旁通孔都形成或在气缸110壁上，它们的上缘位于气缸的同一横断面上。排气孔120也在气缸壁上，一般布置在中间旁通孔118对面。

可拆卸的气缸头121内有一个燃烧室122，火花塞123伸入其中，燃烧室122相对气缸轴大体上呈对称配置，而火花塞则正好在该轴线上，燃油喷射器124位于旁通孔和气缸头之间的气缸壁上。用轮廓表示出的喷咀124位于中间旁通孔118的上方。

喷射器124是燃油测量和喷射系统的组成部分，从而由空气带入的燃油可通过压缩空气直接喷入发动机燃烧室。图2表示出一种可 采用本发明的燃油和空气压力调节系统的特殊型式的燃油测量和喷射装置。

图2中的燃油测量和喷射装置有一个适当的测量装置130，例如一种自动节流喷咀那样的装置。该测量装置接在喷油器体131上，喷油器体内有一个保持腔132。燃油从输油泵（图上未画）经过进入孔133到达测量装置130，测量出按照发动机对燃油的需要进入保持腔132内的燃油量。送到测量装置的多余燃油通过燃油回流孔134回到油箱。燃油测量装置130的结构对本发明并无严格要求，任何适当的测量装置均可使用。

发动机工作时，保持腔132被通过喷油器体131内的空气进口145送来的空气增压。喷油阀143被致动使压缩空气将测量过的燃油从从保持腔132经过喷油咀142排入发动机燃烧室。喷油咀喷油阀143具有菌状气阀结构，朝内通向燃烧室，朝外连通保持腔。

喷油阀143通过穿过保持腔132的阀杆144连在喷油器体131内的电磁阀147的衔铁141上。喷油阀143通过碟形弹簧140偏置于关闭位置，通过电磁阀147的激磁而被打开。电磁阀147的激磁控制得与发动机工作循环正好合拍，将燃油从保持腔132排入发动机燃烧室。

如图2所示出来的那样的具有保持腔的燃油测量和喷射系统的工作的进一步细节公开在32132/84号澳大利亚专利申请和1985年4月2日提出的740067号美国相关专利申请中，每篇文件公开的内容包括在本说明书中。

可以看出，燃油是靠测量装置130克服存在于保持腔内的空气 压力送进保持腔132的。因此，测量装置处供给的燃油与保持腔中空气的压力差决定了输入保持腔内的燃油量。从燃油测量所需的精度看，无论对节油还是对控制排出的废气，有效地控制这个压差是十分重要的。

图3是一个具有燃油和空气复合调节器的燃油喷射系统，这种复合调节器适用于前面结合图2叙述过的燃油测量和喷射装置。但是下面结合图3对这种调节器进行说明后就会明白，这种调节器还可以用于其它燃油测量和喷射系统，并非只限于用在图2所示的系统中。

图3所示的燃油喷射系统包括一个由压缩机2和油箱6分别通过调节器10供给空气和燃油的燃油测量和喷射装置5。燃油用低压提升泵3从油箱6经由调节器10内的通道18送到高压泵7。

调节器10包括一个燃油压力调节部分9和一个组合在一个整体结构中的空气压力调节部分11。燃油调节腔12有一个由弹性隔膜13形成的壁。弹性隔膜13是用其周边固定的，其上还固定了一个阀件14。阀件14与弹性隔膜对面的燃油调节腔壁17上的孔15协同工作。孔15与低压燃油通道18相通，而低压燃油通道又与低压油泵3的排出侧和高压油泵7的吸入侧相通。

高压燃油进口通道20将燃油调节腔12与高压油泵7的排出侧连通。通道18和腔12间的单向阀21只加了轻微的预载，这样在启动时低压燃油可由通道18流经燃油调节腔12以清洗高压燃油循环管路和空气喷射器5。

隔膜13由弹簧25定位，使阀14处于通常将孔15关闭的位置。弹簧支板24通常是支在调节器体端板26上的挡块19上。弹簧支板24连结在将控制腔28隔开的隔片27上。控制腔靠隔片27 弹簧侧部分29受由孔22来的大气压力作用，而隔片27另一侧控制部分30则可通过孔31和电磁阀49有选择地与调节过的气源连通。当气压通过孔31加在控制腔28的30部分时，隔片27和弹簧支板24将朝图上的右方移动，进一步压紧弹簧25。弹簧支板24向右移动的距离受到弹簧后支板24边缘32的限制，移动到一定程度边缘32就碰在调节器体的环形突肩33上。

一旦调节腔12内的燃油压力超过调节压力，隔膜13就克服弹簧25的弹力而移动，阀件14与孔15脱离接触，让燃油经孔15流入通道18，这样就将调节腔12内的压力降到调节压力。

这样就可看出，进入控制腔28的30部分的控制气可使作用在隔膜13上的弹簧压增加一个预定值，它又增加阀件14的泄压压力，从而由高压油泵7输入到喷射器装置5的燃油压力也将相应增高。

为了减小进入控制腔30部分的空气压力，可在弹簧支板24与端板26之间设置一个弹簧（图上未画）以部分抵消弹簧25的弹力。

电磁阀49增加燃油排出压力的作用可通过一个适当的发动机转速传感器来实现，当发动机转速达到一个预定值时，转速传感器就使一个开关动作，使电磁阀49激磁，这样由调节过的空气母管送到喷射器装置5的空气就可以进入控制腔28的30部分。由这一空气施加在隔片27上的压力将使弹簧支板24移动，边缘32将靠在突肩33上，这样就使弹簧25施加在隔膜13上的载荷增加一个调整值。

用作增压燃油压力的电磁阀49和控制腔28的工作可以适应于调节多种燃油压力。一个办法就是采用电控装置进行调节，供给这种装置的电流可以改变，从而对隔片的运动进行了调整。

一个适当的磁滞作用在电磁阀49的动作上是可取的，可以防止 改变燃油压力时的“乱调”现象。

结合图3已经叙述过的燃油和空气压力复合调节组件11中的燃油压力部分9在结构上可以是一个单独的燃油压力调节器，工作时其调节压力可以变化。可调整喷油压力的需要性作为一种改变进入燃烧室的燃油穿透度的方法已在前面作了讨论，这也可用于只喷射液体燃料的喷射系统，在这种系统中液体燃料夹带着空气或其它适当的气体。相应地，燃油压力调节器部分9也可作为可变换压力的调节器在只喷射液体的喷射系统中使用。

下面继续讨论图3表示的复合调节，燃油腔12通过通道35与空气调节部分11中的腔36相通，并用膜片38与空气压力腔37隔开。空气压力腔37经过通道39与由压缩机2来的空气相通，空气出口通道40由腔37通向喷射器装置5。膜片38带着与孔42协同工作的阀41一起动作。孔42与空气旁路43相通。

弹簧45对膜片38施加一个通常要使阀41打开的压力。这样，当腔37来的空气压力和弹簧45的簧力加在一起足以克服腔36中燃油压力作用在膜片38上的力时，阀41把孔42打开。因此，使空气压力总是低于燃油压力减去由弹簧45作用在膜片38上的力是适当的。

上述调节器用于调节由泵7送到燃油射喷装置5的燃油压力时与大气压力有关，用于调节送到燃油喷射器装置的空气压力时与燃油压力有关，这样在燃油喷射装置工作时供给的燃油和空气之间就存在一个预先给定的压差。此外，通过作用在控制腔28的30部分的气压可使调节的燃油压力增加一个预定的数值，从而空气压力也会相应地增加同一数值，这样送到燃油测量和喷射装置的燃油和空气之间就能 维持同一压差。这样一来，燃油喷雾穿透深度得以改变，而无需对燃油供给量进行别的调整和校正。

用于将燃油空气混合气送入燃烧室的空气压力变化程度可根据发动机的几何形状和随负荷或转速的变化所要求的燃油穿透深度对每台发动机进行试验选定。一个适用于具有每个燃烧室排量为0.4升的二冲程发动机的实例是，当发动机处于2500RPM这样的中等转速时空气压力由250KPA增至500KPA。

上述燃油压力调节器和燃油和空气压力复合差动调节器可与图2所示的燃油测量和输送系统组合起来使用，它公开在我们的正在审理的32132/84号澳大利亚专利申请中，或许可用在我们的正在审理的PH01559、PH1991和PH3344号题为“直接喷油式发动机的改进”的澳大利亚专利申请中所叙述的那种二冲程发动机的供油装置中，还可用在在澳大利亚和其它地方提出的享有上述澳大利亚专利申请优先权的专利申请中的这种二冲程发动机供油装置中。通过这样的说明，上述专利申请说明书中所公开的内容已纳入本说明书了。

上面结合附图所作的说明对将本发明用于二冲程电火花点火往复活塞式发动机方面已经给出了实施例，但是应当明白，本发明还可用于电火花点火的四冲程发动机以及其它类型的例如转子活塞发动机。本发明可用于内燃机作多种用途，特别适用于运输工具发动机的节油和控制废气排放上，包括汽车用、摩托车用、船用发动机和舷外船用发动机。

Claims (13)

1、一种在喷油电火花点火的内燃机燃烧室中控制其燃油分配的方法，它包括在压力下通过喷咀直接向燃烧室喷油，使燃穿透入燃烧室一个取决于上述压力的深度，其特征在于：

检测发动机负载何时高于预定数值，

当发动机负载高于上述预定数值时，增加送入燃油的上述压力，使燃油可穿透入一个更大的深度以改善燃油的燃烧。

2、按权利要求1所述的方法，其特征在于，由发动机负载确定被计量的燃油量并由气体导入上述量的燃油以形成油气充气。

3、按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当发动机以高于预定数值的速度工作时增加喷射压力。

4、按权利要求2所述的方法，其特征在于，当燃油排出以导入气体时，燃油被计量，在几乎整个发动机负荷范围上燃油都保持高于气体一个预定的压差。

5、按权利要求4所述的方法，其特征在于，随着发动机，负荷增加且高于上述预定数值时，燃油压力增加而气体压力相应地也增加以保持上述预定的压差。

6、按权利要求2所述的方法，其特征在于，调节燃油和气体间的压差以在发动机工作范围内保持基本均匀的压差，在向燃烧室排放期间控制油气充气的压力，使上述压力随着发动机高于预定数值而增加，从而进入燃室的燃油穿透度也增加。

7、按权利要求5所述的方法，其特征在于，燃油压力被调节以随着发动机负荷高于上述预定数值而增加。

8、按权利要求7或8所述的方法，其特征在于，上述发动机负荷预定值是通过发动机达到预定的转速决定的。

9、用权利要求1所述的方法，在喷油电火花点火的内燃机中控制燃油分配的装置其特征在于：具有根据发动机负荷测量燃油并且将所述测得量送入气体以形成油气空气用于在发动机中喷射的机构，调节燃油压力的第一调节装置和调节相对于燃油压力的气体压力以保持燃油测量时燃油和气体间预定压差的第二调节装置，随着发动机负荷增加且高于预定数值时第一调节装置可增加燃油压力，从而使气体压力增加，并全增加燃油在燃烧室中的穿透深度，第一调节装置的燃油调节腔通过一个通道与第二调节装置中的腔相通。

10、按权利要求9所述的装置，其特征在于：燃油和空气压力复合调节器包括将燃油压力调至高于大气压力的第一预定值的第一装置和将气体压力调至低于燃油第一预定值的第二装置，所述第一装置是一个单独的燃油压力调节器，以膜片与第二调节装置的空气压力腔隔开，该空气压力腔经一通道与压缩机来的空气相通，空气出口通道由该空气压力腔通向一喷射器装置。

11、按权利要求10所述的装置，其特征在于，第一装置包括，被一个能运动的壁隔开的一个燃油腔和一个空气腔，一个燃油进口和一个在所述燃油腔内燃油回流口，能随所述壁向一个方向运动有选择地打开所述燃油回流口的装置，一个阻挡该壁向所述方向运动的偏压装置，一个在所述空气腔内允许大气压力下空气进入的通气口，在所述偏压装置和该空气腔内大气共同作用下能允许该壁在该燃油腔内的燃油压力高于所述第一预定压力时发生运动以打开回流口。

12、按权利要求10所述的装置，其特征在于，上述第二装置包括，被另一个能运动的壁隔开一个气体腔和另一个燃油腔，所述另一个燃油腔与第一装置和燃油腔相通，在所述气体腔内有一个气体进口和一个气体旁通口，随另一偏压装置的运动有选择地打开所述空气旁通口，上述气体腔的压力使上述另一壁运动，以便当气体腔的压力高于上述预定值时打开上述旁通口。

13、按权利要求10至12的任一权利要求所述的装置，其特征在于，设置有可选择地增加由偏压装置施加的力的装置，以增加所述第一预定燃油压力。

Images