CN1052294C - 二冲程通用内燃机 - Google Patents

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Abstract

在二冲程通用型内燃机中，涉及以下方法与设备；采用了储能器型喷射器，它有储能器腔与控制腔，两者由燃油加压至大致相等的压力，储能器腔中的燃油压力给阀针施加一向上力，控制腔中的燃油压力给阀针加相反的向下力。此两腔用往复运动柱塞泵加压，柱塞由曲轴上的凸轮凸起部驱动，经双向螺线管阀从控制腔中通流出燃油引发喷射。喷射质量通过改变相对于泵柱塞TDC的点火定时改变。借助缺火运转使发动机功率在满功率与空转间变化，而缺火运转是在一系列预定个数的曲轴循环中，相对于一或多个发动机的曲轴循环通过不喷射燃油来实现。

Description

二冲程通用内燃机
本发明涉及二冲程循环(以后简称为二冲程)内燃机，确切地说，涉及到小型的通用二冲程发动机。
小型的通用二冲程发动机当前已广泛用于世界各地这样一些用途中，例如用于尼龙缆毛纱清除器、叶片吹风机、链锯、小型耕作机具、小型发电机设备、液体泵、喷射式滑雪器具、机器脚踏车，等等。这种小型的两冲程发动机通常是活塞型气口式单缸发动机，通过化油器来燃烧汽油。
在二冲程通用内燃机领域的这类小型通用发动机当前是危险污染物的严重发射源，而它们又广泛地用于世界各地，构成一个严重的积累污染的问题。申请者获悉，加利福尼亚州1999年将开始对这类发动机实施更严格的排污标准，同时申请者也了解到，当今世界上尚无任何地方制造出能接近满足上述新标准的小型双冲程通用式发动机。据信其它各州也将仿随加州的作法。
从小型活塞-气口式二冲程火花点火的发动机排放出不相称水平的危险污染物的问题，只能通过对这种发动机的整个作业范围来改进其燃烧状况来解决。直接的在缸内进行燃料喷射的方式，通过定时的喷射燃料来防止未燃的燃料在换气过程经由排气口逸出，能够显著地减少未燃烧的碳氢化合物排放量。但是中请者尚不知有任何人在小型二冲程通用发动机中使用过直接的缸内燃料喷射方式。这无疑是由于传统的电子控制的储能器燃料喷射系统对此种发动机来说价格过高而又复杂。先有技术的这样一种燃料喷射系统已公开于Beck等人的美国再颁发专利RE 33270号中。
一氧化碳(CO)污染物主要源于专门用来产生CO2的燃烧过程中的氧不充分。在有过量空气可资利用的稀燃烧过程中，几乎不存在有CO。但在不完全燃烧中，会形成均质的稀混合气而添加到HC污染物上。引进某种程度的可燃混合气浓度分层能够解决不完全燃烧和氧不充分的问题。在此种方法中，对于均质的理想配比的加料同时附以过量空气的气阱以完成氧化过程。这种燃烧技术最易通过短时间的高压燃料喷射实现。柴油机代表了采用缸内喷射来实现分层混合气燃烧和几乎不存在CO污染物的主要例子。但是这种燃料喷射系统对于二冲程通用发动机仍然是极其昂贵和复杂的。申请者尚不知在任何先有技术小型活塞-气口式两冲程通用发动机中，采用过任何这种充气分层方法。
在活塞-气口式二冲程火花点火的发动机中，由于固有的废气再循环和形成的低的燃烧温度，(氮的氧化物)自然很低。于是在这种二冲程火花点火的通用发动机中，NOX不会成为一个显著的排污问题。
小型二冲程火花点火发动机的另一个污染物问题涉及到部分负荷运转问题，其中通过发动机的燃料流与空气流两者都已减少，以便维持可燃的空气与燃料的混合物。空气流的这种限制通常由节流来实现，结果在部分负荷运转中就会增加泵气损失和制动马力燃油消耗比。此外，对于曲轴箱扫气型的二冲程发动机，在部分负荷运转中，由于出现有剩余的废气、降质的扫气效率以及燃烧/空气比控制不良通常会缺火。这种部分负荷缺火结果将增多未燃烧的燃料污染物和加大燃料消耗。
通过缺火运转或消除某些发火循环来提供空的和部分负荷的发动机运转时，假定在发动机的不发火循环中不会有燃料引入到气缸中，是可以解决这种部分负荷下排出污染物的问题。这样就排除了化油器的燃料吸入而要求燃料喷射，由不吸引的喷射来造成缺火。这种缺火技术公开在上述Reck等人的美国再颁布专利RE33270号中，同时也见于SAE(美国汽车工程师学会)的一篇技术论文，#841094，1984年9月，Messrs.S.Zayula等人，文中提出在二冲程摩托车发动机中除有效循环。他们描述到一种精致的试验装置，但他们所描述的也不过是一种试验室设备而已。Zayula等人论文的目的在于示明，在单缸二中程发动机中除有效循环对两轮车辆振动特性的影响。
在下面的描述中包括了本发明的申请者所了解到的最相关的先有技术。
考虑到有关技术中的上述问题和其它问题，本发明总体目的在于提供一种小型的二冲程发动机，最好是火花点火式的，它能特别适用于小型设备的通用性目的，例如用于毛纱清除器、叶片吹风机、链锯、小型耕作机具、小型发电机设备、液体泵、喷射式滑雪器具、机器脚踏车等等，它对于小型的二冲程发动机具有特低程度的危险性排污。
本发明的另一个总体目的在于提供一种结构特别简单，因而能经济生产的小型二冲程发动机。
此外，本发明的第三个目的在于提供具备所述特性的一种小型二冲程发动机，它具有包括气缸、气缸盖与燃料喷射器的一个整体。
本发明的第四个目的在于在一小型的二冲程发动机中，提供一种新颖的方法与设备用来直接在缸内进行燃料喷射，此种方法与设备既简单又经济，能实际应用于生产成本成为关键的小型二冲程通用型发动机。
本发明的第五个目的在于提供一种适用于小型通用发动机的燃料喷射系统，它能使储能器型燃料喷射装置极其有利地用于高压气缸内喷射而获得良好的喷雾，从而是良好的燃烧特性。
本发明的第六个目的在于为小型二冲程通用发动机提供一种储能器型的燃料喷射系统，它不需如通常电子控制的储能器型燃料喷射系统那样采用三通螺线管阀，而后者对于小型通用发动机来说则是太昂贵与复杂了。
本发明的第七个目的在于为小型二冲程通用发动机提供一种储能器型的燃料喷射系统，它通过打开一简单的双向螺线管阀对喷射工作进行控制与定时，并且是用流体力学的方法而不是用电子方法将压缩的燃料输入到储能器腔以及在喷射器针阀上方的控制腔内，通过双向阀螺线管阀引发的喷射将压缩燃料从控制腔排出。
本发明的第八个目的在于提供一种新型的高压泵装置用来对所述储能器腔与控制腔同时加压，此种泵装置具体体现在一种由曲轴上的凸轮的凸起部带动作往复运动的柱塞。
本发明的第九个目的在于提供一种具有所述特性的小型二冲程发动机，其中用来由燃料对储能器腔与控制腔两者加压的柱塞泵有一个输出压力释放阀，它在泵柱塞上止点之前打开，以确立施加给储能器与控制器的峰值压力，由此能在发动机的制造过程提供一致的发动机性能，当然要允许在从发动机至发动机的基础上有某种程度的制造公差。
本发明的第十个目的，在于利用双向螺线管阀相对于泵柱塞在趋近柱塞上止点时的加压和当此柱塞从上止点居退时的减压，定时地在喷射开始时刻来控制储能器中的压缩燃料量，由此来控制喷射过程中所喷射的燃料物质量。
本发明的第十一个目的在于由缺火运转来控制小型二冲程发动机的功率输出，其中在发动机各个循环中通过燃料喷射从而发火时即产生发动机的满功率，而通过在各个发火周期形成不着火的发动机循环来降低发动机的功率，所降低的功率量则由各个发火循环间一系列不发火的发动机循环的次数来确定；在发动机空转时，对于发动机的每个一系列转动循环只有一个发火循环，例如每八个发动机循环有一个发火循环，或对于每六个发动机循环有一个发火循环。
本发明的第十二个目的在于通过一种利用脉冲除法器逻辑电路的发动机控制装置(ECU)，对数字或模拟的负荷命令输入作出响应，以控制缺火运转发动机的功率。
本发明的第十三个目的在于为点火同时为ECU提供电功率，或是对于利用磁铁的小型二冲程通用发动机通过一种常规的点火系统，或是通过一独立的发电装置，这两者都能结合发动机的飞轮起动。
本发明的第十四个目的在于根据发动机飞轮上边缘的磁铁装置为ECU提供基准定时，使ECU能精确地控制螺线管通风阀的定时，从而控制相对于曲轴位置开始的喷射过程。
本发明的第十五个目的在于给小型二冲程发动机提供一种高压储能器型的燃料喷射系统，它能在这种二冲程发动机中有效和预测充气分层，以解决不完全燃烧和缺氧的问题。
根据本发明，可将一种储能器型的燃料喷射系统应用到小型二冲程通用型发动机上，而不需用通常那种复杂的三通螺线管阀装置，其中的燃料添加与通风均由微机与之通风控制。上述那种通常的系统公开于Beck等人的美国再颁布专利RE33270中。相反，本发明则利用一种简单的双向螺线管通风阀以及一种液力-机械式高压燃料泵，后者利用曲轴上的凸轮和凸起部所驱动的往复运动的柱塞，给储能器的喷射器加压。此种柱塞泵同时给储能器腔与喷射器针阀上方的控制腔加压。根据从ECU传送给上述双向螺线管阀的间歇式电气形式的指令，通过给加压的控制腔通风而开始喷射过程。根据发动机速度与由发动机飞轮上的一或多个周边磁铁所起动的位置传感器，为ECU脉冲除法器，逻辑电路提供基准定时。利用缺火运转来顺序地在空转与满功率之间来改变发动机的负荷，而这种缺火运转则由输入到ECU脉冲除法器逻辑电路的发动机负荷的电力形式的指令控制，而这种输入则可以是数字的或模拟的。
此种高压柱塞燃料泵产生出大致的正弦波的压力变化，从基本上是大气压的最低压力到一预定的最高压力，后者对于喷射器的储能器腔与控制腔来说可以达到约69～138巴(1000～2000psig)，甚至更高。柱塞泵的这种输出分配到喷射器腔与控制腔的独立的输送导管中，而本发明的几种形式则提供了这两条输送导管的不同形式，它们能在喷射开始时改变储能器腔内的压力，因而相应地改变了所喷射的燃料质量。这种喷射的定时变化和对应的喷射的燃料质量，利用了泵柱塞升向其上止点或从此上止点回撤时这种高压泵的输出变化。
在方案A的形(图4)中，在储能器输送导管中有一止回阀而在控制腔导管中有一个可以变化的孔口，由此可使储能器腔内的压力在泵柱塞上止点之前上升而在柱塞上止点之后保持为全压。在此方案A的形式中，通过在柱塞上止点前开始喷射，可以减少喷射质量，但要是在柱塞上止点附近或之后开始喷射，则将常常出现全质量喷射。在本发明的另一方案B形式(图5)中，在储能器腔的输送导管中有一孔口，而在控制腔输送导管中有一止回阀。在这种装置形式下，随着泵柱塞上升向上止点，储能器腔中的压力将上升，随着泵柱塞回撤到上止点之后，储能器腔中的压力将下降，同时控制腔中的压力在柱塞升向其上止点时将上升，而在泵柱塞自柱塞上止点返回后，控制腔中将完全保持这种压力，在方案B形式中，通过在柱塞上止点之前或之后开始喷射，可以减少喷射质量，而在柱塞上止点附近喷射，则可以实现全喷射质量。
在本发明的方案C的形式中，在储能器腔供应导管与控制腔的供应导管上均设有孔口，通过在泵柱塞上止点之前或之后来开始喷射，可以减少喷射物质，而通过在泵柱塞上止点附近开始喷射则可以实现物质的全喷射。本发明的其它形式将详述于后。
在本发明的所有形式中，最好采用一种减压阀，这种阀最好是可调的，以便在柱塞泵的输出中可以保证储能器有预定的最大压力。此减压阀在接近泵柱塞的上止点时打开，以保证来自特定制造过程的所有发动机尽管在制造公差上有波动但却具有相同的储能器峰值压力。
从下面的详细说明和附图中当可更清楚地认识到本发明上述的和其它的目的与优点，在附图中：
图1是沿下面的图2中1-1线截取的基本垂直的轴向剖面图，部分正视部分示意地表明了本发明的一种二冲程点火式发动机，且有取图4中可任选的方案A形式的气缸盖部中的液压管路；
图2是沿图1中2-2线截取的部分正视的垂直剖面图；
图3是上述发动机沿图2中3-3截取的顶视平面图；
图4是一大大放大了的局部垂直轴向剖面图，部分正视，示明了本发明方案A形式的气缸盖结构的内部细节。包括储能器燃料喷射器，此喷射器的液压控制以及双向螺线管阀等的细节，在此储能器的输送导管中有一止回阀，而在控制器的输送导管中有一孔口；
图5与图4类似，但示明了供任选方案B的形式，其中的储能器输送导管中有一孔口，而控制腔输送导管中有一止回阀；
图5A与图4和图5类似，但更为局部，表明了本发明的供任选方案C的形式，其中各个储能器腔与控制腔的输送导管中都有一个孔口但都没有止回阀；
图6示意地表明了图1-4中所示本发明整个任选方案A的形式，包括燃料箱以及用来给ECU提供功率和激励螺线管阀的电话；
图6A是图6一部分的局部图，包括取触发器起动装置形式的手动减压阀调节装置，用来调节高压泵的减压阀，用以有效地改变供给于储能器腔与控制器的轨车压力；
图6B是类似于图6A的局部示意图，但其中有一个由ECU控制的和控给电功率的可变输油泵设在通向高压柱塞泵的燃料入口导管中，用以可变地升高供给于储能器腔和控制腔的压力；
图7A与7B对于体现本发明的有代表性的二冲程发动机例子，给出了说明和对应于十种发动机功能的十个曲线图；
图8示意地表明了本发明的一种缺火运转方法，其中提供了从怠速到满负荷的四种发动机功率输出装置；
图9与图8类似，示明了本发明的另一种缺火运转方法，其中提供了从怠速到满负荷的六种发动机功率输出装置；
图10是一曲线图，以单一曲线表明了本发明图4供任选方案A的形式的高压泵柱塞运动或控制腔压力相对于时间的函数关系；而
图11是一曲线图，包括了两条描绘出储能器压力相对于时间变化的曲线，这两条曲线在上升压力重叠而在下降压力区分开，呈本发明图5中任选方案B的形式的大致正弦波的压力曲线以及本发明图4中任选方案A的形式的具有大致平坦顶部和急速下降的压力的曲线。
体现本发明特点的二冲程循环(以后称作“二冲程”)小型燃料喷射式内燃机，可以按附图以及后述的几种不同任选形式提供，能按定时和所喷射的燃料量提供不同的变型，为此将相对于几种可任选的形式作详细描述。本发明的一个重要方面是，发动机是用储能器型燃料喷射器(储能器型喷油器)来添加燃料(加油)，以便在点火定时与油量两个方面能有所需的灵活性，同时能实现分层充气。本发明的二冲程发动机既可以火花点火也可以压缩点火，火花点火的发动机通常烧汽油，但也可烧气体燃料例如天然气、甲烷、乙烷、丙烷或丁烷；而依据本发明的压缩点火的二冲程发动机则一般是烧柴油的。
本发明所开发的主要是小型通用二冲程发动机，但应认识到本发明并不限于任何特定尺寸的二冲程发动机。当前预期将采用体现本发明的二冲程发动机的例子可以举出但不限于：尼龙缆毛纱清除器、叶片吹风机、链锯、小型耕作机具、小型发电机设备、用于泵送柴油燃料或是JP-5或JP-8飞机喷气发动机燃油的液体泵、喷射式滑雪器具、机器脚踏车，等等。下面详细示明和描述的本发明的形式则是火花点火的汽油机，但正如上面声明的，本发明并不受此限制。
所示明和描述的本发明的第一种形式后面有时称之为“供任选的方案A”或简称“方案A”形式，此种形式示明于图1-4中。图1-3示明本发明的方案A形式的总体，统一以10标明。图4是一大加放大了的轴向剖面图，示明了气缸盖的内部细节，包括储能器喷油器的，此喷油器的液压控制装置的，以及在本发明上述形式中最好要采用的双向螺线管阀的细节。
首先参看图1-3，发动机10有一个最好由铝铸的整体机身12，包括一个气缸14和气缸盖16，气缸盖16界定出燃烧室18。如图2清楚地表明且同样可于图1中看到，横向延伸的排气孔20穿过气缸14的壁部，而与之径向相对的横向上细长的进气孔22则在轴向上位于排气孔20之下而穿过气缸14的壁部，如图2所示。排气孔20与进气孔22此时的最佳相对位置将在后面相对于发动机10的作业详加说明。
曲轴箱24传统上一般是装附并密封于气缸14的底部上。曲轴26可旋转地安装在曲轴箱24的相对壁上的经适当润滑的轴承中，并穿过一面曲轴箱壁到达一功率输出端部28，同时穿过相对的曲轴箱壁去支承一外飞轮30。传统的小型实用二冲程发动机活塞32可沿轴向于汽缸14中滑动，在它的向下行程中，通过连接杆34可旋转地驱动曲轴26。有一对轴向上细长的径向相对的空气扫气或溢流孔凹座36设在气缸14与曲轴箱24中，而以传统的二冲程发动机方式工作的活塞32在其下行程中将点火用空气压缩到曲轴箱24内，并将此已压缩的空气通过扫气孔36释放到其向下行程底部邻近，而在此打开扫气孔36的上端，如图1与图2所示；然后此活塞在其相续压缩的上行程中将上述溢流的空气压缩入气缸14与燃烧室18中，并在同时于曲轴箱24内产生部分真空；活塞32在其趋近它的压缩行程的顶端时将打开在活塞裙下的进气孔22，使得曲轴箱24中的部分真空与气缸14的下部将导致使空气吸过进气孔22而进入气缸14的下部与曲轴箱24中，用于活塞32的下一个下行程中压缩。这样，按通常的二冲程方式，活塞32不仅用来在燃料/空气加料点火后于其下行程中提供机械动力，而且对于燃料/空气点火混合物的空气部分可用作为一种空气泵。此外，扫气孔36可以省除，而点火用空气可以由外部的空气泵装置(未示明)经进气孔22泵吸入气缸14中。
将一外螺纹的环形塞38拧合到气缸盖16中的相辅内螺纹环形凹座40中，在环形塞38中设有一对向上开口的扳紧孔。在螺纹塞38的下部中设有一向下开口的环形凹座42。阶梯式的环形孔43在气缸盖凹座40之下穿过气缸盖16与塞座42对准并具有较其为小的直径。储能器型的喷油器44的下部位于阶梯式的环形孔43之内，使喷油器44的下端暴露向燃烧室18；喷油器44的上部容纳于塞座42中，而喷油器44在其落座位置中为塞座42顶部的向下表面夹定于阶梯式孔43中。此喷油器44与螺纹塞38的详细结构清楚地示明于图4与5中，并将结合图4详述。
如图1与2所示，统一以46标明的高压泵是用于给喷油器44加油和给此喷油器针阀的弹簧腔加压的，此高压泵则是由曲轴26上的偏心凸轮的凸起部提供动力的。对于本发明的火花点火的烧汽油或烧石油气的发动机来说，上述高压泵46的典型峰值压力约为69～138巴(1000～2000psig)，但在具体应用中可较高或较低。对于本发明的压缩点火的发动机，例如柴油机，高压泵46的峰值压力要高得多，例如约为276～1380巴(4000～20000psig)。
泵46利用一根往复运动的柱塞50，此柱塞是在曲轴箱24壁中的柱塞腔52中依据偏心凸轮凸起部48的轮廓作往复运动。泵柱塞50借助凸轮凸起部48其压缩行程中向上运动，而通过腔52内的柱塞回位弹簧54在其进气行程中向下运动。泵46通过一低压进口导管56从油箱中接收油，此导管中有一止回阀来防止燃油在柱塞50的压缩行程中回流。燃油可以在基本上是大气压力下经进口导管供给于泵46，或可以进一步加压来避免在高速发动机运动中产生空穴现象，或者可如下面结合图6B所述用于改变功率，加压的燃油由泵46通过高压输出导管60输出，此高压输出导管则分成两支，一个是储能器腔输送导管62，一个是喷油器弹簧腔输送导管64。泵输出减压阀66如图2所示与柱塞腔52的头部通连，这在图6的示意性图示中描述得更详细。减压阀66最好设定成在泵柱塞50的上止点之前打开，使它能可靠地将输送至储能器腔与喷油器针阀弹簧腔的燃料压力控制到一个预设定的或调节好的量，这在以后将详细说明。从减压阀66溢流的燃油输出则经返回导管68返回到燃油箱中，如图2与图6所示。
图1、4与6所示本发明的方案A形式包括设在储能器腔输送导管62中的一个止回阀70，使得在喷油器44的储能器腔中的燃油压力在泵柱塞50的各个压力行程中，能达到泵输出减压阀66所确立的压力水平并保持这种压力直到开始喷油时。喷油器弹簧座腔输送导管64内最好有一个节流孔72，以限制若将喷油定时到在泵柱塞50的TDC(上止点)之后发生时(理由见后面所述)，会发生从弹簧座腔朝泵46的回流，孔72可通过手调校准。
上述喷油器弹簧座腔一般以74标明，而申请者通常把它视作喷油控制腔，这是因为从腔74内释放压力能相对于发动机曲柄角控制各喷油过程的定时。控制腔74有一高压输出导管76，它通向通常是关闭的双向螺线管阀78。激励螺线管阀78打开时会在控制腔输出导管76与反向通至燃油箱的螺线管阀出口导管80之间形成通连，由此从控制腔74内减压而加速喷射过程。喷油控制腔74的细节，它的输送导管64，它的高压出口导管76以及双向螺线管阀78示明于图4和图5中，并将结合图4详述。
示明在附图(图1与图6)中的发动机10是视它为具有用于小型二冲程通用机的常规点火系统的，当然也应认识到可另采用有独立的发电机与火花线圈。参看图1，此点火系统体现为一种磁电机，一般以82标明，由沿周边嵌于飞轮30中的一或多个永磁铁激励。磁电机82有初级和次级线圈，次级线圈的高压输出经过一引向通常的火花塞的火花塞绳84传达，参看图2、3与6。磁电机82中的初级线圈或独立的充电线圈有一个给发动机控制装置(ECU)90供电的低压输出导体88，其中的初级或充电线圈的电输出经整流给ECU供电，见以后说明。通过嵌设于飞轮30中的磁铁起动霍尔效应的磁性的发动机速度与位置传感器92，后者通过导线94与ECU相连。相对于ECU的一个发动机负荷命令输入导体96可取数字或模拟的传输形式，并能通过触发器起动。此种发动机负荷命令输入导体96的功能将于后面详述。通过导线98与100给螺线管阀78间歇式供电。
现在具体参看图4，燃油喷射器或喷油器44有一个整体式的圆筒形机身101，包括一个上方针状件导向部102和一个下方喷嘴部104。机身101有一个轴向定位凸缘106用来将机身101定位于阶梯式环形头孔43中。在喷嘴部124内设有一个面朝上和朝内的平截头锥形针座108。
此喷油器的阀针一般由110标明，它包括一个在径向上加大了的上方阀针部112，此上方阀针部有一个在阀针体导向部102内相补轴向孔113中的可滑动密封配合件，以及一个减小了的下方阀针部114，后者在阀针110的最低位置处于阀针座108上。在阀针部112与114之间有一个倾斜的过渡部115。
虽然任何常规的喷油嘴可用于本发明中，但申请者发现，那种“柱针式喷嘴”对于小型二冲程发动机的有效燃烧，具有特别良好的喷雾特性。此种柱针式喷嘴示明于图4中，一般以116标明。这种柱针式喷嘴包括一个阀针110的小直径下端的柄部118，此柄部从下方阀针部114起进一步减小，而在此减小的柄部118的下端有一个加大的柱针头120。柱针头120有一个大致朝上的平截头锥形表面，它可变化地使燃油喷雾大致沿径向朝外偏转向燃烧室18之内，这如以后将详加描述的，能在喷油过程中用来发展分层充气。
螺纹塞38中向下开口的环形凹座42有一个面向下的上端表面124，它与喷油器机身101的上端配合，以使处于某坐定位置的机身101固定于阶梯式的头部孔43中。塞38中的环形凹座42与头部凹座40的底部限定出喷油器44的一个主储能器腔126。在喷油器机身101中有一批沿环形规则地分开的流道128，从此主储能器腔126导向到喷油器机身101内的一个较小的副储能器腔130，由此再通向一个在径向上减小的出口腔132，然后将阀针座108转到柱针喷雾孔134处。喷油器机身凸缘106上的面向下的肩部136座定在一密封垫圈138上，此密封垫圈支承在阶梯式头部孔43的第一面向上阶梯上，而螺纹塞38则向下扭转，在垫圈138处形成密封。
现在参看塞38中喷油器控制腔74用的燃油液压管路，用调节螺钉给腔输送导管64中的孔72提供调节。此控制腔输送导管64的一个继续部分是在螺纹塞38中的一个输送导管部分64a，后者通向控制腔74。控制腔高压出口导管76有两个连续段，即在螺纹塞38中的第一段76a和在盖16中通向螺线管阀78。腔74的弹簧一般以142标明，并作为一种螺旋压缩弹簧压缩在阀针的顶端与螺旋塞38之间。塞38中周边内的环形槽144使得主腔输送导管64与其连续部64a甚易准直，还使得高压输出导管段76a与段76b无困难的准直。控制腔74的液压燃油管道是由处在环形槽144相对侧上螺旋塞38中的周边密封圈所密封。
继续参看图4来说明螺线管阀78的细致结构。阀78具有一个大致环形的管状体150，它置纳于头部铸件中相辅环形的朝上开口的腔152中。阀体150有一个外螺纹的下部154，它拧合到此腔152中一相辅的内螺纹的下部段。体150的上端有一六方头155，用来将体150拧合于腔152中。有一轴向通风道156朝下通过阀体150的下部而与阀的通风导管80通连，后者向下通过头铸件并引向燃油箱。
阀体150的上部有一横向高压进口通道158，它与控制腔高压出口导管部76b通连且通向体150内的一个轴向高压腔。一对密封圈162与163为高压导管段76b与进口通道158以及与高压腔160之间的通连提供合适的密封。环形阀通风口164在高压腔160与通风通道156间确立了通连关系，它通常为阀销166的半环形下端所封闭，此阀销的这一下端则一般由其上方的阀簧168向下对封闭位置加载。螺线管线圈170位于阀78的顶部，通常处于不激励状态。螺线管线圈170激励时使阀销166向上脱离阀座164，使得加压的燃油能迅速从控制腔74逸出，通过出口导管段76a与76b，通过阀体进口通道158与阀门通风口164至通风通道156与通风导管80，这样就能把控制腔74中的压力迅速下降到基本上是大气压。
这种从控制腔74的因而从喷油器阀针110顶端上的减压，可使副储能器腔130的向上液压力反抗阀针面115，克服针簧142的向下力，使阀针脱离开阀座108而开始喷油过程。这种喷射将继续到组合起的储能腔126与130中的压力下降到为针簧142的向下力所克服时，然后使阀针重新闭合到阀座108上，为喷油器44的另一作业循环作准备。
图1与2表明的是往复运动的泵柱塞50处于其下止点(BDC)位置，在偏心凸轮突起部48上的最低位置的情形。因凸轮突起部48的转动造成柱塞50从这一点起的向上运动将被视作为一个喷射燃油循环的开始。柱塞腔52已充填有在柱塞50上一个向下行程中通过进口导管56和止回阀58所供应的燃油。随着柱塞50的向上运动，它使压缩柱塞腔52、高压输出导管60与储能器腔输送导管62中的燃油，使之通过储能器止回阀70进入主存储器腔126中，通过通道128进入副存储器腔130与出口腔132中。与此同时，来自上升柱塞50的燃油压力便由高压输出导管60通过控制腔输送导管64以及螺旋塞38中的可控的孔72与输送导管继续部64a，施加到控制腔74中，这一上升压力通过控制腔高压出口导管段76a与76b以及螺旋管阀的高压入口通道158，而施加到高压螺旋管阀腔160上，封闭了的螺旋管阀78即于气缸盖16的上述液压系统中保持此上升的泵压力。
在泵柱塞50到达它在凸轮突起部48上的TDC位置时，泵的输出减压阀66将打开到一个由高压泵46在已加压的整个液压系统中来确立一个预定的固定压力所需的程度。这一预定的固定压力将为储能器截止阀70保持于这两个储能器腔中，直到打开螺线管阀78来加速喷射油过程时。
在泵柱塞TDC之前，在柱塞TDC附近以及在柱塞TDC之后来开始喷油过程是有很多优点的，这将在下面的描述中指出。要是此喷油过程发生在柱塞TDC之前同时发生在泵输出减压阀66业已打开之前，则此喷油过程将发生在这两个储能器腔中已减压时(即在最大可能的压力之下)，导致减少了所喷射的燃油质量。另一方面，要是使喷油过程发生在减压阀66打开之后柱塞TDC之前，则在储能器腔中可以获得最大压力和喷射出最大的燃油质量。
要是使喷油过程发生在泵柱塞TDC的前方和减压阀66业已打开之前，则控制腔输送导管64中的压力将继续升高，而要是对经过控制腔输送导管64的流动不加限制，则在控制腔区中的这种不受限制的继续加压就有可能干扰螺旋管阀78能让控制腔74中的压力足够快的通达到使阀针能匀称上升的目的。在输送导管64中设置节流用的72限制了加压燃油流入到腔74的速率，使其实际上不会妨碍螺线管阀78在减压阀66打开时的上述压力让通过的能力。这一方面的另一个相关因素是，通过泵柱塞50所提高的加压率在打开减压阀66之前处于此种喷油状态下是较小的，这是由于泵柱塞在趋近其TDC的运动时呈一般正弦曲线性质的结果。
若是此种喷油过程是在减压阀业已打开后发生在邻近柱塞的TDC时，则控制腔输送导管中的压力不再上升，这样就较少需要孔72的存在。类似地，要是使喷射过程发生在泵柱塞TDC之后且减压阀66已再次关闭上之后，则输送导管64中的压力会下降，而同样较少需要孔72。
图4中方案A的形式乃是本发明当前的最佳形式。
在此用来改变发动机功率的最佳方法是通过缺火运转。此种用来控制发动机功率的方法公开于Beck等人的美国再颁发专利RE33270中，根据这一方法，通过在各个发动机循环中点火，可以取得发动机的满功率。通过在各个点火循环间发生不点火的发动机循环，就可以减少发动机的功率，而此功率的减少量则可以由各个点火循环间相续的不点火发动机循环数来确定。在发动机空转时，对于一系列发动机转动循环中的每一个将只有一个点火循环，例如每八个发动机循环有一个点火循环，或每六个发动机循环有一个点火循环。在图8与图9中公开了两个这种缺火运转方法的序列，它们结合这两个图来详细说明。
本发明的缺火运转由螺线管阀78控制，在本发明的图1-4中方案A的形式中，并未通过激励螺旋管阀78来发生不点火循环的，因而不会从控制腔74通入高压来导致发生喷射过程的。输送导管64中缩小了的孔72限制了燃油在螺线管阀78在发动机循环中保持关闭时朝泵46回流，使得在控制器74中保持有足够的压力来避免发生喷油。燃油在柱塞50于不点火周期的向下行程中从控制腔74经输送导管64到泵46的部分回流把压缩能返送回泵46，使得在不点火循环中仅有的能量损耗是不重要的摩擦损耗与热损耗。
图5中方案B的形式除对于储能器腔与控制腔作高压输入外，与图1-4中方案A的形式一致。这样，取代方案A的在控制腔输送导管64中的限流孔72，在输送导管64中设有止回阀172；而取代方案A在储能器腔输送导管62中的止回阀70，在此设置一限流孔174。此外的所有部件都是相同的，并在本发明图5方案B的形式中采用相同的编号。
储能器腔输送导管62中的孔174之所以重要是因为储能器的容积对于小型发动机来说很小而需要小的能量输出。储能器输送导管62中没有止回阀，实际的储能器容积将不仅包括储能器腔126与130，还将包括从柱塞泵到储能器腔与控制腔止回阀两者通道的容积。但是由于在储能器腔输送导管62中有限流孔174，“有效”的储能器容积在喷射时便限制到基本上是储能器腔126和130的容积。孔174用来限制喷射过程中在输送通道上发生燃油膨胀，或发生压力降。在喷射过程中，储能器腔126与130中的压力将迅速下降，导致在输送通道中的压力大大衰脱之前在储能器腔126与130中能有足够的压力下降来关闭阀针。
图5中的方案B的形式能通过下述方式广泛地改变所喷射的燃油质量：即先对喷油过程定时，使其实质上发生在泵柱塞50的TDC之前；使喷射过程定时到发生在此柱塞TDC的附近，或是使喷射过程定时到实质上发生在泵柱塞50的TDC之后。在这种早定时下，压力在储能器腔126和130以及在控制腔74中会同时上升，对螺线管阀78用早期激励使压力从控制腔74送出将会在储能器腔中压力达到最大之前就发生燃油喷射，这样将减少所喷射的燃油质量。可以利用这种早定时的变化来改变喷射的质量。
在泵柱塞50的TDC之后，在控制腔74中的将保持峰值压力以防在泵柱塞50的向下行程中发生喷射，于此同时，在这种泵柱塞向下行程中使泵压力减少，将使燃油从储能器腔室中通过储能器输送孔174回流，这样便降低了储能器腔室中的燃油压力，也就是说在激励螺线管阀78使压力从控制腔74通至能引发喷射过程时，能减少所喷射燃油的质量。此外，通过改变使螺线管阀78激励时的泵柱塞在TDC后的定时，也可以改变所喷射的燃油质量。
图10示明了泵柱塞50的运动或控制腔74中的压力的曲线图，涉及到本发明图4中方案A的形式，其中在控制腔输送导管64中没有止回阀。此曲线图中左侧的标度为数千磅psig，并且只用于举例而并非限制。图10中的正弦曲线是柱塞运动或控制器压力相对于时间的曲线图，是泵柱塞运动的表示，但由于有减压阀66，对于控制腔的压力会有一个扁平化的顶部。喷射可以在最大压力之前或其邻近之后触发。要是在最大压力之后，则喷射必须在下述条件下达到自然的流体力学的阀针打开压力(NOP)之前触发；此时控制腔中的压力在泵柱塞的向下运动中，已下降到使喷油器阀针上储能器压力的向上力克服了控制器与针簧的压力在阀针上的相结合的向下力。
图11给出了两条曲线，都是从正弦波上升的一半开始，同样，左侧的标度是数千磅psig但只用作举例而并非限制。图11中完整的正弦波曲线是储能器压力相对于时间的曲线，涉及到本发明图5中方案B的形式，其中的储能器输送导管62中有一个孔174而没有图4中的止回阀。在图5的形式中，止回阀172是在控制腔输送导管64中，不存在NOP，而喷射可以在任何所希望的时刻起动，在柱塞TDC之前、在柱塞TDC的邻近，或是在柱塞TDC之后，只要在阀针上的储能器压力的向上力大于阀针上针簧的向下力即可。图10中的带有扁平化顶部的曲线适用于本发明图4中的形式，这里的储能器腔输送导管62由于它的止回阀70，将在泵柱塞TDC之后于储能器腔中保持着最大的压力，对于这一曲线，实质上在泵柱塞TDC之后已开始喷射，喷射是由此种曲线在喷射过程中有很陡的下降来表明。
图5A中方案C的形式
本发明的方案C的一种形式示明于图5A中，它与图5中方案B的形式基本相同，例外的是，用限流孔175取代了图5中在控制腔输送导管64中的止回阀，同时螺线管阀78的定时则可以完全不同于方案A与方案B的形式中的。这里，如同在方案A与方案B的形式中，在喷油循环中，于泵柱塞50的加压行程内使螺线管阀78保持不受激励与封闭，而通过激励与打开螺线管阀78来从控制腔74减压导致喷射发生。控制器74作这样的通风来导致喷射也使得液压管路将压力释放而返回到泵46，所以必须使储能器的孔174小到足可让储能器腔126与130徐缓地通风，以确保有足够的储能器压力来促使阀针上升与喷射。最好使储能器上的孔174显著地小于控制腔上的孔175。本发明的方案C的形式能按以下方式广范围的改变所喷射燃油的质量；使喷射过程定时到发生在柱塞50的TDC之前同时打开减压阀66，因而也是在储能器腔最大限度加压之前；在储能器腔已最大限度加压时，定时到TDC邻近；或是定时到柱塞TDC之后以及减压阀再度关闭上之后，但是在控制腔74中的压力当储能器腔中的压力已显著减少时，减小到可能导致喷射发生的水平。
可以在图5A的方案C的形式中造成缺火运转循环，这是在整个循环内保持螺线管阀78打开，使得通过整个液压管路泵吸的燃油能通过螺线管阀78释出而返回到燃油箱中，同时绝不允许在储能器腔或控制腔74中形成压力，且阀针弹簧142在整个不点火过程中将阀针110保持在其座定的位置上。这是方案A与B形式中螺线管阀78操作次序的反转，在这两种方案的形式中，于缺火运转的过程是通过将螺线管阀保持为关闭来导致缺火运转。方案C形式的作业方式实质上省除了柱塞泵在不点火循环中需要做功。另外，也可使方案C形式中的缺火运转按照方案A与B形式中的相同方式发生，即在缺火运转循环中使螺线管阀保持关闭。
本发明的方案D与E的形式，
本发明的方案D的形式除以下几点外其结构与图4和5中所提供的相同，也即例外的只是同时设有图4中的储能器腔输送通道止回阀70和图5中的控制腔输送通道止回阀172，而对于储能器腔输送通道62和控制腔输送通道64两者可以省除限流孔。在此情形下，当打开减压阀66后，在储能器腔与控制腔74之中将保持峰值的泵压力，使得要是打开螺线管阀78而在开启减压阀66后来引发喷射过程，则可以喷射出最大燃油质量。要是打开螺线管阀78而在开启减压阀66之前来引发喷射过程，则可以根据阀66开启之前的喷射定时有变化地将储能器压力，因而将所喷射的燃油质量在最大值之下加以控制。
在本发明的方案E的形式中，螺线管阀78可以省除，这样就能降低生产费用；同时还可以省除控制腔高压出口，这要么是省去高压出口导管段76a而代之的螺纹栓38的一个结实的壁部，要么略去高压出口导管段76b而用头部的结实壁部来阻塞段76a。此时是在柱塞50的向下行程中，当控制腔74中的压力下降到能使储能器腔中的压力可以克服此控制腔的压力与针簧142的力时，在泵柱塞TDC之后来引发喷射过程。为此目的，最好是省去控制器输送导管64中的任何孔，或至少是使输送导管64中只有少量的孔来允许加压的流体从控制腔74到泵46作自由回流。要是希望有最大的储能器压力因而有最大的喷射质量时，则可以采用图4中储能器输送导管止回阀70。要是需要的不是最大储能器压力，因而不是最大的喷射质量时，则可在储能器腔输送导管62中设置一颇具限制性的孔174(图5)，使得储能器腔中的压力要远比控制腔74中的压力释放得缓慢，但这仍然会发生喷射过程。这样，本发明方案E的形式完全是液力-机械式的作业。
在方案E的形式中，不借助螺线管阀78，缺火运转是不可能，而发动机功率必须用其它装置控制，后者可以是这里所公开的三个此种控制装置中的一个或几个。第一个这种功率控制装置已如上面刚刚述及，即利用储能器输送导管62中的一个孔来使储能器中的压力在发生喷射过程之前排出。
第二种用来改变储能器压力因而改变喷射燃油质量与发动机功率的装置，以两种形式示明于图6和6A中，是去调节泵输出的减压阀66，事实上是去改变供给于储能器腔和控制腔74这两者的轨条压力。这种调节可以通过改变阀球上减压阀弹簧的力来实现，而此调节本身可以是手动的或自动的。图6示明了调节螺丝形式的手动减压阀调节装置。图6A示明了取用来改变柱塞198压向上述阀的力的触发起动器形式的手动减压阀调节装置。根据ECU90的指令，可以通过适当的导电装置由马达驱动如图6中所示调节螺钉177的一种阀门调节螺钉。
用来改变储能器腔压力的第三种装置示明于图6B中，涉及到将一可调的输油泵200设于进口导管56中，它能够有变化地升高供给于储能器腔和控制器74的压力，即从泵46所供给的最低值(在其它形式中，上述压力值可以从其出口压力减小，并可以由图6或图6A所示的它的可调减压阀66改变)直到一由进口导管56所增设的输油泵和凸轮致动的泵46两者提供的相组合的压力。出于经济上的考虑，输油泵200可以是一种类似于通常小型的膜片式化油器泵的简单泵。输油泵200可以根据ECU90通过一导线202提供功率，并可以由ECU或借助触发起动器调节。
本发明方案A实施例的示意图图6
图6示意地说明了图1-4所示本发明方案4的整体形式，包括为ECU90以及激励螺线管阀78供电的电路本发明的在前面未予标号说明的部件将结合图6具体描述。
燃油箱用176标明，如图所示，它通过泵的低压进口导管56与止回阀58通连到高压泵46的柱塞腔52。借助构成泵输出减压阀66一部分的调节螺钉，可用于调油泵46将压力供给其高压输出导管60。减压阀66为一止回阀，对螺钉177作调节可改变止回阀弹簧作用在止动阀球上的力，以改变泵的输出压力。
从磁电机82引出的两根电输出导线是通到火花塞86的次级绕组输出导线84和通到ECU90的充电线圈输出导线88。这一充电线圈可以是磁电机82中的独立的充电线圈，或也可以是磁电机82的初级绕组，能使ECU90与螺线管阀78的电路不会让磁电机82的初级绕组过载而干扰次级绕组的火花塞的激励功能。
充电线圈导线88通向-统一以178标明的整流电路，它将交流充电线圈的输出电压整流为直流(DC)。此脉冲充电线圈的电流由二极管180整流，将一电容器182充所需的DC电压电平，后者由一齐纳二极管184确定。尽管可以提供任何所需的电压，但它通常是12伏或28伏。此整流过的电流经导线188输送给脉冲除法器逻辑电路186。来自利用霍尔(Hall)效应的发动机速度与位置传感器92的间歇输出的电流经导线与门二极管(SCR)190供给脉冲除法器逻辑电路186。
发动机负载命令输入导线96也通至此脉冲除法器逻辑电路186，同时控制着燃油的数量因而控制着发动机的负载。涉及的控制器件，或是一种开关，它激励着构成对应于所需发动机负荷的导线的若干条数字线路(数字控制)；或是一个电位计，它产生一与所需发动机负载相对应的单一的可变的电压(模拟控制)。经导线96施加的发动机负载的命令可以从一个多数通用发动机都最乐意用的触发起动器发出，或也可以用螺旋，杠杆，滑动件或其它器件起动。此脉冲除法器逻辑电路包括对通过导线96供给的负载命令信号译码的电路。根据任何时候通过导线96提供给脉冲除法器逻辑电路186的负载命令，此脉冲除法器逻辑电路即产生方形成输出逻辑，经导线192供给于固态开关194。在最大发动机功率下，发动机每一转会有一个输出脉冲供给于固态开关194。在降低发动机功率时，脉冲除法逻辑电路186将缺火运转，而在每转若干转时供给固态开关194一个输出脉冲。每次喷油中的精确转数是给定员载值的一个函数。因图8与9中示明了两种不同的缺火运转方式，它们将在后面结合这些附图详述。
申请者确信，一种只产生约10～15瓦电功率的飞轮安装式的简单发电机，足以支持小型二冲程通用发动机在发动机前几个转动中作初始起动。但是为了保证发动机能在低的曲轴回转速度下起动，可设置一辅助性电池来保证及早起动ECV90与双向螺旋管阀78的相应作业。
与上面结合图1与6所述常规点火系统不同的另一种是催化等离子喷枪(CPT)系统，类似于Cherry在其美国专利5109817号所示和所说明的。CPT点火系统的优点是，对于点火和ECU90两者的电力要求只需利用一种简单的飞轮安装式的PC发电机。CPT点火系统的另一个优点是它对于稀的空气/燃油比的点火具有很宽的允差，使得它能将稀燃的范围延伸到本发明的二程冲缺火发动机，这种发动机如上所述在每个缺火循环之后具有过剩的助燃空气。
图7A与7B的十功能图
图7A与7B是示明和协调体现本发明的一个有代表性例子的二冲程发动机的十种发动机功能的图解。这十个图解所说明的发动机功能，是相对于一个发动机转速(在此约为600转/分)下而各喷射过程是在曲轴26的下止点(BDC)开始的情形。但应认识到，喷油过程可以在不同的曲柄角下发生，在BDC之前或之后以便部分地如以上所述和将进一步在后面说明还应认识到，相对于曲柄BDC的喷射定时将根据发动机的转速而变化。这十个图解中的每一个阐明了它对于曲柄一整周转动时的相关的发动机功能曲线：从曲柄TDC处的图左开始，向右延伸通过BDC，然后再次向右返回TDC。
这十个图依序是：(1)活塞位置(在气缸中的轴向定位)；排气孔(根据活塞进排气孔确定的形闭定时)；(3)扫气孔(进气孔的形闭定时，同样对于设有进排气道的活塞)；(4)凸轮/泵柱塞运动(高压泵46的柱塞的往复加压和减压活动)；(5)双向通风阀的电信号(从ECU90将通/断电信号供给于螺线管起动的通风阀78，为喷油器阀针上部通风)；(6)阀针控制腔的压力(在泵加压过程中控制腔74中的压力上升，在打开螺线管阀时控制腔74中的压力下降)；(7)储能器压力(在泵加压时储能器压力上升，在燃油喷射时储能器压力下降)；(8)喷射率(与储能器压力相对应的燃油喷射率的上升与下降)；(9)火花点火(使点火定时与油滴输送定时相关)；以及(10)气缸压力(气缸压力相对于活塞功率与压缩行程的函数关系。
图解(1)示明活塞位置，为一真实的正弦曲线，从TDC处的最大延伸至BDC处的零，然后在TDC处返回最大。此种发动机是一种气口型活塞式二冲程发动机，图解(1)中相对于排气孔20辆向定位的活塞位置，确定了图解(2)中所示排气孔的开与闭。如图解(2)所示，此排气孔在BDC之前张开的程度与在BDC之后的相同。本发明的燃油系统一个目的是在这样一个时刻来喷射燃油，使所喷射的燃油的烟雾不会从排气孔选出。申请者业已测定，对于体现本发明的典型的二冲程发动机，油滴的输送时间通应于约70℃的曲柄角，如图解(9)所示；而喷射是从BDC开始，如图解(8)所示，以防所喷射的油滴自排气孔逸出，图解(2)所示的排气孔的定时确定为在BDC后约70°处关闭排气孔。这样，如图解(2)所示，排气孔是在BDC前约70℃处张开，而在BDC后约70°处关闭。
将图解(3)中扫气孔的打开定时与图解(2)中排气孔的打开定时相比较，可以看到，在此示例的发动机中，扫气孔是在排气孔打开后约打开15°，而扫气孔是在排气孔关闭前约关闭15°。在这样的定时下，绝大部分废气在扫气孔36打开之前已经由排气孔20排出，而得以从曲轴箱将加压的新鲜空气输入气缸内。这样，通过活塞在其向下行程中将扫气孔36的打开定时到稍后于排气孔20的打开，如图解(2)与(3)所示，则高压的废气脉冲会在气缸暴露于来自曲轴箱的注入空气之前从排气孔排出。不然，这种废气将严重干扰助燃空气输入到气缸内。
现在参看图解(4)示明的凸轮/泵柱塞运动，内行的人通常会认为，要是喷射设定在BDC开始，如图解(8)，则由于最有可能出现最大峰值泵压力，因而也就希望在BDC也出现峰值泵压力。但由于两方面的理由，申请者宁愿将泵柱塞运动定时成，使它显著地在曲轴BDC之后，最好是在BDC后约30℃与上述定时相配合，凸轮泵减压阀66经设定成在邻近泵柱塞BDC处打开，这样将液压系统的压力设定到一个略低于最大可能的泵压力的一个固定值。于是，泵柱塞提供少量的附加压力，同时将一致的压力提供给燃油喷射器的储能器段与控制腔。其中的一个优点是，这样可以允许在发动机至发动机基础上的某些制造允差，但仍可以进行精确的定时和取得相应的喷射燃油质量。将峰值的有效的泵压力这样地控制到一精确值的第二个优点在于，这一值在曲柄角的约60°的范围内保持不变，这样就能提供宽广的“静区”，与由本发明各种方案形式(前面详述的方案A-E)提供的喷射定时和所需喷射的燃油质量相配合。
现在参看图解(5)表明的双向通风阀电信号，此信号为一方形波1带有上升的尖峰。为使喷射在曲柄的BDC开始，此通风阀电信号的上升尖峰必须显著地发生在BDC前，如图解(5)所示，以便能适应在起动螺线管通风阀至为关键的通风滞后时间。这种通风滞后时间示明于图解(6)中，而图解(5)中所看到的初始方形波尖峰则对应于图解(6)中所示通风滞后时间。为了保证在曲柄BDC开始喷射，图解(5)中的方形波电信号至少必须继续到BDC，在此时刻，图解(6)中所示控制腔压力从打开螺线管阀时已降至将引发喷射的水平。此方形波通风阀电信号最好继续到显著超过BDC，如图解(5)所示，以便螺线管阀打开到阀针控制腔基本上已完全通风。这样，图解(5)所示方形波电信号的终止基本上相应于图解(6)所示控制腔的通风完成。比较图解(6)与(7)可知，当控制腔的压力在通风中下降到峰值控制腔压力与完全通风之间的大致中间值时，便达到了打开阀针的压力而引发喷射。
本发明的一个重要方面是，螺线管阀能够是2用于通流控制腔压力的双向螺线管阀，这是由于控制腔的加压的定时是借助与曲柄转动恰当联系的高压柱塞泵46，而不是先有技术燃油喷射系统所要求的不仅控制通风还必须控制由外部压力源加压的三通阀。本发明能使用双向阀的本领可使螺线管的工作周期(在工作中)较一个完整的曲轴周期短的多，如图解(5)所示，只约为30°。这对于使操作螺线管阀所需的电能量减至最小是一个重要因素，而就小型通用发动机来说是很有效的节能措施。此外，在预期能作为本发明的一个重要应用对象的小型通用内燃机中，所述螺线管阀很小，对它在极短的工作周期中的运转所需的功率很小。举例来说，要是此阀需要28伏来打开它而且做这项工作只须3/10毫秒，则此发动机的电功率消耗即使是在12000转/分的高转速下也只约为10～15瓦，其中甚至还包括激励火花塞所耗用的功率。
申请者在本发明中所用到的另一个使螺线管阀耗电最小化的特点在于采用了容积尽可能小的控制腔以及使螺线管阀的通风孔164尽可能地大，这些因素能进一步使工作周期最短，因而能进一步减少螺线管的功率需求。
另一个使控制腔74尽可能小的相同的理由是由于绝大多数通用发动机的尺寸很小，因而对于这类小型发动机所需喷射的小量燃油来说，储能器腔也必须很小。由于为适应此种情形使储能器腔的容积很小，而喷射过程又是对阀针上方的控制腔内进行通风后引发，要是此控制腔的容积与储能器的容积相比较大，就会导致运行性能方面的问题：阀针开始升高但却并不一再上升，甚至会开始重新闭合，这是由于企图从控制腔通流太大量的空气而使储能器腔中的压力已较可以容纳的释放得更快。就使控制腔容积74最小化而论，尽管在附图中示明了一种螺旋式阀针弹簧142，但应认识到，为了使控制腔的容积最小，有可能希望使用只需较小空间的其它类型弹簧，例如梁式应力型弹簧或贝氏垫圈型弹簧。总之，在控制腔与储能器腔之间存在着重要的关系，而为了避免节流问题，重要的是使控制腔的容积相对于储能器腔的容积最小化。
图解(6)与(7)清楚地表明了，为在曲轴BDC引发喷射过程时在阀针控制腔压力与储能器腔压力间的关系。要是喷射任意选择成在BDC之前或之后开始，则控制腔压力与储能器腔压力之间的相对定时关系将如图解(6)与(7)所示相同，但这两条曲线对于BDC前开始的喷射将相对于BDC偏移向左，而对于BDC后开始的喷射将偏移向右。
图解(6)与(7)中的曲线在曲轴BDC之前将类似地上升，这是由于控制腔与储能器腔两者是从同一源即高压泵46同时加压。但是，尽管图解(6)中的阀针控制腔压力在通风中降到基本上是大气压，这就是图解(6)中的零压直线，因而也是从此零点开始的，但从图解(7)中可以看到储能器的压力变化过程却开始和终止于一个基本上高于零压直线的压力，这是因为储能器在每个喷射过程之后对阀针关闭时弹簧的平衡力作出反应而保持加压。
现在具体地看图解(6)中的曲线，通风滞后时间是与图解(5)中上升方形波尖峰相对应的；同时此通风滞后时间的长短是由发动机中所用具体的螺线管阀的螺线确定，这是可以精确测定的。此通风滞后时间的终点相对于控制腔压力的下降速率计算出，而此下降速率则是根据已测定的控制腔与螺线管通风孔的尺寸来确定；在目前的例子中，针阀是在曲柄BDC处打开的，阀针弹簧力与控制腔阀针压力的和同储能器压力间的关系是，要使此阀针在控制腔压力曲线的下坡上50％下降点处打开。这样，储能器的压力曲线继续上升，但在图解(7)中曲柄BDC处则近似水平，在这个点上储能器压力剧降而喷射开始。为使控制腔通风完善，如图5所示，螺线管阀的通风口在曲柄BDC之外始终保持打开，使得不会干扰储能器的压力下降而得以如前所述有一个匀称的喷射过程。图解(6)中的曲线表明控制腔通风在曲柄BDC后完结。
图解(8)的喷射率曲线表明，在此例中燃油喷射是在曲柄BDC处开始并在只有几度的曲柄角处即升至其峰值，以徐降的方式喷射着基本上是燃油物质，但是在约25°或较小的曲柄角处，则仍然以高的速率下降到约为初始喷射率峰值的约2/3，然后在向下的阀针弹簧力克服了阀针上的向上的储能器压力时剧降至零。
以“火花点火”为题的图解(9)实际上是说明火花点火与喷射油粒输送两者的定时。首先参考油粒输送定时，这自然是在左边如图解(8)所示的喷射始点，在本例中即于曲柄BDC处开始。油滴输送时间在此规定为油粒离开喷射器后到达排气孔顶端的这段时间，此喷射器的喷雾特性已预设定成，让这段油滴输送时间能使活塞在其接近排气孔如图解(2)所示时，与输送中的油滴会后，由此可以防止燃油从排气孔逸出。在图解(9)中示明了油粒输送时间相对于曲柄角位移的关系，这在本例中是在曲柄BDC处于约70°开始而在BDC后约70°终止。要注意到在图解(2)中，排气孔是在曲柄BDC后约70°处关闭。
应该认识到，这一在约70°的油滴输送时间只是在一个曲柄速度下才是真实的。对于所选定的储能器喷射器来说，此种油粒的输送时间约为500毫米/毫秒，而此70°的数据在本例中是于约6000转/分下计算出的。油滴的输送时间对于较低的发动机速度将超过约70°而对于较高的机速，此时间将少于约70℃。这样，例如当喷射器在发动机转速低于6000转/分产生的油滴输送时间为约50毫米/毫秒，而此发动机转速高于6000转/分，则此排气孔将在油滴能到达它之前早就完全关闭上。有需要时，可以选择具有稍慢于50毫米/毫秒的油滴输送时间，来防止燃料油会在任何速度下经由排气孔逸出。
小型通用的发动机通常在某些预定的发动机转速例如6000转/分或12000转/分下或这两者中间的转速下，具有最大的额定功率。于是，一般最好是去选择一种储能器燃油喷射器，使它能在额定的发动机转速下产生出如上规定的油粒输送时间。在较慢的发动机转速特别是在怠速的情形下，这一般不同于多数小型通用二冲程发动机中的满功率发动机转速的情形，这时只喷射出最少量的油滴，因而也只有极少量的燃油滴有可能经由排气口选出。在此种情形下，通常选择所提供的油滴输送时间能与发动机满功率速度相关联的储能器喷射器而达到满意的结果。
虽然在上面已经指出，通过选择产生不同油滴速度的喷射器，便可对于具体的额定发动机转速来调节实际的油滴输送时间，但对于图解(5)、(6)、(7)、(8)功能的定时以及图解(9)中油粒输送的定时，在例如低于6000转/分的发动机转速下，可以相对于曲柄BDC推前，而在例如高于6000转/分的发动机转速下，可以相对于曲柄BDC滞后，以之作为选择不同喷射器来进行补偿的另一种方式。这种定时调节可以通过使图解(5)中所示通风阀的电信号超前或滞后来进行。
本发明的高压储能器型燃油喷射器44第一次地可使“充气分层”能有效地用于小型二冲程通用发动机，来提供一种全面的稀混合气去保证完全燃烧而只排出最少量的HC与CO污染物质。为此可以使储能器型喷射器取这样的喷雾形式，使此喷雾的前缘在活塞32于其向上压缩行程中封闭排气孔20时，离后者有一段显著的距离。利用这种方法，在所喷射的油雾下有由俘获的过量空气形成的气阱以在点火时完成氧化过程。可以使所喷射的油雾组织成能控制此过量空气阱的尺寸。这样，可以利用一种良好的可燃混合物，最好是化学计量下的，在紧邻点火电火花处点火，同时上述空气阱(或要是有某些超前的油滴进入此气阱时的超量稀混合气)可以用来完成燃烧过程。
在此情形下，希望在喷射过程中使油雾较地布散以取得所需的燃油喷射量，同时在使此喷射的油雾前缘在上升的活塞32关闭上排气孔20之前有可能到达此孔。如图4与5中所示喷嘴116的一种柱针式喷嘴可用来使所喷射的油雾在喷射中快速布散。
参看图解(9)，一般总是希望点火在曲柄TDC稍前发生，例如在此TDC约5°前发生。从火花塞被激励的时刻起至发生点火的时刻，存在有约25°的点火延时，于是在此点火例中，火花塞应在曲柄TDC前约30°时激励。
图解(10)示明了燃油燃烧时的一种典型的气缸压力的变化过程，此气缸的压力在曲柄BDC处基本上是零，从这一点开始，仅仅是由于活塞是在气缸内的压缩行程，就以持续增长的速率上升，直至点火略在曲柄TDC之前发生，在这一点，气缸的压力由于燃烧约在TDC后15°迟升至峰值，从此时起，此气缸的压力便随着活塞在工作行程中的下降而渐减，同时气缸的容积对应地增加，直至气缸压力在曲柄BDC处再次基本上成为零。
图8与9的缺火运转功率控制法
图8与9示明了两种当前属最佳的，用在空转与满功率输出之间递增地调节发动机功率。首先参看图8，其中所示的缺火运转法将一种级联计算电路用于ECU90的脉冲除法逻辑电路中。在此系统中，有四个发动机功率输出位，从怠速到满负荷，怠速对每八个发动机曲柄旋转有一个点火循环，而满负荷对于每个曲柄旋转有八个点火循环。可以通过起动一为弹簧偏压向空转位的触发机构200，来选择四个发动机功率位中的任一个。
在图8中示明，四个发动机功率位中的每一个包括有九个发动机曲柄循环，即循环1-8以及是循环1的一个重复的循环9。在空转位，如图8中的图解(1)所示，是使喷射只发生在八个发动机旋转的第一个中，而通过前面结合本发明各方案A-D形式所作的描述，通过螺线管阀78的运转，使缺火运转发生在发动机曲柄旋转2至8中。对于图8的图解(2)中所描述的1/4发动机功率位喷射，因而，也就是发动机点火，是使其发生在发动机曲柄循环1与5中，而在曲柄循环2、3、4、6、7与8则是不喷射的缺火运转。图8中的图解(3)示明了一个1/2发动机功率位，其中是使喷射因而是使点火发生在曲柄循环1，3，5与7中而缺火运转则发生在曲柄循环2-4、6与8中。满功率则示明于图8的图解(4)中，使喷射因而使点火发生在各个发动机循环中，而没有任何缺火运转循环。图8中所示的方法适用于简单的发动机，对于可接受的空转速度具有很宽的允差，同时具有最小部分的负载控制要求。
图9所示的缺火方法适用于需要较精确的部分负载性能的场所，图9中示明有六个负载选择图解。在图9所示的方法中，点火与缺火循环是指派给出组触发器式起动器200的，分别示明于相应的图解(1)-(6)中。图9中图解(1)所示的空转功率位涉及到在每六个相续的曲柄循环中只有一个是点火的，然后在相继的五个连续曲柄循环中是缺火运转。功率位2涉及到在每五个相续的曲柄循环中有一个是喷射与点火，而在以下四个相续的曲柄循环中则是缺火运转。功率位3使喷射与点火发生在每四个相续曲柄循环中的一个，而在此后相续的三个曲柄循环中发生缺火运转。功率位4使得在每三个相续的曲柄循环中有一个涉及喷射与点火，而在此后相续的两个曲柄循环中则是缺火运转。功率位5使得每隔一个曲柄循环进行喷射与点火，而在中间的曲柄循环中缺火运转。全功率位6则在每个曲柄循环中涉及喷射与点火。
应该认识到，图8与9所示的缺火功率选择法属当前的最佳方法，而其它的缺火运转方法也是可以用于本发明的范围之中，同时，图8与9中所示的缺火运转方法只是用作举例而并非限制。图8所示的缺火功率控制法是由图1与图6中示意表明的脉冲除法器逻辑电路186中的级联控制电路装置所确定，而图9所示的缺火功率控制法则是由图1与图6中示意给出的脉冲除法器逻辑电路186中的增量控制电路装置所确定。
缺火运转对扫气效率的影响
由于传统的二冲程发动机的基本运转原理，扫气效率或是由新鲜空气充量所实际占据的有效气缸容积的百分率，约为75-80％。其余的有效气缸容积则是由来自前一个发动机循环中的燃烧产物占据。当采用缺火控制的对策时，在间隙的发动机循环中抑止燃油喷射，而在这些不喷射的循环中则只将新鲜空气用泵抽运过发动机气缸。结果使紧随不点火循环后的点火或喷射循环的有效扫气效率接近100％。为了给缺火运转中的正常燃烧准备均匀的化学计量的燃油/空气加料，最好是去提高燃油输出来补偿另外的新鲜空气供应，或是通过节流或其它装置来人为地减少进入的新鲜空气量。另一种方法是，要是所喷射的燃油雾可合适地发展成能在存在过量空气中有效燃烧的分层燃油添加料，则在缺火运转中将不需要为了高扫气效率而对过量进行补偿。为了适当地发展成这种分层燃油加料，有效的方法是采用类似于图4和图5中所示喷嘴116的一种柱头式喷嘴。
尽管上面也就特定实施例描述了本发明，但应认识到内行的人是可以立即做出它的种种变更形式的，而后附权利要求书则是用来覆盖其所述出的任何这类属于本发明的精神与范围内的变更形式。

Claims (17)

1.在二冲程内燃机(10)的汽缸(18)中引入燃油的方法，此方法包括：
通过操作一回位弹簧(142)使一储能器燃油喷射器(44)的针阀(110)向下偏置到一闭合位置；
选择性地对一储能器腔(126，130)加压，在所述针阀(110)上提供一向上的打开力；
选择性地对一控制腔(74)加压，使当加压时在所述针阀上提供一向下的闭合力；
基本上同时地对所述储能器和控制腔(126，130和74)加压到这样一个大致相同的压力水平，在此水平上足以使由所述储能器腔压力在针阀(110)上所产生的向上力克服此针阀(110)上除控制腔中流体压力的向下力外的由所述弹簧(142)施加的向下力；
从所述控制腔中排出燃油压力，使在针阀(110)上的储能器压力的向上力克服在针阀上的向下力，而使针阀(110)上升到一个使燃油从所述储能器型喷射器(44)直接喷入汽缸(10)的打开位置，其特征在于：
通过操作一与所述控制腔连通的双向螺线管起动的通风阀(78)而实现排出步骤；和
该方法还包括对燃烧周期的一个基本部分使储能器腔输送导管(62)至少部分减压，而至少基本防止燃油从储能器腔(126，130)通过储能器腔导管回流。
2.如权利要求1所述的方法，特征在于，所述减压步骤包括用机械方式往复驱动一高压燃油泵柱塞(50)在第一方向上产生上述的加压，而在第二方向上产生上述的减压。
3.如权利要求2所述的方法，特征在于，上述柱塞(50)的运动相对于时间标绘出时通常呈正弦曲线形式。
4.如权利要求2所述的方法，特征在于：此方法包括将一止回阀(70)设在储能器腔输送导管(62)中，假定此种通风已定时成发生在储能器腔中的压力已上升到所述最高压力时的邻近时刻或以后时刻，使此腔(126，130)内的压力保持在所接收的最高的泵输出压力，一直到螺线管通风阀(78)使控制腔(74)通风时。
5.如权利要求2所述的方法，特征在于，此方法包括限制流体通过在储能器腔与控制腔各自的输送导管(62，64)中的一限流孔(174，175)，以使控制腔通风过程中经控制腔输送导管(64)流入的燃油减至最少，同时使通过储能器腔输送导管(62)回流的燃油减至最少，这样，通过控制腔输送导管(64)流入的燃油就不会干扰螺线管通风阀使控制腔(74)通风，同时“有效的”储能器腔容积在喷射过程中一般保持成与此储能器腔的实际容积相同。
6.如权利要求1所述方法，特征在于，此方法包括周期性地起动螺线管通风阀(78)而周期性地使控制腔(74)通风，以由一ECU(90)的周期性电脉冲输出来引发一系列喷射。
7.如权利要求6所述方法，特征在于，此方法包括，通过使上述ECU(90)周期性地从事下述两种作业中的一种：(a)不起动螺线管通风阀(78)与(b)使控制腔(74)在燃烧循环的早期中通风，来阻止储能器腔与控制腔中的燃油加压，以实现跳火运转而改变发动机的功率，同时通过一个与此ECU(90)有电输出连接的发动机负载命令装置，指令ECU来促致上述跳火运转。
8.如权利要求1所述方法，特征在于：此方法还包括有于各喷射过程中，在所有发动机输出功率位上保持所喷射燃油有大致恒定的体积。
9.一种内燃发动机，它包括：
一个储能器型燃油喷射器(44)，安装于此发动机内并布置成直接向气缸内喷射，此喷射器有一阀针(110)通常为弹簧加载向下至一闭合位置，一个储能器腔(126，130)定位成能在加压时于阀针(110)上提供一向上的开口力；以及一控制腔(74)在阀针上方定位成能在加压时给此阀针提供一向下闭合力；
燃油源；
以实际上是同时和周期性地给储能器腔与控制腔提供有大致相同压力水平的加压燃油的装置，上述压力水平使储能器压力在阀针(110)上的向上力能克服此阀针上除控制腔压力的向下力以外的弹簧加载，其特征在于：
所述发动机包括二冲程发动机(10)，其中，具有储能器腔输送导管(62)，从所述装置向储能器腔提供燃油，并有一装置(70，174)，当所述储能器腔输送导管(62)减压时，至少基本上限制燃油的回流通过；
所述装置的结构对于燃烧循环的一个基本部分至少是给部分储能器腔输送导管(62)周期性地进行至少是部分地减压；
所述装置包括一个高压燃油泵(46)，它有一个可操作地连接上述燃料源的输入端，和一个通过储能器腔与控制腔各自的输送导管(62、64)与储能器腔(126，130)和控制腔(74)成流体通连的输出端；
一个双向螺线管起动的通风阀(78)，它与控制腔(74)形成流体通连，用来使燃油压力周期性地从控制腔流出，由此使储能器压力在阀针(110)上的向上力能克服此阀针上的向下力，而使此阀针升至一使燃油从储能器型喷射器(44)直接喷射到气缸(18)内的打开位置。
10.如权利要求9所述发动机，特征在于：所述的泵(46)是由此发动机的曲轴(26)作机械式驱动；同时包括一由机械方式起动的往复运动的柱塞泵。
11.如权利要求10所述发动机，特征在于：由上述柱塞(50)运动产生的泵压力输出从一预定的低压力升至一预定的峰值压力，而当其相对于时间标绘出时一般呈正弦曲线形状。
12.如权利要求10所述发动机，特征在于：所述在储能器腔输送导管(62)中的装置包括一止回阀(70)，由此可使此储能器腔(126，130)中接收的最高的泵输出压力一直保持到螺线管通风阀(78)使控制腔(74)通风时，假定此通风已定时到发生在储能器腔中的压力已上升到所述最高压力时的邻近时刻或以后时刻上。
13.如权利要求12所述发动机，特征在于：它包括有一个在所述控制腔输送导管(64)中的限流孔(175)，由此使在控制腔通风过程中经控制腔输送导管流入的燃油不会干扰螺线管阀使控制腔(74)通风。
14.如权利要求10所述发动机，特征在于：所述在储能器腔输送导管中的装置包括一限流孔(174)，由此可使在喷射过程中从储能器腔(126，130)回流的燃油减至最少，同时可使“有效的”储能器腔容积在喷射过程中一般保持成与此储能器腔的实际容积相同。
15.如权利要求9所述发动机，特征在于：它包括有与螺线管通风阀(78)电连接的ECU装置(90)，用来周期性地激励此螺线管通风阀来促致控制腔(74)通风，从而引发喷射；还包括有与ECU装置电连接的发动机负载命令输入装置，用来进行下述两种作业中的一种，(a)不激励此螺线管通风阀(78)以及(b)使控制腔(74)在燃烧循环的早期中通风，用以阻止储能器腔与控制腔中的燃油加压，由此通过在一系列预定个数的曲轴循环中，使一或几个发动机曲轴循环过程中的发动机气缸内的燃油不喷射来形成跳火运转，而使发动机功率输出从满功率减少。
16.如权利要求15所述发动机，特征在于：所述负载命令输入装置促致ECU装置使发动机功率从怠速变化至满负荷。
17.如权利要求15所述发动机，特征在于：所述负载命令输入装置可使ECU装置提供从怠速到满负荷的四个发动机功率位。
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