CN101956621A - 用于内燃机的燃料喷射系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射系统，包括：可变容积的燃烧室；将充入空气输送至燃烧室的进气系统；将燃烧后的气体从燃烧室传送到大气的排气系统；将燃料输送至充入空气以与其一起在燃烧室中燃烧的燃料喷射系统包括：多个燃料喷射器，每个均用作正排量泵，并配送对于该喷射器的每次操作固定的燃料量，至少第一燃料喷射器配送与第二燃料喷射器配送的不同设定量的燃料；控制器，控制每一燃料喷射器的操作。在至少大部分发动机循环的每一循环中，燃料喷射器被控制器操作多次；响应于发动机转速和/或负载的增加/减少，控制器通过增加/减少每个发动机循环操作燃料喷射器的次数而增加/减少每个发动机循环输送的燃料量。

Description

用于内燃机的燃料喷射系统
本申请是申请日为：2006年7月31日、申请号为：200680029247.X(国际申请号为：PCT/GB2006/002840)、发明名称为“用于内燃机的燃料喷射系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射系统。
背景技术
当前汽车中的大多数内燃机都使用燃料喷射系统来向发动机的燃烧室供应燃料。燃料喷射系统已经替代了早期的汽化器技术，因为它们对燃料输送进行更多的控制，并使发动机能够符合排放法规指标而且能提高发动机的整体效率。
对当前使用的喷射器进行脉宽调制。这意味着每个喷射器在发动机的各个循环中被操作选定的时间，喷射器打开的时间长度指示在该循环中输送至燃烧室的燃料体积。通常，该脉宽调制燃料喷射系统利用固定压力或者精确已知的基本恒定的压力下的燃料供应，以及可在电子控制器的控制下致动任何预定时间的开/关阀。已知压力和可变但受控的打开时间的这种组合的结果将已知量的燃料喷射到发动机的燃烧室中。
上述方案用于所有汽油喷射系统(进气口喷射系统和直喷系统)以及新技术发展水平的高压“共轨式”柴油机喷射系统。最新的共轨式直喷柴油机燃料喷射系统有时使用多个喷射脉冲以便更好地在气缸内散布燃料而获得更好的燃烧效果，但是这些脉冲均为可变时间(虽然该时间比早期燃料喷射系统的单个脉冲短得多)并且控制器会在各个脉冲中设定喷射器的打开时间以便准确控制输送的燃料量。因此所有的现有技术系统都需要泵、调压器和喷射器(其有效地用作开/关阀)以及先进的电子控制模块来控制各个喷射器的打开时间。在燃料喷射系统中使用的喷射器非常精确并且响应迅速(而不像早期的燃料喷射器那样操作缓慢且可重复性不足)。最新的喷射器能够在一毫秒以内打开和关闭。
虽然当前可用的先进且高度发展的燃料喷射系统对用在汽车内燃机中来说是理想的，但对内燃机的许多其它应用来说水平如此先进不太合适而且太昂贵。例如，用于割草机、链锯、小型发电机、机动自行车、小型摩托车等的小型单缸低功率输出发动机以紧缩成本为目标构造并且具有低功率输出，因此不能承受先进燃料喷射系统的成本，也不能承受使可用的先进燃料喷射系统所需的提供加压燃料的燃料泵运行所需的功率。至今为止，这些小型发动机仍使用传统的汽化器技术。然而，现在的情况是，这些小型发动机将与汽车发动机一样面对同种废气排放法规从而必须进行调整以符合排放指标。因此，这些小型发动机需要廉价而简单的燃料喷射系统。
发明内容
在第一方面中，本发明提供一种内燃机，该内燃机包括：可变容积的燃烧室；用于将充入空气输送至所述燃烧室的进气系统；用于将燃烧后的气体从所述燃烧室传送到大气的排气系统；以及用于将燃料输送至所述充入空气以与该充入空气一起在所述燃烧室中燃烧的燃料喷射系统；其中所述燃料喷射系统包括：燃料喷射器，该燃料喷射器用作正排量泵，并配送对于该喷射器的每次操作固定的燃料量；以及控制器，该控制器控制所述燃料喷射器的操作，其中：在至少大部分发动机循环的每一循环中，所述燃料喷射器被所述控制器操作多次；响应于发动机转速和/或负载的增加，所述控制器通过增加每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而增加每个发动机循环输送的燃料量；并且响应于发动机转速和/或负载的减少，所述控制器通过减少每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而减少每个发动机循环输送的燃料量。
在第二方面中，本发明提供一种内燃机，该内燃机包括：
可变容积的燃烧室；
用于将充入空气输送至所述燃烧室的进气系统；
用于将燃烧后的气体从所述燃烧室传送到大气的排气系统；以及
用于将燃料输送至所述充入空气以与该充入空气一起在所述燃烧室中燃烧的燃料喷射系统；其中所述燃料喷射系统包括：
多个燃料喷射器，每个燃料喷射器用作正排量泵，并配送对于该喷射器的每次操作固定的燃料量；
所述多个燃料喷射器中的至少第一燃料喷射器配送与所述多个燃料喷射器中的第二燃料喷射器配送的第二设定量不同的第一设定量的燃料；以及
控制器，该控制器控制所述多个燃料喷射器中的每一燃料喷射器的操作，
其中：
在至少大部分发动机循环的每一循环中，所述燃料喷射器被所述控制器操作多次；
响应于发动机转速和/或负载的增加，所述控制器通过增加每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而增加每个发动机循环输送的燃料量；并且
响应于发动机转速和/或负载的减少，所述控制器通过减少每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而减少每个发动机循环输送的燃料量。
在第三方面中，本发明提供一种内燃机，该内燃机包括：
可变容积的燃烧室；
用于将充入空气输送至所述燃烧室的进气系统；
用于将燃烧后的气体从所述燃烧室传送到大气的排气系统；以及
用于将燃料输送至所述充入空气以与该充入空气一起在所述燃烧室中燃烧的燃料喷射系统；其中所述燃料喷射系统包括：
燃料喷射器，该燃料喷射器用作正排量泵，并配送对于该喷射器的每次操作固定的燃料量；以及
控制器，该控制器控制所述燃料喷射器的操作，
其中：
在至少大部分发动机循环的每一循环中，所述燃料喷射器被所述控制器操作多次；
响应于发动机转速和/或负载的增加，所述控制器通过增加每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而增加每个发动机循环输送的燃料量；
响应于发动机转速和/或负载的减少，所述控制器通过减少每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而减少每个发动机循环输送的燃料量；并且
所述燃料喷射器包括：
壳体，在该壳体中形成燃料室；
电线圈；以及
活塞，该活塞在所述电线圈的作用下在所述壳体的内腔中轴向滑动，从而迫使燃料流出所述燃料室，该活塞在两个终点止动件之间滑动，所述终点止动件确保所述活塞在每次操作中均具有设定的行进距离。
在第四方面中，本发明提供一种内燃机，该内燃机包括：
可变容积的燃烧室；
用于将充入空气输送至所述燃烧室的进气系统；
用于将燃烧后的气体从所述燃烧室传送到大气的排气系统；以及
用于将燃料输送至所述充入空气以与该充入空气一起在所述燃烧室中燃烧的燃料喷射系统；其中所述燃料喷射系统包括：
多个燃料喷射器，每个燃料喷射器用作正排量泵，并配送对于该喷射器的每次操作固定的燃料量，所述多个燃料喷射器中的至少第一燃料喷射器配送与所述多个燃料喷射器中的第二燃料喷射器配送的第二设定量不同的第一设定量的燃料；以及
控制器，该控制器控制所述燃料喷射器的操作，
其中：
在至少大部分发动机循环的每一循环中，所述燃料喷射器被所述控制器操作多次；
响应于发动机转速和/或负载的增加，所述控制器通过增加每个发动机循环操作每个燃料喷射器的次数而增加每个发动机循环输送的燃料量；
响应于发动机转速和/或负载的减少，所述控制器通过减少每个发动机循环操作每个燃料喷射器的次数而减少每个发动机循环输送的燃料量；并且
所述燃料喷射器包括：
壳体，在该壳体中形成燃料室；
电线圈；以及
活塞，该活塞在所述电线圈的作用下在所述壳体的内腔中轴向滑动，从而迫使燃料流出所述燃料室，该活塞在两个终点止动件之间滑动，所述终点止动件确保所述活塞在每次操作中均具有设定的行进距离。
在第五方面中，本发明提供一种内燃机，该内燃机包括：
可变容积的燃烧室；
用于将充入空气输送至所述燃烧室的进气系统；
用于将燃烧后的气体从所述燃烧室传送到大气的排气系统；以及
用于将燃料输送至所述充入空气以与该充入空气一起在所述燃烧室中燃烧的燃料喷射系统；其中所述燃料喷射系统包括：
燃料喷射器，该燃料喷射器用作正排量泵，并配送对于该喷射器的每次操作固定的燃料量；以及
控制器，该控制器控制所述燃料喷射器的操作，
其中：
在至少大部分发动机循环的每一循环中，所述燃料喷射器被所述控制器操作多次；
响应于发动机转速和/或负载的增加，所述控制器通过增加每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而增加每个发动机循环输送的燃料量；
响应于发动机转速和/或负载的减少，所述控制器通过减少每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而减少每个发动机循环输送的燃料量；
所述燃料喷射器被凸轮面机械驱动，该燃料喷射器包括通过偏压弹簧作用并且可通过所述凸轮面变位的活塞，该活塞沿一个方向的运动将燃料吸入所述燃料喷射器的燃料室，该活塞沿另一个方向的运动迫使燃料流出所述燃料室，所述凸轮面包括多个凸轮波瓣，每个凸轮波瓣可在每个发动机循环期间驱动所述活塞，并且所述控制器控制在每个发动机循环中有多少个所述凸轮波瓣使所述活塞迫使燃料流出所述燃料喷射器；
所述燃料喷射器包括燃料出口和燃料入口，所述活塞迫使燃料通过该燃料出口流出所述燃料室，燃料通过所述燃料入口被引入所述燃料室，所述燃料喷射器还具有单向入口阀和单向出口阀，所述单向入口阀可操作以允许燃料从所述燃料入口流入所述燃料室，同时防止燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，所述单向出口阀可操作以允许燃料流出所述燃料室至所述燃料出口，同时防止燃料从所述燃料出口回流到所述燃料室；并且
所述单向入口阀可被所述控制器禁用，并且在禁用时允许燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，在所述第一单向阀被禁用时所述活塞的运动仅用于将燃料从所述燃料入口吸入所述燃料室，然后将燃料排出所述燃料室回到所述燃料入口。
在第六方面中，本发明提供一种内燃机，该内燃机包括：
可变容积的燃烧室；
用于将充入空气输送至所述燃烧室的进气系统；
用于将充入空气输送至所述燃烧室的排气系统；
用于将燃烧后的气体从所述燃烧室传送到大气的排气系统；以及
用于将燃料输送至所述充入空气以与该充入空气一起在所述燃烧室中燃烧的燃料喷射系统；
其中所述燃料喷射系统包括：
多个燃料喷射器，每个燃料喷射器用作正排量泵，并配送对于该喷射器的每次操作固定的燃料量，所述多个燃料喷射器中的至少第一燃料喷射器配送与所述多个燃料喷射器中的第二燃料喷射器配送的第二设定量不同的第一设定量的燃料；以及
控制器，该控制器控制所述多个燃料喷射器中的每一燃料喷射器的操作，其中：
在至少大部分发动机循环的每一循环中，所述燃料喷射器被所述控制器操作多次；
响应于发动机转速和/或负载的增加，所述控制器通过增加每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而增加每个发动机循环输送的燃料量；
响应于发动机转速和/或负载的减少，所述控制器通过减少每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而减少每个发动机循环输送的燃料量；
每个燃料喷射器被凸轮面机械驱动，每个燃料喷射器包括通过偏压弹簧作用并且可通过所述凸轮面变位的活塞，该活塞沿一个方向的运动将燃料吸入所述燃料喷射器的燃料室，该活塞沿另一个方向的运动迫使燃料流出所述燃料室，所述凸轮面包括多个凸轮波瓣，每个凸轮波瓣可在每个发动机循环期间驱动所述活塞，并且所述控制器控制在每个发动机循环中有多少个所述凸轮波瓣使所述活塞迫使燃料流出各个燃料喷射器；
每个燃料喷射器包括燃料出口和燃料入口，所述活塞迫使燃料通过该燃料出口流出所述燃料室，燃料通过所述燃料入口被引入所述燃料室，每个燃料喷射器还具有第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀可操作以允许燃料从所述燃料入口流入所述燃料室，同时防止燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，所述第二单向阀可操作以允许燃料流出所述燃料室至所述燃料出口，同时防止燃料从所述燃料出口回流到所述燃料室；并且
每个燃料喷射器的所述单向入口阀可被所述控制器禁用，并且在禁用时允许燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，在所述第一单向阀被禁用时所述活塞的运动仅用于将燃料从所述燃料入口吸入所述燃料室，然后将燃料排出所述燃料室回到所述燃料入口。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的优选实施方式，在附图中：
图1是具有根据本发明的燃料喷射系统的内燃机的示意图；
图2是适于在图1的发动机中使用的根据本发明的燃料喷射器的第一类型的示意图；
图3是适于在图1的发动机中使用的燃料喷射器的第二类型的示意图；
图4表示图3的燃料喷射器的修改例；
图5是适于在图1的发动机中使用的燃料喷射器的第三类型的示意图；
图6表示图5的燃料喷射器的修改例；
图7是适于在图1的发动机中使用的燃料喷射器的第四类型的示意图；
图8a、8b、8c和8d表示图7的燃料喷射器的操作；
图9是图7的燃料喷射器的更加详细的视图；
图10a至图10d表示图7至图9的燃料喷射的修改型的操作；
图11表示图7至图9的燃料喷射器的单向止回阀；
图12表示图10a至图10d的燃料喷射器的单向止回阀；
图13表示可用于图7至图10d中的任一燃料喷射器中来代替图示止回阀的单向止回阀；
图14表示在现有技术燃料喷射系统中用于控制在各个发动机循环中输送至燃烧室的燃料量的信号类型；
图15表示本发明使用的控制信号，该控制信号用于启动图1的燃料喷射器(例如，图2至图10d中的任一类型的燃料喷射器)以便控制在各个操作循环中输送至燃烧室中的燃料量；
图16中：
图16a表示从图1的发动机的发动机轴或曲轴获取的旋转信号；
图16b表示针对图1的发动机的满负载操作产生的控制信号；
图16c表示针对图1的发动机的部分负载操作产生的控制信号；
图16d表示针对图1的发动机的发动机空转产生的控制信号；
图16e表示在图1的发动机起动期间产生的控制信号；
图17是图1的内燃机的进气通道的示意图，其中在适当位置对图3的燃料喷射器略加修改；
图18表示图17的燃料喷射器的喷嘴的剖视图；
图19表示图17的燃料喷射器的一部分的剖视图；
图20a至图20d是图17至图19的燃料喷射器的操作示意图；
图21a至图21d表示图17至图20的燃料喷射器的可选喷嘴口形状；
图22是具有根据本发明的燃料喷射系统的内燃机的第二实施方式的示意图；
图23是适于与图22的发动机一起使用的燃料喷射器的示意图；
图24是图23的燃料喷射器及其与凸轮面一起的结构的示意图，该凸轮面用于驱动燃料喷射器；
图25是适于取代图18所示的燃料喷射器而在图18的发动机中使用的燃料喷射器的第二实施方式的示意图；以及
图26是图24的凸轮结构的修改例的视图。
具体实施方式
首先回到图1，在图中可以看到包括气缸11的内燃机10，活塞12在气缸11中往复运动，并且在气缸11和活塞12之间限定有燃烧室13。活塞12通过连杆14连接到曲轴15，曲轴15又连接到凸轮轴16。在凸轮轴16与两个提升阀17和18之间使用推杆式机构之类的机构(未示出)，提升阀17和18是发动机的排气门和进气门。凸轮轴16利用将提升阀17和18偏压回其阀座内的复位弹簧，与活塞12在气缸11中的运动成时间关系地驱动进气门18和排气门17打开。发动机10是简单发动机，例如割草机或其它园艺设备的单缸发动机。
发动机10具有燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括布置成将燃料输送至进气门18上游的进气通道20中的燃料喷射器19。在进气通道20中放置节气门21以节流燃烧室13中的充入空气流。一传感器连接到节气门21并将信号经由线路22反馈回电子控制单元23，该信号指示节气门21的旋转位置因此指示发动机负载。ECU 23还经由线路24接收定时信号，该定时信号由凸轮轴传感器25(可由曲轴传感器代替)产生。考虑传感器25产生的定时信号和附接至节气门21的传感器产生的负载信号，ECU 23产生控制信号，该控制信号经由线路26传输到喷射器19并控制喷射器19的操作。
图2中示出了喷射器19的第一实施例。喷射器19具有燃料入口30，在燃料入口30中放置过滤器31以在燃料进入喷射器主体之前除去燃料中的杂质。喷射器的主体32具有空腔33，在该空腔33中定位有压电元件组34。通过入口30引入的燃料沿着通道35穿过组34。柔性隔膜36抵靠组34的自由端并且在隔膜36中结合有与穿过组34的通道35对准的单向阀37。空腔33的部分38由柔性隔膜36限定并且从该部分38引出由单向簧片阀40打开和关闭的燃料排放通道39。簧片阀40的下游是高压静电充电电极41，其具有允许燃料通过的贯通孔径。电极41的下游是燃料出口盘42，在燃料出口盘42中限定有多个燃料出口孔；该盘42也被充电从而用作电极，使得电极41和盘42一起向穿过喷射器的燃料施加电荷，这有利于燃料的雾化。
简单的重力供料燃料输送系统(未示出)会将燃料从燃料箱(未示出)传送到燃料入口30，然后通过过滤器31过滤燃料。然后通过压电元件组34的膨胀而将燃料吸入图2的燃料喷射器并从燃料喷射器排出。当向组34的压电元件施加电压时，压电元件膨胀，该膨胀使组34长度增长从而推动柔性隔膜36。此时，单向阀37关闭并且由于隔膜36在组34的作用下挠曲，部分38中的燃料在柔性隔膜36的作用下被迫流出部分38。单向阀40打开以允许燃料从部分38排出，然后排出的燃料穿过充电电极41中的孔，接着穿过燃料出口盘42的孔进入进气通道20(如图1所示)。经过电极41和盘42的燃料会接收静电荷，该静电荷有助于流出燃料出口盘42的孔的燃料雾化。
一旦从压电元件组34去除电压，组34就会缩小至其初始长度，并且具有弹性性质的柔性隔膜36返回其初始位置，从而增大喷射器中空腔的部分38的容积。这又会使单向阀40关闭以相对于燃料出口密封部分38，同时单向阀37打开而允许燃料流经通道35以填充空腔38。于是空腔38可充入新鲜燃料装料，为下一次将燃料喷射到进气通道20中做好准备。
在图2中可以看到，控制线路26电连接到压电元件组34，而且还电连接到高压静电充电电极41。
图2的燃料喷射器作为正排量泵操作，正排量泵在喷射器的每次操作中配送等量燃料。由喷射器输送的燃料体积在每次操作中恒定。这与用作控制所流经的流体流动的开/关阀(从加压源向其供应流体)的喷射器显著不同。这样的喷射器通过改变喷射器的打开时间来控制输送的燃料量。本发明的喷射器没有这种打开时间变化，而是用作正排量泵并且在每次操作中都泵送出设定体积的燃料。
在图3中示出了与图1的喷射器19一样适用于所述操作的燃料喷射器的第二类型。在每次操作中喷射器19输送设定量的燃料并且喷射器自身作为从其正排放一定体积的燃料的泵，该体积在喷射器的每次操作中都保持恒定。喷射器19是简单的正排量泵，其具有在气缸中滑动的作为固定排量单元工作的螺线管驱动活塞，并具有两个确保流体进出喷射器的正确流路的单向止回阀。该喷射器既用作泵送单元，又用作流量计量单元。每个脉冲输送的流动体积是固定的几何体积，而与横过喷射器的差压无关，这使得喷射器对进气歧管的进气通道20中的压力波动不敏感。
图3的喷射器具有燃料进入通道50，该燃料进入通道50连接到燃料箱(未示出)以在简单的重力供料结构(未示出)下方接收燃料。弹簧加载的单向阀51控制燃料从进入通道50进入喷射器的燃料室52的流动。弹簧加载的单向阀53控制燃料流出燃料腔52到达燃料出口管54的流动，燃料可通过燃料出口管54输送(直接或经由通向远程喷洒喷嘴的管道)至进气通道20中。
活塞55可滑动地位于喷射器主体中。其受到偏压弹簧56的作用并且被螺线管57围绕。端板58连接到活塞55并从活塞越过螺线管57的端面径向向外延伸。螺线管57通过线路26连接到ECU 23。
从活塞55被偏压弹簧56偏压至其最低点(即，燃料室52的容积最大的点)的状态开始，燃料室52装有准备喷射的燃料。然后螺线管57通电用于拉动板58使其与螺线管57接触或近似接触。活塞55抵抗偏压弹簧56的力向上运动而减小燃料室52的容积。这导致了燃料从燃料室52正排放，单向阀53打开以允许活塞55将燃料从燃料室52排出燃料出口54。
一旦螺线管57断电，偏压弹簧56就向下推动活塞55并推动板58远离螺线管57。活塞55的向下运动会使燃料室52的容积增大，其效果是单向阀53关闭而单向阀51打开。运动的活塞55将燃料从燃料入口50抽入燃料室52以完全填充燃料室52而准备燃料的下一次配送。
该喷射器构成为使得活塞55在每次操作中具有设定的行进距离。活塞55在两个终点止动件之间运动。这样，在喷射器的每次操作中，活塞55排出设定量的燃料并且设定量的燃料被配送出燃料出口54。喷射器配送的燃料量在每次操作中都是恒定的。
通常喷射器配送的燃料的固定体积一般介于0.1μl与1μl之间，但通常小于0.5μl。喷射器通常能够以从300Hz到1KHz以上，优选介于1KHz与2KHz之间的频率操作。这样的体积和操作频率适用于小型发动机市场上的多数发动机容量。
图3的喷射器的操作原理是对于每个致动脉冲输送几何固定体积的流体。由于不同容量和功率输出的发动机会具有不同的燃料消耗率，所以必须使脉冲体积优化至最适合个体发动机。
为了大量地从而以尽可能最低的成本制造图3的喷射器，有利的是使喷射器的尺寸适合宽范围的不同尺寸的发动机。为了实现这点，在制造期间可以通过垫片附件容易地调节喷射器的活塞冲程，从而使每个喷射器的具体应用具有期望的脉冲体积。
图3表示没有垫片从而导致活塞55在每个脉冲为最大可能冲程的喷射器。图4中示出了装配有垫片59的相同喷射器。通过使用垫片59，减小了活塞55的冲程，从而允许针对容量较小的发动机优化喷射器。喷射器的输送体积对于其操作期间的每次致动仍然几何固定并且可重复。
关键特征在于，喷射器的排量始终是恒定几何体积，以确保在发动机上使用时的燃料输送精度。但是垫片的使用允许成本经济地大量制造基本相同的喷射器单元，所述喷射器单元可在制造的最后阶段容易地构造成适合宽范围的发动机。
图5表示根据本发明的喷射器的第四实施方式。与图3和图4的实施方式相同，该喷射器包括可在偏压弹簧501和螺线管502的作用下运动的活塞500。活塞500可滑动至燃料室503中。单向进气门504允许燃料从燃料入口505抽入燃料室503，但是防止燃料从燃料室503排放至燃料入口505。单向出口阀506允许燃料从燃料室503排放至燃料出口507，但是防止燃料从燃料出口507吸入燃料室503。
与图3和图4的实施方式不同，图5的喷射器使用弹簧501迫使活塞500将燃料从燃料室503排放至燃料出口507，并且使用螺线管502使活塞运动而将燃料吸入燃料室503(这与图3和图4的实施方式颠倒)。活塞500具有从活塞500越过螺线管502的端面径向向外延伸的端板508。燃料排放体积、弹簧刚度等与上述相同或相似。
图6表示图5的实施方式的修改例，其中在燃料室503中设置垫片509以限制活塞500的位移，从而设定喷射器的每次操作中配送的燃料量。垫片509具有贯通的孔径以允许燃料室503与单向出口阀506和燃料出口507连通。如上所述，垫片的使用允许这样的制造过程，其中通过选择适当尺寸的垫片而制造具有不同燃料输出体积的基本相同的喷射器单元。
在图4和图6中，示出的垫片59、509固定至喷射器的壳体，然而一垫片可代替所示的垫片59、509或者另外装配至活塞55、500。
图7表示喷射器700，其具有护铁703和位于螺线管702中央的活塞701。护铁703设计成引导围绕螺线管绕组的磁通流。在螺线管702通电时，活塞701被拉动成与护铁703接合。在螺线管断电时，活塞弹簧704将活塞701推离护铁703。燃料入口止回阀705位于穿过活塞701的燃料通道中。燃料通道允许燃料穿过活塞流动至燃料室706。燃料从燃料室706经由出口止回阀708配送至燃料出口707。在图7的喷射器中有利的是，活塞701的运动有助于入口止回阀705的操作，如图8a至8d所示。图8a表示处于其底部停止位置的活塞701。止回阀705中的球的质量帮助其自身弹簧关闭入口止回阀705，从而密封燃料室706。
当螺线管线圈702通电时，如图8b所示，活塞701被在护铁703中流动的磁通拉起。在该运动中，入口止回球的惯性推动该球使其与其球座牢固接触，这确保了入口阀705的紧密密封从而确保了所有从燃料室706排出的流体都通过出口止回阀708流出。当活塞701到达其上位置时，如图8c所示，燃料的脉冲体积已经排出，活塞701会由于其终点止动件而迅速止动。然而入口止回阀705的球会由于其自身动量而继续向上从而会打开入口止回阀75。此时螺线管702断电并且活塞弹簧704向下推动活塞701。
如图8d所示，活塞701被其弹簧驱动而向下运动。入口止回阀705的球由于其质量惯性以及燃料流的作用力而滞后，并且在该状态下会由于活塞701继续向下运动而允许流体容易地流入并补充燃料室706。
当活塞701到达其下止动件时，会再次迅速停止，而入口止回阀705的球会由于其动量而被推动成再次与其球座接触，如图8a所示。
以这种方式，通过活塞701的运动而协助入口止回阀705打开和关闭。这允许喷射器以比其它情况下可能的更高的频率被驱动。
图9表示图7和图8a至8d的喷射器的更详细的剖视图。可以看到入口止回阀705包括球710和弹簧711。
入口止回阀705的弹簧711的弹簧刚度通常在0.4N/mm到1.75N/mm的范围内选择，以允许止回球在吸入冲程期间从其球座升起，活塞位移通常为50到150μm，例如100μm。在图11中示出的入口止回阀705包括球710和弹簧711。
可以在没有止回阀弹簧的情况下使入口止回阀位于活塞中的燃料通道内，如图10a至10d以及图12所示。入口止回阀7000包括(见图12)可在保持架7002中运动的球7001。保持架7002允许燃料流动，但是将球7001挡在适当位置。阀7000的功能与如上对于阀705所述的完全一样，但是依赖球7001的质量惯性作为打开和关闭阀7000的唯一手段。这可以在图10a至10d中看到，其中球运动和活塞运动由箭头表示，流体流动方向也是如此。在图10a中，球7001的运动迫使阀关闭。在图10b中，在活塞向下运动时球7001的质量惯性使球远离阀座升起(横过阀的流体压差也起作用)。在图10d中可以看到，保持架7002在活塞向下运动期间阻止球7001从其阀座运动过远。使用没有弹簧的阀降低了成本和组装时间。可以使用盘代替球，这在图13中示出，其中盘可在保持架7011中运动(该阀将以如上针对阀7000所述的方式工作)。盘的使用可减小截留在阀上方的贯穿活塞的流体通道中的流体体积并且使该结构更不易截留气体。
本发明的喷射器的控制与现有技术的喷射器的控制有很大不同，如图14、15和图16a至16d所示。
在图14中可以看到用于控制现有技术喷射器的控制信号的图示。所用的操作模式称为脉宽调制控制。在实线中可以看到所选宽度的脉冲，这对应于传统燃料喷射器的打开持续时间。虚线表示其它较大的脉宽，即，传统现有技术喷射器的较长的打开持续时间。利用设定的供应压力，脉宽控制使得准确地控制由燃料喷射器输送的燃料量。
前进到图15，图15图示出由ECU 23产生以控制本发明的燃料喷射器19的控制信号。使用称为脉冲计数喷射的控制形式取代脉宽调制。在实线中可以看到六个不同的脉冲。这些是用于发动机操作的单个循环的脉冲，即，用于燃烧室13中单次燃烧的填充燃料输送的脉冲。每个脉冲代表喷射器19的一次操作。如上所述，因为喷射器19在每次操作中输送设定量的燃料，所以通过控制用于具体发动机操作循环的喷射器操作次数来控制用于燃烧的燃料输送总量。在实线所示的情况下，喷射器19操作六次来输送与喷射器在每次操作中的设定输送量的六倍相等的燃料总量。该燃料输送到进气通道20中，用于与空气混合而输送至燃烧室13中。在进气门18关闭的同时进行喷射器19的第一次操作，但在喷射器19的最后一次操作时阀也会是打开或至少开始打开。
在图15中，虚线脉冲表示在操作循环中可通过更多次数地操作喷射器来输送更大量的燃料。图15示出的可行脉冲计数总数为10个脉冲，提供了10倍于喷射器在每次操作中的设定输送量的燃料输送总量。
在图16a至16e中给出了更多的细节。图16a表示由ECU 23在线路24上接收到的凸轮轴信号或曲轴信号。信号中示出的脉冲指示曲轴或凸轮轴的旋转位置。可以看到，ECU 23对在其产生的控制信号中的自身脉冲定时，使其与图16a所示的定时信号中的脉冲同步。实际上，正是图16a的定时信号中的脉冲触发ECU 23以产生其自身控制脉冲，如图16b至16e所示。或者可利用每一发动机循环来自曲轴或凸轮轴传感器的仅一个定时脉冲在ECU 23的内部产生定时信号的脉冲。
图16b表示满负载操作。因此，在每个发动机循环(在图中的点划线之间发生一个发动机循环)中，ECU产生图16b所示的控制信号，该控制信号包括操作喷射器19十三次的十三个脉冲。这代表可输送而在燃烧室13中燃烧的燃料的最大量。
图16c表示针对部分负载操作在每个发动机循环中产生的控制信号。在该情况下，每个循环中的控制信号包括在每个发动机循环中操作喷射器19七次的七个脉冲。因此，每个发动机循环中输送的燃料量是在满负载操作中输送的总燃料量的7/13。
图16d表示在空转操作中，即在每个发动机循环中输送最少量燃料时ECU产生的控制信号。图16d表示在每个发动机循环中仅操作喷射器19四次。
最后，图16e表示发动机起动的例外情况，其中在燃烧室13中输送过浓的燃料空气混合物以能够起动发动机。针对每个发动机循环示出了十七个脉冲计数，这意味着在起动发动机时在每个发动机循环中操作喷射器19十七次。输送的总燃料是喷射器在每次操作时的设定输送量的十七倍。
应理解，上述发动机不需要单独的燃料泵和调压器并大大简化了ECU的功能。该燃料喷射系统包括对发动机中的期望燃料脉冲数进行计数以使发动机正确操作的简单控制系统。虽然其不具有现有技术系统可实现的控制程度(即，燃料输送总体积不能在一范围内连续变化，而仅能以设定间隔或设定量变化)，但这对于诸如在割草机中使用的简单发动机来说已经足够了。换言之，脉冲计数喷射可实现的控制对于输送至发动机的燃料量进行较粗略的控制，但这对于所涉及的简单发动机已经足够了。
如上所述，从喷射器输送的燃料可通到简单的平坦孔口或喷嘴(见图2)或者可穿过诸如压力喷嘴的雾化装置(下面参照图17、18、19、20至20d和21a至21d描述)或者静电充电单元(如图2所示)。喷射器(或脉冲单元)可紧密接合到雾化单元或位于发动机上离开一段距离的其它地方(即，图3的实施方式可具有通向距所示喷射器一段距离的配送喷嘴的燃料出口)。
燃料喷射器输送的燃料体积在一定程度上取决于发动机尺寸和发动机工作条件的范围。通常，喷射器的输送介于0.05mm3与0.8mm3每脉冲之间。如果假设在0.01mm3到0.5mm3每脉冲的范围，那么通常在每一发动机循环中输送的总体积将介于0.5mm3与10.0mm3之间。如果这样，那么正确的发动机操作所需的脉冲数量对于发动机空转来说将从每个发动机循环五个脉冲到十个脉冲不等，对于满负载操作将从每个循环二十个脉冲到五十个脉冲不等。
由于喷射器控制自身供应的燃料量，因此不需要控制燃料供应压力，这意味着可经由重力供料系统将燃料直接供给到喷射器，而不会由于燃料水平降低时燃料压差引起的压力变化而产生问题。或者，可使用简单的低压燃料泵，如经常与汽化器一起使用的那样。唯一的要求是向喷射器输送足够的燃料，从而燃料可自身再填充以用于下一脉冲。
在每个循环中(二冲程发动机中每两个冲程或者四冲程发动机中每四个冲程)输送至发动机的燃料总量确定为在喷射器的每次操作中配送的燃料体积与该循环中操作喷射器的次数之积。发动机管理系统可简单构造成根据传感器所测得的发动机所需的负载需求而在其控制信号中输送不同数量的脉冲。因此非常简单的电子控制单元可仅由几个I.C.芯片构成，I.C.芯片将传感器(例如节流位置电位计)测得的节流位置与为该节流位置赋予所需数量的脉冲计数的查询表做比较，然后ECU产生由线路24上的定时信号触发的脉冲，并对脉冲数量进行计数直到达到恰当的脉冲数量。然后脉冲喷射器被切断直到下一发动机循环。
转到图17，示出了内燃机的节气门体202。节气门体202包括图1中的进气通道20的进气通道部分200。进气通道部分200在一端204经由进气门18与发动机燃烧室13连通，在另一端206通常经由空气过滤器(未示出)与大气连通。节气门21位于进气通道部分200内，并且在节气门21的下游，在节气门21与进气门18之间具有在图3至图13中示出的前述类型的燃料喷射器19。
在图17的结构中，从燃料室52配送的燃料配送至燃料出口214，燃料出口214在图13的实施方式中包括混合室218和雾化喷嘴214。为了有助于产生在燃烧室中引燃时迅速燃烧的燃料和充入空气的混合物，燃料必须与充入空气有效混合。传统的汽化器和燃料喷射器通过在喷射器喷嘴的端部具有多个孔以形成从喷嘴到充入空气中的细微燃料喷雾而实现这点。本发明的雾化喷嘴214是音速喷嘴(在本领域也公知为临界流文丘里(venture)喷嘴或临界流喷嘴)。雾化喷嘴也可以是鼓风喷嘴。
音速喷嘴常常用作流体流动标准，因为只要横过它们的压差超过预定阈值，它们就提供恒定的体积流速。图18中示出了音速喷嘴的示意图。该喷嘴包括文丘里管350，其内径变窄以提供喉管。文丘里喉管的上游352的流体处于比文丘里喉管的下游354更高的压力下。流入喷嘴的流体在狭窄的喉管区域中加速。流体在喉管中的速度接近音速。一旦实现该条件，穿过音速喷嘴的流速就会保持恒定，即使下游压力明显变化也是如此，当然这是假设横过喷嘴的压差继续超过预定阈值。因此在当前情况下，实现进入到充入空气中的恒定燃料流速。应指出，只要下游压力保持小于上游压力的大约85％-90％，音速喷嘴就会提供与下游压力突然改变无关的恒定流速。
在本发明中，穿过音速喷嘴214的燃料通道有助于将燃料配送至充入空气中。实际上，因为穿过喉管302的燃料速度接近音速，所以喷嘴214用作将液体燃料分解为细小颗粒雾的高效雾化器。通常，充入空气中的燃料喷雾越细，实现的燃烧过程越好。虽然不好理解音速喷嘴在雾化燃料时的准确操作，但认为在音速喷嘴的高速区域中穿过冲击波的液体燃料通道在液体表面上产生了非常高的切应力并且在液体内产生了空泡，这两个过程都导致燃料非常细微的雾化并配送至充入空气中。
混合室218位于出口止回阀53与喷嘴226之间。在图17和图19的放大图中可以看到，节气门体202还包括空气旁路通道240，这构成了与混合室218和其中空气处于大气压下的区域都连通的通道。
喷射器19配送的燃料穿过混合室218接着穿过音速喷嘴226。而且进气通道200中的低压通过空气旁路240吸入空气。从而空气流动穿过空气旁路管240并将喷射器19配送的燃料带入混合室218中。空气旁路240中的空气比进气通道200中的空气压力高，因此在燃料从喷嘴214配送时，其被夹带在来自通道240的空气流中经由音速喷嘴214进入进气通道200。这使得配送的燃料雾化。
图20a至20d表示用于喷口燃料喷射器的“空气辅助”音速雾化器在用于发动机的两个不同负载状态的发动机循环中的操作。
喷射器19输送燃料并控制燃料量。进气口中的空气运动产生雾化效果。这允许各个过程完全优化以利用最少的能量实现最大的效果。
在图20a和20c中，当发动机进气门18关闭时，在发动机循环期间将燃料引入混合室218。在这些情况下(无论发动机负载如何)空气很少运动，因此在发动机循环时期内输送的燃料将聚积在该混合室中。当发动机进气门18打开时，空气通过进气口吸入燃烧室13。在图20a和20b所示的部分负载情况下，节气门21部分关闭并且空气流将产生横过节气门21的压差。在图20c和20d所示的满负载(节气门敞开)情况下，此时的空气速度在文丘里喉管302中产生压降。
对于混合室中聚集的燃料体积，流动通过旁路通道240的空气开始引起燃料泡腾，当空气流和带入的燃料在音速喷嘴214中速度增加(由于截面积减小)时，产生了大的剪力，导致燃料在吹入进气口时发生很好的雾化。
该过程不仅产生雾化良好的燃料喷雾，而且具有这样的优点，即，其定时与进气门18打开一致，从而燃料直接吸入燃烧室13而不会淀积在进气口的壁上。而且该定时效果允许发动机循环的其余部分对进入混合室218的燃料进行计量，从而允许使用低压喷射器，而不具有其固有的由于雾化不良燃料而引起问题的雾化不足。
这样，以最佳的发动机定时利用最少的能量输送雾化得非常好的燃料。
进气口中的改进的燃料雾化改善了燃料空气混合，因此改善了发动机中的燃烧过程，这降低了排放并降低了燃料消耗，而且小型发动机更容易起动。
空气旁路240不限于供应空气，而是可以可选地连接到气体源以提供有助于雾化或燃烧的替代气体。另一可用气体的这样一个实施例是来自发动机的排气(即，排气再循环)。
音速喷嘴214可包括例如如图21a至21d所示那样的不同形状的孔口。当垂直于流动方向获取截面时，标准音速喷嘴的孔口为圆形，如图21a所示。喷嘴孔口的可选形状包括如图21b所示的线性延伸的孔口，如图21c所示的十字形或者如图21d所示的较小圆孔口的簇。
图22表示根据本发明的发动机的另一实施方式，该发动机具有电子控制的机械动力喷射器，而不是如前所述的电子动力喷射器。
在图22中可以看到内燃机80，其包括气缸81，在气缸81中活塞82往复运动，并且在气缸81和活塞82之间限定有燃烧室83。活塞82通过连杆84连接到曲轴85，曲轴85又连接到具有凸轮的凸轮轴(未示出)，凸轮通过它们的凸轮作用而操作两个提升阀87和88。提升阀87和88是发动机的排气门和进气门。这些阀与活塞82和气缸81成时间关系地打开和关闭。设置复位弹簧(未示出)以将提升阀87和88偏压至它们的阀座中。发动机80是简单发动机，例如割草机或其它园艺设备的单缸发动机。发动机80具有燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括布置成将燃料输送至进气门88上游的进气通道89中的燃料喷射器90。在进气通道89中放置节气门91以节流燃烧室83中的充入空气流。一传感器连接到节气门91并产生指示节气门91的位置的信号，该信号作为电子信号供应至发动机控制单元92。
图22的燃料喷射系统包括设置在轮94的周面上的凸轮面93，轮94安装在曲轴85上并与其一起旋转。燃料喷射器96通过凸轮面93驱动并且在图23中更加详细地示出。
在图23中可以看到，燃料喷射器96包括燃料入口97，燃料入口97接收通过重力供料系统(未示出)从燃料箱(未示出)向其供应的燃料。燃料可从燃料入口97进入燃料室98，由第一弹簧加载的单向阀99控制燃料流动。第二弹簧加载的单向阀100控制燃料流出燃料室98至燃料出口101。燃料出口101通过燃料管路120(见图22)连接到输送喷嘴和雾化器90。
活塞102可滑动地安装在喷射器96的壳体123中并且可在燃料室98中滑动。活塞102具有凸轮从动件103，凸轮从动件103是可旋转地安装在活塞102的一端处的滚子从动件。滚子从动件103与凸轮面93接合并与该凸轮面93(见图22)随动。活塞102并因此滚子从动件103被偏压弹簧104偏压成与凸轮面93接合，偏压弹簧104作用在喷射器的主体103与设置成从活塞102径向向外延伸的肩部105之间。
而且在喷射器96中设置控制螺线管106，该控制螺线管106通过在线路107上提供的信号进行电子控制，来自发动机控制单元92的控制信号沿着线路107经过。螺线管106可作用在超越枢轴(over-ride pintle)108上，该超越枢轴108包括穿过螺线管106延伸的杆113和越过控制螺线管106的一端从杆113径向向外延伸的盘109。
在喷射器的操作中(从其中活塞102占据使燃料室98具有最大容积的位置开始，并假设燃料室98充满新鲜燃料装料)，活塞102会在凸轮面93的作用下被推入室98中。因此活塞102会将燃料从室98排出，燃料将流出燃料出口101，单向阀100打开以允许从燃料室98配送燃料，同时单向阀99相对于燃料室98密封燃料入口97。被迫流出燃料室98的燃料沿着燃料管120传送到输送喷嘴90而作为喷雾输送至进气通道89中。随后，活塞102(与凸轮面93的轮廓随动且在偏压弹簧104的作用下)运动而使燃料室98的容积增大。其效果是关闭单向阀100同时打开单向阀99。然后燃料将从燃料入口97吸入燃料室98直到达到最大的燃料体积，于是再次开始所述过程。
在图24中可以看到，喷射器96与凸轮面93相互作用，并且可清楚地看到凸轮面93包括由例如基圆区域111的基圆区域分开的诸如脉冲波瓣110的脉冲波瓣，脉冲波瓣通常具有半径比基圆大0.1到0.5mm的波峰。在图10中看到，轮94具有总共二十个脉冲波瓣以及半径恒定的部分112。当滚子从动件103与部分112接合时，脉冲喷射器96停用。
如果控制螺线管107在整个发动机循环中保持停用，那么凸轮面上的各个脉冲波瓣(例如脉冲波瓣110)会致使从脉冲喷射器96配送一定量的燃料。在轮94的每次周转中喷射器96配送二十个单独的燃料脉冲。应理解，每个脉冲波瓣110具有相对于基圆的高度，该高度与所有其它脉冲波瓣的相同，从而活塞102在每次操作中移动设定量，使得在喷射器96的每次操作中由喷射器96配送的燃料量都相同，即，喷射器96的每次燃料配送都相同。轮94的每一转操作喷射器96二十次代表在每个操作循环中发动机可实现的最大燃料体积输送，这种情况例如用于发动机起动时。
控制螺线管107能够控制喷射器96。在螺线管106通电时，枢轴108会与单向阀99接合并迫使其打开且保持其打开。当单向阀99打开时，活塞102的运动就仅致使将燃料从燃料入口97吸入室98，然后将燃料从室98排回燃料入口97。没有燃料从室98经由单向阀100排出。因此ECU可控制喷射器96的操作并且可控制喷射器96输送多少个燃料脉冲，因此控制在每个发动机循环(二冲程发动机中每两个冲程或者四冲程发动机中每四个冲程)中输送的燃料总量。
在图25中可以看到可用于图22的发动机中的喷射器150代替了图示的喷射器96。喷射器150包括燃料入口151，燃料入口151接收通过重力供料系统(未示出)从燃料箱(未示出)向其供应的燃料。燃料可从燃料入口151进入燃料室152，该燃料流动由第一弹簧加载的单向阀153控制。第二弹簧加载的单向阀157控制燃料流出燃料室152至燃料出口154。燃料出口154通过图22的燃料线路120连接到输送喷嘴和雾化器90。
弹性排量隔膜155密封燃料室152。隔膜155设有凸轮从动件接触垫156。接触垫156将与凸轮面接合并与该凸轮面(未示出)随动。接触垫156在隔膜155的弹性作用下被偏压成与该凸轮面接触。该凸轮面可在ECU 92的控制下改变性质从而向接触垫156输送数量可变的脉冲。这例如通过与凸轮94并排安装第二控制轮95而实现，该第二控制轮95可与凸轮94一起旋转，而且可在ECU的控制下相对于凸轮94旋转。图26中示出了凸轮94和控制轮95的该结构。控制轮95具有第一扇区95a和第二扇区95b，第一扇区95a具有半径恒定的外周，该半径等于距凸轮94的每个波瓣110的波峰的径向距离，第二扇区95b具有半径恒定的外周，该半径等于距凸轮111的每个基圆区域111底部的径向距离。在一个极端情况下，控制轮95的第二扇区95b与凸轮94的所有波瓣和基圆部分对齐，从而它们在使隔膜155变位方面都起作用。因而，当控制轮95和凸轮94相对彼此旋转时，控制轮的第一扇区95a与一部分凸轮波瓣110和基圆部分111对齐，从而由于控制轮95的较大径向高度“覆盖”了凸轮94的基圆部分111而使这部分凸轮波瓣和基圆部分“禁用”。
在喷射器150的操作中(从其中隔膜155占据使燃料室152具有其最大容积的位置开始，并假设燃料室152充满新鲜燃料装料)，隔膜会在凸轮110的作用下挠曲以减小燃料室152的容积，从而将燃料从室152排出而流出燃料出口154，单向阀157打开以允许从燃料室152配送燃料，同时单向阀153相对于燃料室152密封燃料入口151。被迫流出燃料室152的燃料将沿着燃料管120传送到输送喷嘴90而作为喷雾输送至进气通道中。随后，隔膜155(与凸轮面的轮廓随动且由于其自身弹性)挠曲而使燃料室152的容积增大。其效果是关闭单向阀157同时打开单向阀153。然后燃料将从燃料线路151吸入燃料室152直到达到最大体积，这时再次开始所述过程。
在发动机的每个操作循环中，隔膜155通过在该循环中可操作的每个凸轮波瓣挠曲以将燃料从燃料室152排出，凸轮波瓣的可操作数量例如通过使上述控制轮相对于凸轮旋转而由ECU选择。
与图1的发动机一样，图22的发动机不需要加压燃料供应的高压泵或者控制供应燃料压力的压力调压器。发动机也不需要先进的ECU来控制燃料喷射器的操作。取而代之的是，ECU可由简单的I.C.芯片构成，这些芯片共同选择用于给定发动机负载(由发动机负载传感器91感测)的适当脉冲数，然后在停用喷射器之前对发动机循环中输送的脉冲数进行计数。
对于图22的发动机，甚至可以通过节气门与喷射器96之间的一些连杆而布置用于喷射器96的机械控制器。
在上述发动机的所有实施方式中，发动机的每个工作气缸仅使用单个喷射器。然而，申请人构想到每个工作气缸可设有多个喷射器。这可具有两个优点。首先，为了在每个发动机循环中输送给定量的燃料，每个个体喷射器的操作次数减少，这具有实际好处，因为每个喷射器在使用中不需要以很快的速度操作。其次，如果用于具体工作气缸的喷射器构成为使它们输送彼此不同的燃料量，那么发动机管理系统可控制二者的操作，使得会对每个工作循环中输送的燃料量进行“更精密”的控制。例如，如果发动机设有每个脉冲喷射0.1mm3的单个发动机，那么每个发动机循环喷射的总燃料必须是0.1mm3的倍数，即，0.1mm3、0.2mm3、0.3mm3直到0.5mm3。然而，如果发动机设有两个喷射器，一个喷射0.1mm3的脉冲而另一个喷射0.05mm3的脉冲，那么发动机在每个发动机循环中能够输送的燃料总量可以是0.05mm3、0.1mm3、0.15mm3、0.2mm3等等。实现这点所利用的喷射器操作次数比工作气缸仅具有一脉冲能喷射0.05mm3的喷射器的情况下所必需的喷射器操作次数更少。

Claims (26)

1.一种内燃机，该内燃机包括：
可变容积的燃烧室；
用于将充入空气输送至所述燃烧室的进气系统；
用于将燃烧后的气体从所述燃烧室传送到大气的排气系统；以及
用于将燃料输送至所述充入空气以与该充入空气一起在所述燃烧室中燃烧的燃料喷射系统；其中所述燃料喷射系统包括：
多个燃料喷射器，每个燃料喷射器用作正排量泵，并配送对于该喷射器的每次操作固定的燃料量；
所述多个燃料喷射器中的至少第一燃料喷射器配送与所述多个燃料喷射器中的第二燃料喷射器配送的第二设定量不同的第一设定量的燃料；以及
控制器，该控制器控制所述多个燃料喷射器中的每一燃料喷射器的操作，
其中：
在至少大部分发动机循环的每一循环中，所述燃料喷射器被所述控制器操作多次；
响应于发动机转速和/或负载的增加，所述控制器通过增加每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而增加每个发动机循环输送的燃料量；并且
响应于发动机转速和/或负载的减少，所述控制器通过减少每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而减少每个发动机循环输送的燃料量。
2.如权利要求1所述的内燃机，其中，所述燃料喷射器使用电能从其配送燃料，所述控制器是产生脉冲控制信号以控制所述/每个燃料喷射器的电子控制器，每个脉冲使所述/每个燃料喷射器配送燃料并且所述电子控制器改变每个发动机循环的脉冲数以改变输送的燃料量。
3.如权利要求1或2所述的内燃机，其中，所述/每个燃料喷射器包括压电元件组，该压电元件组在长度增加时迫使燃料流出所述燃料喷射器。
4.如权利要求2所述的内燃机，其中，所述/每个燃料喷射器包括电线圈。
5.如权利要求3或4所述的内燃机，其中，所述/每个燃料喷射器包括在其中形成燃料室的壳体，燃料从该燃料室被迫流出所述/每个燃料喷射器，所述/每个燃料喷射器具有用于允许燃料进入所述燃料室的燃料入口和燃料被迫从所述/每个燃料喷射器流出所经由的燃料出口，所述/每个燃料喷射器还具有第一单向阀，该第一单向阀允许燃料从所述燃料入口流入所述燃料室，同时防止燃料从所述燃料室流回到所述燃料入口，所述/每个燃料喷射器还具有第二单向阀，该第二单向阀允许燃料流出所述燃料室至所述燃料出口，同时防止燃料从所述燃料出口回流到所述燃料室。
6.如权利要求2至5中任一项所述的内燃机，其中，设置传感器以监控发动机负载并向所述电子控制器提供指示发动机负载的信号，该电子控制器考虑该发动机负载而计算在每个发动机循环中产生多少个脉冲。
7.如权利要求6所述的内燃机，其中，一传感器与所述发动机的曲轴或凸轮轴相关联，并产生与所述曲轴或凸轮轴的旋转相关的定时信号，所述电子控制器使用该定时信号从而触发产生的脉冲。
8.如权利要求1所述的内燃机，其中，所述/每个燃料喷射器被凸轮面机械驱动，所述/每个燃料喷射器包括被偏压弹簧偏压成与所述凸轮面接合并且可通过所述凸轮面变位以迫使燃料流出所述燃料喷射器的活塞，所述凸轮面包括多个凸轮波瓣，每个凸轮波瓣可在每个发动机循环期间与所述活塞相互作用，并且所述控制器控制在每个发动机循环中这些凸轮波瓣有多少个使所述活塞迫使燃料流出所述/每个燃料喷射器。
9.如权利要求8所述的内燃机，其中，所述/每个燃料喷射器包括具有燃料室和燃料出口的本体，所述活塞迫使燃料通过所述燃料出口流出所述燃料室，所述/每个燃料喷射器还具有燃料入口，燃料通过该燃料入口引入所述燃料室，所述/每个燃料喷射器还具有单向入口阀和单向出口阀，所述单向入口阀可操作以允许燃料从所述燃料入口流入所述燃料室，同时防止燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，所述单向出口阀可操作以允许燃料流出所述燃料室至所述燃料出口，同时防止燃料从所述燃料出口回流到所述燃料室。
10.如权利要求8所述的内燃机，其中，所述单向入口阀可被所述控制器禁用，并且在禁用时允许燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，在第一单向阀被禁用时所述活塞的运动仅用于将燃料从所述燃料入口吸入所述燃料室，然后将燃料排出所述燃料室而回到所述燃料入口。
11.如权利要求1所述的内燃机，其中，所述/每个燃料喷射器被凸轮面机械驱动，所述燃料喷射器包括可通过凸轮表面变位以迫使燃料流出所述燃料喷射器的柔性隔膜，所述凸轮面包括多个凸轮波瓣，每个凸轮波瓣可在发动机循环期间使所述隔膜挠曲，并且所述控制器控制在每个发动机循环中这些凸轮波瓣有多少个使所述活塞迫使燃料流出所述/每个燃料喷射器。
12.如权利要求11所述的内燃机，其中，所述/每个燃料喷射器包括具有燃料室和燃料出口的本体，所述隔膜的挠曲迫使燃料通过所述燃料出口流出所述燃料室，所述/每个燃料喷射器还具有燃料入口，燃料通过该燃料入口引入所述燃料室，所述/每个燃料喷射器还具有单向入口阀和单向出口阀，所述单向入口阀可操作以允许燃料从所述燃料入口流入所述燃料室，同时防止燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，所述单向出口阀可操作以允许燃料流出所述燃料室至所述燃料出口，同时防止燃料从所述燃料出口回流到所述燃料室。
13.如权利要求11或12所述的内燃机，其中，该内燃机包括凸轮控制装置，该凸轮控制装置能够使所述凸轮面的一个或多个凸轮波瓣不可操作，所述控制器使用所述凸轮控制装置控制在每个发动机循环中有多少个凸轮波瓣使所述隔膜挠曲并迫使燃料流出所述燃料喷射器。
14.一种内燃机，该内燃机包括：
可变容积的燃烧室；
用于将充入空气输送至所述燃烧室的进气系统；
用于将充入空气输送至所述燃烧室的排气系统；
用于将燃烧后的气体从所述燃烧室传送到大气的排气系统；以及
用于将燃料输送至所述充入空气以与该充入空气一起在所述燃烧室中燃烧的燃料喷射系统；
其中所述燃料喷射系统包括：
多个燃料喷射器，每个燃料喷射器用作正排量泵，并配送对于该喷射器的每次操作固定的燃料量，所述多个燃料喷射器中的至少第一燃料喷射器配送与所述多个燃料喷射器中的第二燃料喷射器配送的第二设定量不同的第一设定量的燃料；以及
控制器，该控制器控制所述多个燃料喷射器中的每一燃料喷射器的操作，其中：
在至少大部分发动机循环的每一循环中，所述燃料喷射器被所述控制器操作多次；
响应于发动机转速和/或负载的增加，所述控制器通过增加每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而增加每个发动机循环输送的燃料量；
响应于发动机转速和/或负载的减少，所述控制器通过减少每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数而减少每个发动机循环输送的燃料量；
每个燃料喷射器被凸轮面机械驱动，每个燃料喷射器包括通过偏压弹簧作用并且可通过所述凸轮面变位的活塞，该活塞沿一个方向的运动将燃料吸入所述燃料喷射器的燃料室，该活塞沿另一个方向的运动迫使燃料流出所述燃料室，所述凸轮面包括多个凸轮波瓣，每个凸轮波瓣可在每个发动机循环期间驱动所述活塞，并且所述控制器控制在每个发动机循环中有多少个所述凸轮波瓣使所述活塞迫使燃料流出各个燃料喷射器；
每个燃料喷射器包括燃料出口和燃料入口，所述活塞迫使燃料通过该燃料出口流出所述燃料室，燃料通过所述燃料入口被引入所述燃料室，每个燃料喷射器还具有第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀可操作以允许燃料从所述燃料入口流入所述燃料室，同时防止燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，所述第二单向阀可操作以允许燃料流出所述燃料室至所述燃料出口，同时防止燃料从所述燃料出口回流到所述燃料室；并且
每个燃料喷射器的所述单向入口阀可被所述控制器禁用，并且在禁用时允许燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，在所述第一单向阀被禁用时所述活塞的运动仅用于将燃料从所述燃料入口吸入所述燃料室，然后将燃料排出所述燃料室回到所述燃料入口。
15.如权利要求14所述的内燃机，其中，所述单向入口阀设有由所述控制器电子控制的控制螺线管，该控制螺线管作用在可与所述第一单向阀接合以迫使该第一单向阀打开的超越枢轴上。
16.如权利要求14或15所述的内燃机，其中，所有凸轮波瓣的高度相同。
17.如权利要求14至16中任一项所述的内燃机，其中，所述凸轮波瓣设置在也具有半径恒定部分的轮上。
18.如权利要求14至16中任一项所述的内燃机，其中，所述/每个燃料喷射器的所述活塞具有凸轮从动件，该凸轮从动件是与所述凸轮面接合并与所述凸轮面随动的滚子从动件。
19.如前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，该内燃机具有进气通道、设置在该进气通道中的文丘里管、位于所述进气通道中的节气门和将空气输送至所述节气门下游的所述进气通道的旁路通道，空气通过所述进气通道输送至所述发动机的燃烧室，其中所述/每个燃料喷射器将燃料输送至混合室，燃料被来自所述旁路通道的空气带入该混合室中，然后混合的燃料和空气经由喷嘴输送至所述文丘里管的喉管。
20.如权利要求19所述的内燃机，其中，所述空气旁路通道连接到大气。
21.如前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，该内燃机具有进气通道、设置在该进气通道中的文丘里管、位于所述进气通道中的节气门和将排气或空气和排气的混合物输送至所述节气门下游的所述进气通道的旁路通道，空气通过所述进气通道输送至所述发动机的燃烧室，其中所述/每个燃料喷射器将燃料输送至混合室，燃料被来自所述旁路通道的空气带入该混合室中，然后混合的燃料和空气经由喷嘴输送至所述文丘里管的喉管。
22.如权利要求19至21中任一项所述的内燃机，其中，所述喷嘴是音速喷嘴。
23.如权利要求19至22中任一项所述的内燃机，其中，所述喷嘴是具有非圆形孔口的雾化喷嘴。
24.如权利要求19至22中任一项所述的内燃机，其中，所述喷嘴是具有孔口阵列的雾化喷嘴。
25.一种操作如前述权利要求中任一项所述的内燃机的方法，该方法包括：
在每个发动机循环中使用所述/每个燃料喷射器将多个燃料脉冲输送至所述燃烧室；以及
响应于发动机转速和/或负载的变化，使燃料脉冲数因发动机循环而异，从而控制在每个循环中输送至所述燃烧室的燃料总量。
26.如权利要求25所述的方法，其中，每个发动机循环的燃料脉冲数在紧随发动机起动之后的阶段内保持第一高水平，然后在随后的发动机循环中降低至较低水平直到该发动机的下一次起动。
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