CN1120361A - 燃油喷射式内燃机 - Google Patents

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Abstract

具有安装来将燃油喷入燃烧室的燃油喷射器(7)之内燃机，燃油喷射器(7)包括一个带有在一端可选择地打开的喷嘴(15)以使喷嘴室(25)与燃烧室通连的喷嘴室(25)，还包括一个安装来选择性地将燃油输往喷嘴室(25)的燃油计量装置(14)。邻近燃烧室处还装有一个气室(10)并与喷嘴室(25)通连。气室(10)最好位于汽缸盖(1)范围内与喷嘴室(25)邻近处。

Description

燃油喷射式内燃机
本发明涉及燃油喷射式内燃机尤其是直接喷射的内燃机，即分别计量的燃油直接喷入对应的发动机气缸中的发动机。更具体来说，本发明涉及所喷燃油挟带在气体最好是空气中的那种发动机。
以上类型的发动机为人熟知，且一般与一个喷射过程中所用气体的储存器合用，气体受适当的压力而存于该储存器中，继而连续被输送到发动机的喷射器中以执行喷射过程。在以上类型的多缸式发动机中，先前一些专利申请曾提出，在其中装配一个作为压缩气体源之用的充气室直接与每个喷射器组件通连。
也曾有人提出，把发动机各气缸中的压缩气体取出作为一种补给的高压气体而连续使用，以便把燃油喷入发动机燃烧室。在两个这种先前的技术方案如美国专利第2710600号和英国专利申请第2093113号中，与燃油被输送到燃油室和气体从燃烧室输送到气室对应而配备同轴的燃油室和气室。在此种气室中气体再度受压，以实现气体转移到燃油室及把燃油挟带在气体中连续输送到燃烧室的过程。在美国专利第4781164号中，申请者阐释了一种更为复杂的方式，即把高压气体从燃烧室中抽出用于连续喷射燃油。这个美国专利中公开的提议相对比较复杂，且在每种情况下都是把燃烧室中抽出的气体送往外部的一个室或储存器，再从那儿连续送往空气/燃油喷射器。
另外，日本专利申请公开文件64—1970号公开的一种发动机，具有各自把燃油和压缩空气输送给发动机燃烧室的单独系统。空气与燃油输送点各自所在位置被设计得使空气与燃油一旦进入燃烧室就混合起来。据该申请建议，把向燃烧室中喷射空气与喷射燃油分开，就可使独自输送空气与输送燃油相对应的始末定时不同。这种独自分别向燃烧室输送空气与燃油的方式，其优点据说会使供应空气的定时和持续时间选择起来不受限制，从而对于燃烧过程的控制来说会取得最有益的效果。
本发明的目的是提供一种内燃机，它具有一个包含压缩气体供应的燃油喷射系统，其构造与设计实际上并不加大发动机的外部形体尺寸，且会使该喷射系统最终使该发动机运转得有效率。
从这个目的着眼所提供的内燃机，具有至少一个燃烧室和设计来向每一上述燃烧室输送燃油的对应的燃油喷射器装置，每一燃油喷射器装置包括一个带一个可选择性开启的喷嘴而能操作得与燃烧室通连的喷嘴室、计量从喷嘴室向燃烧室所输燃油的燃油计量装置，以及安装得邻接上述燃烧室又与上述喷嘴室横向隔开但彼此通连以便向喷嘴室供应气体的气室装置，从而使燃油挟带在气体中从喷嘴室送往燃烧室。
气室装置和/或喷嘴室最好位于发动机的气缸盖内，当这二者位置均按此设置时，气室装置与喷嘴室所处位置最好邻接。气室通常直接与喷嘴室通连。另外，气室装置也可位于燃烧室之壁中的其他位置。
为便利起见，在上述发动机运行过程中，燃油喷射器装置的安装，要利用运行时的每个燃烧周期当燃油从喷嘴室输往燃烧室完毕之后喷嘴开启一段时间之机来进行。这样会使从燃烧室中出来的气体穿过喷嘴室而把气室装置中的气压提高到足以影响下一个发动机运行周期之燃油输送这样一个水平。随着燃油喷入燃烧室之后并继续喷入，喷嘴最好持续开启一段时间，以便使气体进入喷嘴室从而使气室装置中的气压提高到上述水平。
为便利起见，在多缸发动机中，可配备单个气室装置通连着与每个气缸的燃烧室相联的喷嘴室。此单个气室装置可为一系列分别相连的气室装置这种形式，为便利起见，每一燃烧室有一单独的气室装置。这样安装，就用不着使每个与各自燃烧室相联的喷射器之喷嘴为了使所供气体保持所需气压而在向对应的燃烧室输完燃油之后还继续开着延长一段时间。从一个或两个燃烧室供出的气体足以能向多缸发动机分别的气室装置提供数量与压力均合乎要求的气体。另外，在仅用一个或一些燃烧室向多缸发动机的气室装置供应气体的场合，供气功能可以按选择的顺序在发动机的相应燃烧室之间替换执行。然而应当指出，虽然从发动机的一个或多个气缸向所有气室装置供应气体既便利又节省成本与能源，但是也可选用源于外部的气体包括来自发动机驱动的压缩器或独自的气体源。
业已发现，依据不同配置方式，若是把气室装置包容在气缸盖或与燃油喷射器装置邻接的燃烧室的壁之中，与先前那些一般是把喷射器装置与气室装置背靠背地安装或把它们与相应的喷嘴室列为同轴之构造比起来，发动机的整个重量与宽度均可减少。此外，当本发明的气室装置位于气缸盖范围内或靠近燃烧室时，其中的任何气体的温度一般都高于现有技术的构造中的气体。
气体温度较高有助于控制气室装置和喷嘴室中的沉积物，有助于发动机特别是当其空转时的稳定运行。据信，空转时提高稳定性是由于喷嘴室和气室装置中气体温度较高以及最终燃油的气化加快而使燃油喷射器装置和/或气室装置中的“燃油搁置”(fuel hang-up)减少所致。另外，所建议的构造能使从气室装置至喷嘴室这条气体通道的长度减短。
现在，参照以下附图描述包含燃油喷射器装置和气室装置的发动机气缸盖的两个实际布置，对本发明加以更详尽的说明。
图1是包含燃油喷射器装置和气室装置的气缸盖之剖面图；
图2是一种替换构造的相似剖面图。
现参照图1，发动机气缸盖1适用于常规的二冲程发动机。另外，所示的剖面可视为代表多缸发动机的一个单缸或一单缸发动机。
带规的火花塞5可移动地旋入一个适当定位的螺纹通道6以便伸入燃烧室3中。一种公知的双流喷射器7位于气缸盖1的孔8中而以周知方式突入燃烧室3中。一个气室10部份由形成于气缸盖1中的空腔9构成，部份构成于可拆卸的盖板11中。气室10通过通道12而与燃油喷射器7连续通连。
燃油喷射器7包括装在汽缸盖1中的孔8内的一个喷嘴15，以及一个由带有装在阀门16的阀杆22上的附件21之螺线管组件18控制的提升阀16。螺线管18以周知方式可循环地通电，以便把挟带在空气中的燃油输往燃烧室3而开合阀门16。一个燃油计量组件14可循环地把经过计量的燃油输往阀杆22中的一条轴向通道23，此通道经由阀杆22中的横向通道24而进入环绕着阀门16下端的一个环状空腔25中，此空腔与阀门16的阀头27上游一侧直接通连。关于燃油喷射器的其他情况由于是周知的构造就不再赘述，美国专利第4934329号中申请人就公开过此种构造之一例。
燃油喷射器7的喷嘴15，有一个横向装放的孔26供通道12与阀门16下端外部附近的环状空腔25彼此通连之用。因此看得出，气缸盖1中的气室10与燃油喷射器7中的环状空腔25是持续自由通连的。
在使用上述配置方式的发动机运行过程中，显然，出自计量组件14的那批计量过的燃油输入阀杆22中的轴向通道23中，是一个与阀门16打开把出自气室10的挟带于气体中的燃油通过喷嘴15输往发动机燃烧室3分开运行的过程。假定有一个气室10被充以先前得自发动机燃烧室3的气体之起始位置以及对应于燃烧室3的一个相关气缸(未显示)的活塞(未显示)在发动机压缩冲程阶段向上移动，且一批计量过的燃油已被计量组件14输入燃油喷射器7的阀杆22中的轴向通道23内，那么，当汽缸压力实质上低于气室10中的气压而使阀门16在压缩冲程中在某一点打开时，计量过的那批燃油就会挟带在气体中通过喷嘴而进入燃烧室3中，而气体会从气室10通过通道12和26流入喷射器7中，从而流过环形空腔15并通过开着的喷嘴15流出。
在相对短暂的一段时间之后，所有经过计量的那批燃油将通过喷嘴15而进入燃烧室3中，且气缸中活塞继续向上移动会使燃烧室3中的压力升高。此时，喷嘴15继续开着以便气室10重新加压。关于这一点，将会达到一种燃烧室3中的压力大于气室10中的压力之状况，且会出现气体从燃烧室3中通过开着的喷嘴15及通道26和12回流进气室10中替代先前输送燃油而释放掉的气体并也把气室10的气压抬升到实质上高于喷嘴15最初开启时燃烧室3中压力的水平，以便实施把燃油持续输往燃烧室3这一过程。然后，喷嘴15关闭以将气体保留在气室10中，此时气室处于实施下一个发动机循环时将燃油输往燃烧室3的状况。
在如图1所示结构中，盖板11提供了为加工处理或其他精加工处理空腔9的内表面而达于空腔9内部的入口。盖板11也可用改进形式的，以便使气体由任何数目的发动机气缸或由外部来源供应的多缸发动机的两个或更多个气缸的气室10之间通连。盖板11也可能使得带单个压气室从而其加压气体源于发动机燃烧室、发动机驱动压缩器或外部来源的多缸发动机的各个单个气室10之间通连。在形成于气缸盖或气缸壁中的空腔9之处，可使用各种变型
另外，图1所示带有向通道12的锥度的空腔9之形状，当气室10的轴线垂直且通道12低于气室10时，会促使任何可以进入气室10的燃油朝着通道12流动。而且，基本为半球形的空腔9之余部使表面积相对于容积之比率为最小，从而有助于减少燃油搁置。
图2显示图1所示那种燃油喷射系统的一个改进型，其中的主要区别在于，将计量过的一批燃油输往环形空腔25的那个燃油计量装置的位置及随之对双流燃油喷射器7的构造所做变化。
在图2所示实施例中，燃油被计量装置32通过燃油线路30A及油针30B送入通道12颈部，进而通过孔26而进入围绕阀门16下端外部的环形空腔25中。要知道，当阀头27处于开启位置时，气体会从气室10通过通道12和26从而把燃油挟带于其中而流入环形空腔25中以便将其送过开着的喷射器喷嘴15。油针30B的长度与方向可作变化或可调节得对应于气室10和通道12而言，达于最佳工作位置。而且，油针30B可贯穿通道12和26以便把燃油直接送入环形空腔25中。再则，油针30B可伸入空腔25中且可在空腔末端形成以便直接将燃油导向阀头27。
要注意，虽然阀杆22上部的外形与图1所示者相同，但如图2所示，穿过阀杆的通道23却省去了，以使阀杆牢实。在此实施例中，燃油并不往下通过阀杆22中心，而是经由油针30B穿过孔26而被直接送入空腔25中。
如图2所示这种结构，缩短了燃油从计量位置至喷射器喷嘴15的流路长度，从而减少了燃油搁置及其对实际所送燃油数量的控制所产生的的负面作用。从气室10流出的气体的流路也缩短了，螺线管组件18也减轻暴露在进入燃油喷射器F的热气体中的情况，使螺线管组件18的工作温度低于在公知结构如“在背上”的或前述那种气室与燃油喷射器同轴直线排列的构造中所产生的温度。随着温度增高，螺线管组件18的线圈阻抗增大，这样当然不理想，因为会使螺线管组件18的电流消耗增加。
虽然图1或图2并未显示，但可以在阀16下部之外表面设置适当的导向凸块，该导向凸块与喷嘴15同轴内表面滑动接合，从而帮助阀头27与喷嘴15的阀座保持同轴。这种结构众所周知，通常广泛于已知喷射器结构体中，本申请人的美国专利第4759335号中就公开过这样一例。
可以通过任何已知的燃油计量装置向油针30B供应燃油，但最好用一种对压力不敏感的装置例如变容泵，在这种情况下特别适用的一种燃油计量装置，是本申请人的以前的共同未决的国际专利申请PCT/AUP2/00561号或国际专利申请WO93/0052号中申请者公开的那种。
上述气室10包含在气缸盖1中的各种结构，不必为了向发动机输送燃油而配备独立的压缩气体源例如压缩机，从而显著降低了燃油喷射系统的整个制造成本。另外业已发现，从燃烧室3经过燃油喷射器7的喷嘴15而回流进气室10的高温气体，有着使喷嘴15与气室10的里面基本避免燃油部份燃烧而产生的沉积物的作用，进而会使燃油喷射器7更为有效地超其运行。气室10中的高温有助于燃油汽化，并有助于减少喷嘴15内表面上及阀门16表面上的燃油滞留。
气室10邻近燃烧室3设置在汽缸盖1或燃烧室3的壁之中，也缩小了喷射系统的整个形体尺寸。另外，由于气室10的壁温度高，堆在气室10内表面与喷嘴15中的沉积物一般都会减少。
即使由压缩机将高压气体送至气室10，最好送至燃烧室3，由于气室10壁的温度高，上述种种优点依然可以实现。
此外，虽然图中描绘的气缸盖1是二冲程发动机所用的，但本发明显然同样适用于四冲程发动机。另外，气体可为空气或其他气体，它们可以像空气那样有助于整个燃烧过程。另外，燃油可为液体蒸汽即气体形式的。

Claims (13)

1.一种内燃机，它具有至少一个燃烧室；用于向每个上述燃烧室输送燃油的相应燃油喷射器装置，每一燃油喷射器装置包括一个带有可选择性开启的喷嘴的喷嘴室，从而可使喷嘴室与燃烧室通连；为将燃油从喷嘴室输往燃烧室而计量燃油的燃油计量装置；以及气室装置，其安装得与上述燃烧室邻近且与上述喷嘴室在横向上隔开并且与喷嘴室通连用以向喷嘴室供应气体，从而使燃油挟带在气体中从喷嘴室输往燃烧室。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于：上述燃油喷射器装置与喷嘴一起安装在燃烧室的一面壁中用以直接向该燃烧室喷射燃油。
3.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于：上述气室装置位于燃烧室的一面壁中。
4.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于：上述气室装置位于限定燃烧室一部份的发动机气缸盖中。
5.如权利要求1至4中任一条所述的内燃机，其特征在于限定燃烧室一部份的发动机气缸盖中。
6.如权利要求1至5中任一条所述的内燃机，其特征在于：气室与喷嘴室持续通连。
7.如权利要求1至6中任一条所述的内燃机，其特征在于：燃油喷射器装置适于使其喷嘴在连续向燃烧室输送燃油过程中保持开启一段选定时间，以使气体从燃烧室经过喷嘴和喷嘴室进入气室装置中，从而在气室装置中重新形成高于先前所选定水平之压力。
8.如权利要求7所述的内燃机，其特征在于：上述燃油喷射器装置适于使喷嘴室与燃烧室保持通连一段时间，以便足以连续使燃油输往燃烧室并使气体进入喷嘴室。
9.如以上任一条权利要求所述的内燃机，其特征在于：燃油计量装置是为了把燃油通过一条伸入气室装置的管道而输往喷嘴室之用。
10.如权利要求1至8中任一条要求所述的内燃机，其特征在于：燃油计量装置是安来使燃油输入气室装置之用。
11.如权利要求1至9中任一条要求所述的内燃机，其特征在于：燃油计量装置是安来把燃油输入一条通连着气室装置与喷嘴室的通道之用。
12.如权利要求1至11中任一条要求所述的内燃机，是一台多缸发动机，每个气缸均有一个相应的燃烧室及燃油喷射器装置和气室装置，两上或更多个汽缸的上述气室装置为了气体自由通过而彼此通连。
13.如权利要求12所述的内燃机，其特征在于：那些气室装置彼此通连的汽缸中至少有一个汽缸的燃油喷射器装置适于使其喷嘴在连续向汽缸的燃烧室输送燃油过程中保持开启一段选定时间，以使气体从燃烧室经过喷嘴进入喷嘴室和气室中，从而在每个相通连的气室装置中重新形成高于先前所选定水平之压力。
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