CN1222951A - 操作燃料喷射发动机的方法 - Google Patents

Abstract

一种操作二冲程、火花点火内燃机的方法,该内燃机装备有一ECU(66),一个输入/多路调制器(70),一个DC－DC变换器(74),一个点火触发器(78)和一个点火分配装置(86),其中在高转速时点火是根据时间控制的。

Description

操作燃料喷射发动机的方法 和相关申请的相互关系

本申请要求于1996年6月21日申请的流水号为No.60/020,490的美国临时申请的申请日。

注意下列相关申请，在这里引用它们作为参考：

于1995年7月25日申请的流水号为No.08/507,664的申请；

于1996年6月21日申请的流水号为No.06/020,032的名称为“内燃机改善的时间滞后点火线圈”的申请；

于1996年6月21日申请的流水号为No.60/020,033的名称为“内燃机的多火花电容放电点火系统”的申请；及

要求获得于1996年6月21日申请的流水号为No.60/020,490的临时申请的申请日的本申请。

发明背景

本发明涉及操作燃料喷射内燃机的方法，更详细地说，涉及操作燃料喷射二冲程发动机的方法，再详细的说，涉及采用这种方法的船用动力装置。

发明综述

本发明提供一种操作二冲程电火花点火内燃机的方法，该内燃机包括一个限定燃烧室的气缸；一活塞在气缸内可在上止点位置和下止点位置之间移动；一个单体的电磁线圈操作的组合的燃料泵和喷咀组件，与燃烧室连通，该方法包括如下步骤：将基本上不与燃料混合的空气供给燃烧室，供活塞前进到上止点位置伴随而来的加压；将基本上不与空气混合的低压液体燃料供给组合的燃料泵和喷咀组件，在发动机低速时，操作组合的燃料泵的喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，因此在燃烧室中获得一种精细雾化的分层充量，在发动机运转期间，以规定的火花能量级，以在上止点位置前的第一间隔定时，操作组合的燃料泵的喷咀组件，点燃燃料；在发动机高速时，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室中获得均匀的充量，在发动机高速运转期间，以规定的低于上述的火花能量级，以大于第一定时的上止点位置前的第二间隔定时，点燃燃料。

本发明还提供了操作二冲程，电火花点火内燃机的方法，该内燃机包括一个限定燃烧室的气缸，一活塞在气缸内可在上止点位置的下止点位置之间移动；一个单体的电磁线圈操作的组合的燃料泵和喷咀组件，与燃烧室连通，该方法包括如下步骤；将基本上不与燃料混合的空气供给燃烧室，供活塞前进到上止点位置伴随而来的加压；将基本上不与空气混合的低压液体燃料供给组合的燃料泵和喷咀组件。在发动机低速时，操作组合的燃料泵和喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，因此在燃烧室中获得一种精细雾化的分层充量，在发动机低速运转期间，以规定的火花能量级，以基本喷射燃料级的时间间隔的定时。操作组合的燃料泵的喷咀组件，点燃燃料；在发动机高速时，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃料室，从而在燃烧室中获得均匀的充量，在发动机高速运转期间，以低于上述规定的火花能量级，以大于第一定时的上止点位置前的第二间隔定时，点燃燃料。

本发明还提供一种操作二冲程电火花点火内燃机，该内燃机包括一个限定燃烧室的气缸；一活塞在气缸内可在上止点位置和下止点位置之间移动；一个单体的电磁线圈操作的组合的燃料泵的喷咀组件，与燃烧室连通，该方法包括如下步骤：将基本上不与燃料混合的空气供给燃烧室，供活塞前进到上止点位置伴随而来的加压；将基本上不与空气混合的低压液体燃料供给组合的燃料泵的喷咀组件，当发动机节流阀调节在约15％开度或低于该开度时，操作组合的燃料泵和喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以大致高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，因此在燃烧室中获得一种精细雾化的分层充量，当发动机节流阀调节在约15％开度或低于该开度时，以规定的火花能量级，以基于喷射燃料后的时间间隔的定时，操作组合的燃料泵和喷咀组件，点燃燃料；当发动机节流阀调节在大于约15％开度时，将基本上不与空气混合的液体燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室中获得均匀的充量，当发动机节流阀调节在大于约15％开度时，低于上述规定的火花能量级，以基于曲柄转角的定时，点燃燃料。

本发明还提供一种操作二冲程电火花点火内燃机的方法，该内燃机包括一个限定燃烧室的气缸；一活塞在气缸内可在上止点位置和下止点位置之间移动；一个单体的电磁线圈操作的组合的燃烧泵与喷咀组件，与燃烧室连通，该方法包括如下步骤：将基本上不与燃料混合的空气供给燃烧室，供活塞前进到上止点位置伴随而来的加压；将基本上不与空气混合的低压燃料供给组合的燃料泵和喷咀组件，当发动机节流阀调节在约15％开度或小于该开度时，操作组合的燃料泵和喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，因此在燃烧室中获得一种精细雾化的分层分量，当发动机节流阀调节在约15％开度或小于低开度时，以给定的低于上述的火花能量级，以基本喷射燃料后的时间间隔的定时，操作组合的燃料泵和喷咀组件，点燃燃料，当发动机节流阀调节在约15％至100％开度时，将基本上不与空气混合的燃料以大致高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室中获得均匀的充量，当发动机节流阀调节在约15％至100％开度时，以第一火花能量级，以基于曲柄转角的定时，点燃燃料。

本发明还提供一种内燃机的操作方法，包括如下步骤：获得一台二冲程、电火花点火的内燃机，该内燃机包括一个限定一燃烧室的气缸，一活塞在气缸内可在上止点位置和下止点位置之间移动，该机还包括一单体的电磁线圈操作的组合的燃料泵和喷咀组件，与燃烧室连通；将基本上不与燃料混合的空气供给燃烧室，供活塞前进到上止点位置伴随而来的加压；将基本上不与空气混合的低压燃料供给组合的燃料泵和喷咀组件，在节流阀大开度状况和发动机最高转速下，操作组合的燃料泵的喷咀组件，自活塞到达上止点前约215°直至130°期间，以小的与气缸轴线的夹角，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，从而在整个燃烧室内获得均匀的具有较大尺寸的燃料液滴充量，在节流阀大开度状况且在发动机最高转速下，自活塞到达上止点前约28°直至约7°期间，产生1个至3个火花，操作组合的燃料泵的喷咀组件点燃燃料。在节流阀15％开度状况且在发动机转速约200转/分下，自活塞到达上止点前约56.4°直至约14°期间，以小的与气缸轴线的夹角，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室顶部附近获得精细雾化的燃料液滴分层充量，其尺寸小于均匀充量的大尺寸燃料液滴，在15％节流阀开度状况且发动机转速约200转/分下，在活塞到达上止点前约51.9°直至约14°期间，产生10至15个火花，点燃燃料。

在阅读下列详细说明和附图时，精通本技术的人们会清楚本发明的其他特点和优点。

附图简介

在连同考虑下列优先实施例的详细说明后，会更加充分地公开了本发明的这些和其他的特点，其中相同的标号代表相同的零件：

图1是实施本发明的船用动力装置的侧视图；

图2是实施本发明的内燃机的部分横剖面图；

图3是该内燃机点火系统的框图；

图4是该点火系统的输入/逻辑多路调制器的详图；

图5是该点火系统的直流/直流转换器的详图；

图6是该点火系统点火触发电路的详图；

图7是该点火系统点火分配电路的详图；

图8是包含在图1所示船用动力装置中的内燃机的延迟点火电路的详图；

图9是表示延迟点火电路中各电子信号的时间坐标关系的时间曲线图；

图10是表示与具有6个气缸的内燃机一起使用的延迟点火电路的电气图；

图11是表示图10发动机点火定时的表格，以上止点前度数(DBTDC)计量，被绘制成发动机转速的节流阀位置的函数；

图13是将点火线圈定时绘制成发动机转速和节流阀位置的函数的表格；

图14是表示图10发动机点火线圈定时的表格，以微秒(MS)计量，并绘成发动机转速和节流阀位置的函数；

图15是表示图10发动机喷射脉冲时间的表格，以微秒(MS)计量，并绘成发动机转速和节流阀位置的函数；

图16是表示图10发动机从时间坐标点火过渡到曲柄转角坐标点火的曲线图。

在详细说明本发明的一个实施例之前，应当理解，本发明并不限制于在下列说明中提到的或在附图中表示的结构细节和部件布置的应用。本发明可通过其他实施例，并用各种不同的方式来实施或完成。还应理解，本文所采用的用语或术语是出于说明的目的而不应被认为是限制。

优先实施例详述

体现本发明的船用动力装置示于图1，它包括一个弦外驱动装置或动力装置5，适于安装在船的艉构架6上，围绕一大致水平的摆动轴线8相对于艉构架作枢转摆，并围绕一大致垂直的转向轴线11相对于艉构架作转向摆动。驱动装置或动力装置5包括一推进器轴13，一推器15固定于其上。驱动装置或动力装置5还包括一台喷射燃料、二冲程内燃机10，经一普通的驱动链17按驱动关系连接于推进器轴13。在本发明的优先实施例中，发动机10是一台6气缸V型发动机。然而，应当理解，本发明可应用于具有任何数量气缸的它型式发动机。

在图2中，非常详细地局部表示了内燃机10。虽然任何内燃机是适合的，然而本优先实施例的内燃机10都是一台二冲程、直接喷射式内燃机，具有6个汽缸(在图7中简略表示，并标以1-6)。发动机10的一个代表性的气缸详细示于图2。

更具体地说，发动机10包括一曲柄箱14，后者限定一曲柄箱室18，一曲轴22在其中转动。缸体26限定若干气缸7(示出其中一个)，每一气缸具有一轴线9。缸体29还限定一进气口30，经输气道34连通气缸7和曲柄箱室18。缸体26还限定一排气口38。活塞42在气缸1中在上、下止点位置间可往复移动，经一曲柄销46按驱动关系连于曲线22。一气缸盖50封盖在气缸7的上端面上，从而限定一燃烧室54。一火花塞58安装在气缸盖50上，它伸入燃烧室54。

发动机10还包括一个安装气缸盖50上的燃料喷射器60，用以将燃料喷入燃烧室54的上端。该优先的燃料喷射器60是电磁线圈操作的组合的燃料喷射器与喷咀组件，公开于1995年7月25日申请的流水号为No.08/506,534名称为“组合的压力脉冲燃料泵和喷咀组”的美国专利申请中，在这里引用它，作为参考。

燃料喷射器60将基本上不与空气混合的燃料喷雾到燃烧室54中，并引成一个由大量燃料蒸气包围的燃料喷雾锥体61，该锥体的中心处在气缸轴线9上。最好，基本整个的燃料喷雾锥体61在撞击任何其它表面之前撞击该活塞42。燃料喷雾锥体61在包括该气缸或锥体轴线9的平面内(低平面)有一个构成直线65的外表面，该线65和气缸或锥体轴线9构成一锐角，在所示和优先的结构中约为15°。

发动机38还包括一燃料源，即燃料箱(未示)，和一个燃料供给系统(未示)；用以将基本不与空气混合的燃料供给发动机10的各燃料喷射器60。该燃料供给系统包括一燃料泵(未示)，连通于燃料箱和燃料喷射器60之间，用以将不与空气混合的燃料以较低的压力供给燃料喷射器60。若需要，基本不与空气混合的液体燃料可包括少于约1％的润滑油。该优先的燃料供给系统公开于1995年7月25日申请的流水号为No.08/507,135名称为“内燃机的混合的燃油与滑油油泵”的美国专利申请中，在这里引用它作为参考。

如图3简略所示，内燃机10还包括一个点火系统62，用以对火花塞58提供点火火花，以点燃气缸1-6内的燃料。图3中所示的点火系统62可被用于具有任何数量气缸的内燃机中。在本发明的优先实施例中，当被喷入气缸内的燃料被分层时点火系统62产生若干点火火花(每气缸，每循环)，而当被喷入气缸内的燃料充量呈均匀状态时，便产生较少量的火花(每缸，每循环)。

一般地说，点火系统62包括一个电子控制单元(ECU)66，一个输入/逻辑多路调制器70(详细表示在图4中)，一个直流-直流(DC-DC)变换器74(详细示于图5中)，一个点火触发电路78(详细示于图6中)，一个可控硅整流器(SCR)82，和一个点火分配电路86(详细示于图7中)。

可利用内燃机的任何ECU来操作点火系统62。ECU66对应于发动机的每一气缸产生一点火控制信号。在附图中所示的发动机的实施例中，该发动机为6缸发动机，因此，ECU66相应地产生6号点火控制信号，即对应于6气缸中的每一气缸，每一发动机循环产生一个点火控制信号。火花点火定时是由包含在电子控制单元66内的任何适当的装置控制的。

图4表示点火系统62的输入/逻辑多路调制器70。如图4所示，来自ECU66的点火控制信号(对应于1-6气缸)被输入到输入线路90，94,98,102,106和110上的输入/逻辑多路调制器70。输入线90,94,98,102,106和110分别连接于逆变器114,118,122,126,130和134。逆变器114,118,122,126,130和134分别具有输出端138,142,146,150,154和158。输出端138,142和146连于“或门”162，输出端150，154和158连于“或门”166。相应地，“或门”162和166的输出端170和174连于“或门”178和“或门”182。输入/逻辑多路调制器70还包括一个连于“或门”178的输出端194的延迟线路190。该延迟线路190包含电阻器R24，二极管D10，电容器C1和电阻器R1。该延迟线路的输出端连于“或门”182的输入端，以完整地复合或多路调制来自ECU66的点火控制信号。“或门”182的输出端连于“与非”门186。

图5表示点火系统62的DC-DC变换器74。DC-DC变换器74包含一脉冲宽度调制器206。该脉冲宽度调制器206是个普通的部件，可从许多制造商那里买到。在该优先实施例中，该脉冲宽度调制器206由National Semiconductor,Inc．制造，并标有部件号LM2578。如图5所示，“与非”门186的输出端198经接点B由包括电阻器R2,R14和R15，电容器C6和C7的RC电路连于脉冲宽度调制器206的振荡输入端202(LM 2578芯片插件的引出头3)。该脉冲宽度调制器206还包含一逆变输入端208(LM2578芯片插件的引出线1)。在该优先实施例中，LM2578芯片插件的引出线5和7接地。该脉冲宽度调制器206还有一输出端210(LM2578芯片插件的引出线6)，经“与非”门214，并经包含电阻器R13,R53,R17和二极管D18的电阻网络连于绝缘选通二极晶体管(IGBTS)Q1,Q2和Q3的并联的储存单元。

如附图所示，IGBTS Q1,Q2和Q3分别包含控制极218,222和226，漏极230,234和238以及电源极242,246和250。控制极218,222和226经电阻网络连于“与非”门214的输出端，而漏极230,234和234分别经电阻R20,R21和R22连于矩阵变压器262的初级绕组258的一端254。电源极242、246和250经串联电阻器R11和R10接地，并还连于脉冲宽度调制器206的逆变输入端208。

初级绕组258的相反端264连于电压源+V。在本发明的优先实施例中，电压源+V是内燃机交流发电机(未示)的输出端。矩阵变压器262还包含一次级绕组266，其一端270接地，另一端274经二极管D8连于二极管D9的点火电容器C10。点火电容器C10连于SCR 82的板极278。在该优先实施例中，该变压器是一种1∶2升压矩阵变压器。矩阵变压器是现有技术公知的，在美国专利No.4,665,357和No.4,845,606中有图示和说明，在这里引用作为参考。

图6表示点火系统62的点火触发电路78。它包括一个“或门”282，其输入端286和290经接点A连于“或门”178的输出端。“或门”282的输出端294经包含电容器C28和电阻器R16的RC电路连于“或门”302的第一输入端298。“或门”302的第二输入端306经“或门”310，包含电容器C29和电阻器R48，“与非”门314的RC电路及由电阻器K49，电容器C3和电阻器50组成的RC电路连于脉冲宽度调制器206的输出端210。“或门”302的输出端318连于“与非”门326的输入端322。“与非”门326的另一输入端330经接点A自输入/逻辑多路调制器70连于“或门”178的输出端。“与非”门326的输出端334经包含电阻器R52与R52和电容器C31的RC电路连于绝缘变压器342(示于图4和5)的初级绕组338(仅示于图5)。绝缘变压器342的次级绕组346(仅示于图4)并联于二极管D31和SCK82的触发控制板350。SCR82的阴极354经接点D连于点火系统62的点火分配电路86。

图7表示点火系统62的点火分配电路86。该点火分配电路86包含点火触发指令组358,362,366,370,374和378，分别对应于内燃机1,2,3,4,5和6各气缸。每一指令组是相同的，因此，仅详细说明指令组358。SCR 82的阴极连于SCR 386的阳极。指令组358的输入端390连于ECU 66，以接收气缸1的ECU点火控制信号。该输入端390经包含电阻器R45和电容器C12的RC电路连于晶体管Q4的基极394。晶体管Q4包含一个与电源电压402相连的发射极398和一个经电阻器R46接地的集电极406。集电极406经包含电阻器R47，二极管D6，电容器C22和电阻器R12的RC电路还连于SCR 386的控制极410。SCR 362包括一阴极414，后者连于电容器C22和电阻器R12，并连于气缸1中的火花塞58。

尽管可采用其它的元件和元件布置，但在该优先实施例中采用的电阻器和电容器具有下列标准：R1-510千欧姆，1/8瓦；R2-R8,R14,R18,R24-1千欧姆，1/8瓦；R10,R11,R20-R22-0.01欧姆，2瓦；R12,R28,R32,R36,R40,R44-100欧姆，1/8瓦R13,R53-47欧姆，1/4瓦；R15,R17-24欧姆，1/8瓦；R16-82千欧姆，1/8瓦；R19,R26,R30,R34,R38,R42,R46-10千欧姆1/8瓦，R25,R29,R33,R37,R41,R45-3.3千欧姆，1/8瓦；R27,R31,R35,R39,R43,R47-56欧姆，1/8瓦；R48-249千欧姆，1/8瓦；R49-5.1千欧姆，1/8瓦；R50-750千欧姆；R51,R52-150欧姆，1/8瓦；C1,C28-C30-0.001微法拉C2,C4,C5-100微微法拉C3-330微法拉C6-4700微微法拉；C7,C8,C9,C11-C13,C15-0.022微法拉C10-0.68微法拉；C14,C17-C24,C31-C36-0.1微法拉C16,C25-100微法拉特定的选通器，二极管，SCR，晶体管和其它元件(在点火系统62内采用的)的选择是处在精通本技术的普通人员的知识范围内的。

在操作中，各输入端90,94,98,102,106和110通常处在高电平(一般为5伏，称之为“高”或“逻辑1”)。为了在各输入端90，94,98,102,106或110产生一点火控制信号，ECU66将该输入端“拉”到低电平(一般为零状，称之为“低”或“逻辑1”)。输入端90、94、98、102、106和110分别经逆变器逆变，逆变器的输出由“或门”162,166,178和183复合或多路调制，并由“与非”门186缓冲，供输入DC-DC变换器74。“或”门178的输出还经延迟电路190输入到点火触发电路78和“或”门182。延迟电路190产生一时间滞后，以允许脉冲宽度调制器即使在点火控制信号由于第一周期而返回到高位状态后仍能继续运行。这确保了点火电容器C10保持充电状态，以开始电流的周期，即此时确保来自ECU66的下一点火控制信号“处于低位”。

按照输入/逻辑多路调制器70的输出(来自“与非“门186)，脉冲宽度调制器206在其输出端产生一振荡信号，其频率大约为3500赫(HZ)。该振荡信号以3500赫驱动晶体管Q1,Q2和Q3，使来自交流发电机的电流通过矩阵变压器262的初级绕组258。

流经矩阵变压器262的电流的迅速变换产生了一个冲击激励电压，经过倍增，并通过矩阵变压器262的相互感应，被传输到矩阵变压器262的次级绕组266。出现在次级绕组266上的电压大约为200至300伏。这一电压由点火电容器C10瞬间储存，直到点火电容器C10通过SCR82的触发而放电为止。

经矩阵变压器262的初级258的电流，借助于将电流检测电阻器R10和R11安置于该电流线路内并将跨横电阻器R10和R11的电压加到脉冲宽度调制器206的逆变输入端208来检测。脉冲宽度调制器输出端210的宽度按照这一电压来这样改变或调制，使点火系统62在交流发电机电压的宽广范围内有效，即在该优先实施例中，该有效电压范围大约为8伏至30伏。事实上，在低的交流发电机电压时，脉冲宽度调制器206输出端210的脉冲宽度增加，以确保有充足的充电电压，供点火电容器用。随着交流发电机电压的升高，脉冲宽度调制器206输出端210的脉冲宽度缩小。在一个周期的开初阶段，供SCR82最初触发脉冲是由点火触发电路78产生的，因为脉冲宽度调制器206没有输出端210来触发SCR82。在最初触发过程后，经点火触发电路78连于SCR82的脉冲宽度调制器输出端210被用来触发点火电容器C10的放电。

来自ECU66的点火控制信号被输入到点火分配电路86的适当的点火分配指令组。当ECU66产生特定的点火控制信号时，该点火控制信号便触发相应点火分配指令组的SCR，而那个SCR“保持”断开直到该点火控制信号被ECU66断开。只要该点火分配指令组SCR保持断开，由点火电容器C10充电的能量便被直接传输经点火线圈59(图2)或跟那个点火分配指令组相连的火花塞58(图1)。

该点火系统按照本发明各运转工况，诸如发动机转速、负荷、节流阀位置等等，能在火花塞上产生可变数量的点火火花，以增加或减少总和火花延续时间。虽然，根据情况，作为发动机各种运转工况的函数的所希望的总火花延续时间的各种组合是合适的，然而，该优先实施例的所希望的总火花延续时间能作为发动机转速和节流阀位置两者的函数来确定。此外，突然已在分层进气发动机运转工况下产生大量火花方面说明了本发明，然而，在分层进气发动机和运转工况下，也能以长火花持续时间或高的火花电压或长火花持续时间、高火花电压和大量火花的组合形式产生高能量级。

内燃机10还包括一个时间滞后电路426(图8)，以便在燃料喷入燃烧室54中后在某一预定的时刻的气缸7中产生火花。如图8所示，时间滞后点火电路426包含一微处理机430，后者具有数据输出端434，喷射指示器输出端438和产生火花输出端442。如下所述，微处理机430在其输出端442产生一些火花信号。然而，应当理解，这些火花信号可由另一适当的元件，诸如一ECU来产生。电路426还包含一计时器446，后者具有一个8字节的数据输入寄存器450，供自微处理机430的数据输出端434接收定时信息用。计时器446还有一触发器输入端454，连于微处理机430的喷射指示器输出端438，以便自微处理机430上接收一个指示何时由微处理机430开始一个喷射过程的信号。计时器446还包含一定时脉冲输出端458。

延迟点火电路426还包括一个两个输入端466和470和一个输出端474的“与”门462。“与”门462的输入端466连于计时器446的输出端458。“与”门462的输入端470连于微处理机430，以便自微处理器430上接收一个来自产生火花输出端442的火花产生信号。“与门”462的输出端474连于点火线圈59(简略示于图2)，以便在气缸7内产生火花，并点燃气缸7内的燃料。

在运转中，当发生喷射过程时，计时器446在其触发输入端454上自微处理机430的输出端438接收一个喷射控制信号(参看图9中的标号478)，并根据该喷射控制信号，按照微处理机时钟信号，开始计数该时钟脉冲。只要该计时器计数还没有终止，计时器446便在其输出端458产生一个强信号或定时信号(参看图9的标号)。当微处理机430在其输出端442产生该火花信号(见图9中标号486)，且该火花信号在“与”门462的输入端470上被接收时，“与”门462在其输出端474上便产生一个输出或点火信号或被传输到点火线圈59的电流(见图9中的标号490)。当输出458变低时(见图9中标号498)，输出474便变低(见图9中的标号490)。当输出474高时，流经点火线圈的电流便增大。当自微处理机接收的计时器计数终止时，输出458便变低，使输出474变低，而此时微处理机430指示，自该喷射过程后所需要的时间总数已经过去。由于在一感应线圈或点火线圈中的电流不能瞬息改变(V=L(di/dt))，因此，点火线圈的电流输送猝然变化使点火线圈上的电压迅速升高，从而产生一个使气缸7内燃料点燃的火花。为适应具有不同数量气缸的各种尺寸的发动机，图8的延迟点火电路426可按气缸数而被重复许多次。

虽然可在任何转速使用点火电路，然而，最好是在低速或怠速，即每分钟200至2000曲轴转速(RPM)使用点火电路426，并且业已表明，在低至2000RPM的转速运转特别好。在高于2000rpm的转速，最好采用通常的以曲轴转角为基础的点火系统。在普通的内燃机和在附图中所示的发动机10的两种情况中，在这种转速下火花产生信号的定时仅根据曲轴的曲柄转角。然而，在现有技术中，该火花产生信号直接接到点火线圈，并直接激发该点火火花而无需任何其它的信号。其结果是现有技术点火过程的定时取决于曲柄转角，而不是由固定的时间点计算的绝对时间。相反，在点火电路426中，产生点火总是发生在出现喷射过程后的预定时间值，而这个预定时间值不是根据曲轴的曲柄转角。燃料喷射过程在微处理机430的输出端442上产生燃料喷射信号。这可出现在燃料喷射器供能时，也可出现在燃料实际喷入气缸7内时。

图10表示一个适用于6气缸发动机的延迟点火电路。相同的部件用相同的标号标记。代替图8电路426重复8次，图10所示的实施例复合(多路调制)各信号，以达到使用电子部件的经济性。

如图10所示，电路500包含一个计时器504，后者具有一个8比特数据输入寄存器508,3个分别相应于气缸1和4,2和5及3和6的触发器输入端512,516和520，一个时钟输入端524,3个分别相应于触发器输入端512,516和520的输出端528,532和536。电路500还包含分别具有输出端552,556和560的“或门”540,544和548，它们分别连于触发器输入端512,516和520。“或”门540,544和548还分别包含输入端564和568,572和576，以及580和584，这些输入端连于微处理机430，以接收指示在规定的气缸内出现喷射过程的的喷射输出信号。这就是说，微处理机在输出端588,592,596,600,604和608产生输出信号，以指示在气缸1、4、2、5、3和6中已分别出现喷射。

延迟点火电路500还包含“与”门612,616和620，它们具有分别连于计时器输出端528,532和536的相应输入端对624,628和632，并具有相应的输出端636,640和644。延迟点火电路500还包含：“与”门648，具有一个连于“与”门612输出端636的输入端652，一个输入端656和一个输出端660；“与”门664，具有一个连于“与”门616输出端640的输入端668，一个输入端672和一个输出端676；“与”门680，具有一个连于“与”门620输出端644的输入端684，一个输入端688和一个输出端692；和“与”门696，具有一个连于“与”门620输出端644的输入端700，一个输入端704和一个输出端708。“与”站648和664的输入端656和672分别连于微处理机430，以分别自微处理机430的输出端712和716接收火花信号。在延迟点火电路500内，来自微处理机的对应于气缸1和4的火花信号在输出端712上经多路调制，即复合，而对应于气缸2和5的火花信号在输出端716上经多路调制。“与”门680和696的输入端698和704分别连于微处理机430，以分别自微处理机430的输出端720和724接收火花信号。输出端720产生对应于气缸3的火花信号，而输出端724产生对应于气缸6的火花信号。“与”门680和696的输出端692和708分别对气缸3和6的点火线圈提供点火控制信号。换句话说，气缸3和6的点火控制信号可由微处理机430以多路调制的方式产生，而在644处与复合的定时输出信号复合在一起，并由类似于多路解调器(DMUX 728)的电路作多路解调。“与”门648和664的输出端660和676分别对气缸1与4以及2与5的点火线圈各自提供多路调制点火控制信号。

延迟点火控制电路500还包含一个多路解调器728。该DMUX729包含“与”门732和736以及“与”门740,744,748和752。DMUX728，作为输入，分别接收“与”门648和664的输出660和676，并接收微处理机430的控制输出756和760，以多路解调对应于气缸1和4以及2和5的多路调制点火控制信号，这些点火控制信号分别在输出端660和676上产生。DMUX分别在输出端764,768,772和776上产生对应于气缸1,4,2和5的多路解调点火控制信号。

在运转中，在低速，即在曲轴转速200至2000转/分时采用延迟点线电路500，并已表明，在转速低至200转/分时，运转特别好。在转速高于2000转/分时，最好采用通常的以曲轴转角为基础的定时系统来控制点火。微处理机在“或”门540的输入端564对气缸1提供一喷射信号。在“或”门540的输入端568对气缸4提供一喷射信号。这样，对应于气缸1和4的喷射信号在“或”门540的输出端552被复合。同样，对应于气缸2和5的喷射信号在“或”门544的输出端556被复合，而对应于气缸3和6的喷射信号在“或”门548的输出端被复合。这些喷射信号被分别输入到计时器触发器输入端512,516和520。根据自微处理机经数据输入端508接收的多路调制定时数据，在输出端528产生对应于气缸1和4的复合定时信号，在输出端532产生对应于气缸2和5的复合定时信号，在输出端536产生对应于气缸3和6的复合定时信号。这些复合的定时信号分别跟对应于气缸1和4以及2和5的复合火花控制信复合，以产生一对对应于气缸1和4以及2和5的复合点火信号。DMUX728多路解调这些复合的点火信号，以产生一种对应于气缸1、4、2和5的以绝对时间为基础的点火信号。

该微处理机还分别在微处理机输出端720和724产生对应于气缸3和6的单独火花控制信号。这些火花控制信号被输入到“与”门680和696，以分别在输出端692和708上产生对应于气缸3和6的以绝对时间为基础的点火信号。

虽然上述实施例仅根据发动机转角在基于时间的点火和基于曲柄转角的点火之间改变，然后，可以采用各种其它的发动机参数中的一个或多个，即可单独，也可结合来确定何时在基于时间的点火和基于曲柄转角的点火之间变换。其它适当的发动机参数的例子发动机负荷，节流阀位置，或一些其它的适当参数。电路500也可以和点火系统62一起采用，以提供一种供内燃机用的多火花、基于绝对时间的点火电路。例如，可连接电路500的输出端692、708、764、768、772和776，以分别控制点火系统62的输出90、94、98、102、106和110。

图11-15以表格形式表示了喷射时间，点火时间，绝对最大点火线圈定时，优先点火线圈定时，对应于跟点火系统62耦合的点火电路500的控制方案的点火脉冲时间。如图11-15所示，在节流阀全开度的低百分率时(大约为节流阀全开度的15％或低于15％)，发动机以基于时间的点火来工作，而在节流阀全开度的高百分率时，(大约大于节流阅全开度的15％)以基于曲柄转角的点火来工作。这就是说，从基于时间的点火到基于曲柄转角的点火的改变仅根据按节流阀全开度的百分率测得的节流阀位置。

在图11中所示的喷射定时是以上止点前的度数度量的。当点火电路500按基于时间的方式运转时，即节流阀位置为15％或15％以下时，图表11中的喷射定时数代表了电流开始流入燃料喷射器线圈的上止点前的度数。当点火电路500按基于曲柄转角的方式运转时，即节流阀位置大于15％时，图表11中的喷射定时数代表了燃料开始喷入燃烧室的上止点前的度数。

图16简明表示对应于点火电路500的另一代替控制方案在基于时间的点火和基于曲柄转角的点火之间的改变。如图16所示，在低百分率节流阀位置时，且在低转速时，发动机以基于时间的点火工作，而在高百分率节流阅位置时或在高转速时，以基于曲柄转角的点火工作。如图16所示，若发动机转速低于1000转/分，且司机的的节流阀需要值小于20％(即节流阀位置检测器检测一个小于最大开度的20％的节流阀位置-在图16中被表示为“200 T.P.S”)，则点火是基于时间的。若发动机高于1000转/分或司机的节流阀需要值大于20％节流阀开度位置，则点火是基于曲柄转角的，如上所述，这是由ECU控制的。业已发现，这种从基于时间的点火过渡到基于曲柄转角的点火“双重对策”在发动机转速的整个范围内为弦外机提供了良好的运转品质，并且在节流阀位置的整个范围内提供了良好的加速特性。在1996年6月21日申请的流水号为No.60/020,033发明名称为“发动机多火花电容充量点火系统”的美国专利申请中公开了该优先的点火系统，在这里引用作为参考。

在本发明方法的一个实施例中，液体燃料包含少于约1％的润滑油。

本文中所公开的二冲程，火花点火内燃机10(包括部分限定燃烧室54的气缸7，活塞42在其中于上、下止点位置间移动，并包括单个电磁线圈操作组合的燃料泵和喷咀组件60，它与各气缸7相连，并与适用的燃烧室54连通)是可运转的，在一个方法的实施例中，包括如下步骤：将基本上不与燃料混合的空气供给燃烧室54，供给活塞前进到上止点位置伴随而来的加压；将基本上不与空气混合的低压燃料供给组合的燃料泵和喷咀组件60，在发动机低速时，操作组合的燃料泵和喷咀组件60，将基本上不与空气混合的液体燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室54，因此在燃烧室中获得一种精细雾化的分层充量，在发动机低速运转期间，以规定的火花能量级，以在上止点位置前的第一间隔定时，操作组合的燃料泵和喷咀组件，点燃燃料，在发动机高速时，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室54中的产生的空气压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室中获得均匀的充量，在发动机高速运转期间，以低于规定的火花能量级，以大于第一定时的上止点位置前的第二间隔定时，点燃燃料。

在上述方法中所采用的增加的或加大的火花能量级，是指一个或多个增加的火花势能，增加的火花延续时间和增加的每缸离散火花的出现率。最好，对应于发动机高速运转，采用每点火周期有二火花，而对应于发动机低速运转，采用每点火周期有10至15火花。

按照本发明方法的另一实施例，包括如下步骤：将基本上不与燃料混合的空气供给燃烧室，供给活塞前进到上止点位置伴随而来的加压；将基本上不与空气混合的低压燃料供给组合的燃料泵和喷咀组件，在发动机低速时，操作组合的燃料泵和喷咀组件，将基本上不与空气混合的液体燃料以显著高于低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，因此，在燃烧室中获得一种精细雾化的分层充量，在发动机低速运转期间，以规定的火花能量级，以基于燃料喷射后时间间隔的定时，操作组合的燃料泵和喷咀组件，点燃燃料；在发动机高速时，将基本上不与空气混合的燃料以大致高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室中获得均匀的充量，在发动机高速运转期间，以低于规定的火花能量级，以基于曲柄转角的定时，点燃燃料。

按照本发明方法的另一个实施例，包括如下步骤：将基本上不与燃料混合的空气供给燃烧室，供活塞前进到上止点位置伴随而来的加压，将基本上不与空气混合的低压液体燃料供给组合的燃料泵和喷咀组件，当节流阀设定在约15％开度或以下时，操作组合的燃料泵和喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，因此在燃烧室中获得一种精细雾化的分层充量，当发动机节流阀设定在约15％开度或以下时，以规定的火花能量级，以基于燃烧喷射及时间间隔的定时，操作组合的燃料泵和喷咀组件，点燃燃料，当发动机节流阀设定在大于约15％开度时，将基本上不与空气混合的燃料以大致高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室中获得均匀的充量，当发动机节流阀设定在大致大于15％开度时，以低于规定的火花能量级，按基于曲柄转角的定时，点燃燃料。

按照本发明方法的另一实施例，包括如下步骤：将基本上不与燃料混合的空气供给燃料室，供活塞前进到上止点位置伴随而来的加压；将基本上不与空气混合的低压液体燃料供给组合的燃料泵和喷咀组件，在发动机节流阀设定在约15％开度或以下时，操作组合的燃料泵和喷咀组件，将基本上不与空气混合的显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，因此，在燃烧室中获得一种精细雾化的分层充量，当发动机节流阀设定在约15％开度或以上时，以规定的火花能量级，以基于燃料喷射后时间间隔的定时，操作组合的燃料泵和喷咀组件，点燃燃料，当发动机节流阀设定在约15％至100％开度时，将基本上不与空气混合的燃料以大致高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室中获得均匀的充量，当发动机节流阀设定在约15％至100％开度时，以低于规定的火花能量级，基于曲柄转角的定时，点燃燃料。

在本文中所公开的内燃机10也是可运转的，在一个方法的实施例中，包括如下步骤：获得一台二冲程、火花点火内燃机，它包括一个限定一燃烧室的气缸，一活塞在气缸内可在上、下止点位置间移动，该发动机还包括单个电磁线圈操作的组合的燃料泵和喷咀组件，与燃烧室连通，将基本上不与燃料混合的空气供给燃料室，供活塞前进到上止点位置伴随而来的加压，将基本上不与空气混合的低压液体燃料供给组合的泵和喷咀组件，在节流阀全开且发动机的最高转速运转期间，操作组合的燃料泵和喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，自活塞到达上止点前约215°直至130°期间，以小的与气缸轴线的夹角，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，从而在整个燃烧室内获得均匀的具有较大尺寸的燃料液滴充量，在节流阀全开状况且在发动机最高转速下，自活塞到达上止点前约28°直至约7°期间，产生1个至3个火花，操作组合的燃料泵和喷咀组件，点燃燃料。在节流阀5％-50％开度状况且在发动机转速约200转/分下，自活塞到达上止点前约21°直至约14°期间，以小的与气缸轴线的夹角，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室顶部附近获得精细雾化的燃料液滴分层充量，其尺寸小于均匀充量的大尺寸燃料液滴，在15％节流阀开度状况且在发动机转速约200转/分下，在活塞到达上止点前约56.4°直至约51.9°期间，产生10至15个火花，点燃燃料。

应当指出，在节流阀位置小于约15％开度时，燃料充量通常被分层，而在大于约15％开度时，燃料充量分层开始减少而更加均匀，并且在大于15％开度的某些节流阀位置，燃料充量完全变成均匀。

还应指出，在节流阀位置小于约15％开度时，点火发生在燃料开始喷射后的确定的时间间隔内，而在节流阀位置大于约15％开度时，点火定时是基于曲柄转角的。也可以采用其它特定的节流阀开度。

虽然本文所公开内容，部分涉及到点火时间基于节流阀开度，然而点火时间也可仅基于转速或节流阀开度与转速的结合。

此外，虽然本文所公开的内容部分涉及到基于节流阀开度的火花强度或火花能量级，即基于发动机是以低速或高速运转，然而火花强度或火花能量级也可仅基于转速或节流阀开度与转速的结合。(还要指出，节流阀开度和转速能根据发动机运转直接测得，然而负载不能根据转速和节流阀开度中的单独一个直接确定)。

还要指出，燃料是按上述各种方法克服燃料室中的空气压力喷射的，而这种空气压力随着活塞接近上止点位置而逐渐增高。

虽然上述实施例仅根据发动机转速在基于时间的点火和基于曲柄转角的点火之间变换，然而，可以采用发动机其它多种参数中的一个或多个单独参数和其结合，以确定何时在基于时间的点火和基于曲柄转角的点火之间的变换。发动机的其它适当的参数的例子包括发动机负荷，节流阀位置或一些其它的适当参数。

在下述权利要求书中的外加功能元件的所有方法或步骤的相应构造、材料、作用及等同物意欲包括与具体申请保护的其它之结合在一起的任何构造、材料或用以完成该功能的作用。

Claims (5)

1．一种操作二冲程、火花点火内燃机的方法，该内燃机包括一个限定一燃烧室的气缸，一活塞在气缸内可在上、下止点位置之间移动；单个用电磁线圈操作的组合的燃料泵与喷咀组件，与燃烧室连通，所述方法包括如下步骤：

将基本上不与燃料混合的空气供给燃烧室，供活塞前进到上止点位置伴随而来的加压；

将基本上不与空气混合的低压液体燃料供给组合的燃料泵与喷咀组件；

在发动机低速运转期间，操作组合的燃料泵与喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于燃料室中被加压的空气压力的压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室中获得一种精细雾化的分层充量；

在发动机低速运转期间，以特定的火花能量级，以在上止点位置前与其间隔的第一定时点燃烧料；

在发动机高速运转期间，操作组合的燃料泵与喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以大致高于该低燃料压力且高于燃料室中被加压的空气压力的压力直接输入燃烧室，从而输入到被加压的空气中，因而在燃烧室中获得一种均匀的充量；

在发动机高速运转期间，以低于该特定火花能量级的火花能量级，且以大于第一定时间隔的在上止点位置前与其间隔的第二定时点燃燃料。

2．一种操作二冲程、火花点火内燃机的方法，该发动机包括一个限定一燃烧室的气缸，一活塞在气缸内可在上、下止点位置间移动，单个用电磁线圈操作的组合的燃料泵与喷咀组件，与燃烧室连通，所述方法包括如下步骤：

将基本上不与燃料混合的空气供给燃烧室，供活塞前进到上止点位置伴随而来的加压；

将基本上不与空气混合的低压液体燃料供给组合的燃料泵与喷咀组件；

在发动机低运转期间，操作组合的燃料泵与喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以大致高于该低燃料压力且高于燃烧室中被加压的空气压力的压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室中获得一种精细雾化的分层充冲；

在发动机低速运转期间，以特定的火花能量级且以基于燃料喷射级的时间间隔的定时点燃燃料；

在发动机低速运转期间，操作组合的燃料泵与喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以大致高于该低燃料压力且高于燃烧室中被加压的空气压力的压力直接喷燃烧室，从而在燃烧室中获得一种精细雾化的分层充量；

在发动机高速运转期间，以低于该特定的火花能量级的能量级，且以基于曲柄转角的定时点燃燃料。

3．一种操作二冲程、火花点火内燃机的方法，该内燃机包括一个限定一燃烧室的气缸，一活塞在气缸内可在上、下止点位置间移动；单个用电磁线圈操作的组合的燃料泵与喷咀组件，与燃烧室连通，所述方法包括如下步骤：

将基本上不与燃料混合的空气供给燃烧室，供活塞前进到上止点位置伴随而来的加压；

将基本上不与空气混合的低压液体燃料供给组合的燃料泵与喷咀组件；

当发动机节流阀调节在约15％开度或以下时，操作组合的燃料泵与喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于燃烧室中被加压的空气压力的压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室中获得一种精细雾化的分层充量；

当发动机节流阀调节在约15％开度或以下时，以特定的火花能量级且以基于燃料喷射后的时间间隔的定时点燃燃料；

当发动机节流阀调节在大于约15％开度时，操作组合的燃料泵与喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于燃烧室中被加压的空气压力的压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室中获得一种均匀充量；

当发动机节流阀调节在大于约15％开度时，以低于该特定能量级的能量级，且以基于曲柄转角的定时点燃燃料。

4．一种操作二冲程、火花点火内燃机的方法，该内燃机包括一个限定一燃烧室的气缸，一活塞在气缸内可在上、下止点位置间移动；单个用电磁线圈操作的组合的燃料泵与喷咀组件，与燃烧室连通，所述方法包括如下步骤：

将基本上不与燃料混合的空气供给燃烧室，供活塞前进到上止点位置伴随而来的加压；

将基本上不与空气混合的低压液体燃料供给组合的燃料泵与喷咀组件；

当发动机节流阀调节在约15％开度或以下时，操作组合的燃料泵与喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于燃烧室中被加压的空气压力的压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室中获得一种精细雾化的分层充量；

当发动机节流阀调节在约15％开度或以下时，以特定的火花能量级且以基于燃料喷射级的时间间隔的定时点燃燃料；

当发动机节流阀调节在大于约15％和100％开度时，操作组合的燃料泵与喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力，且高于燃烧室中被加压的空气压力的压力直接输入燃烧室，因而输入被加压的空气内，从而在燃烧室中获得一种均匀的充量。

当发动机节流阀调节在约15％至100％开度之间时，以低于该特定能量级的能量级，且以基于曲柄转角的定时点燃燃料。

5．本发明还提供一种内燃机操作方法，包括如下步骤：

获得一台二冲程、火花点火内燃机，它包括一个限定燃烧室的气缸，一活塞在气缸内可在上、下止点位置间移动，该发动机还包括单个电磁线圈操作的组合的燃烧泵和喷咀组件，与燃烧室连通；

将基本上不与燃料混合的空气供给燃烧室，供活塞前进到上止点位置伴随而来的加压；

将基本上不与空气混合的低压液体燃料供给组合的燃料泵与喷咀组件；

在节流阀全开且发动机以最高速转运转期间，操作组合的燃料泵与喷咀组件，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于燃烧室中的空气压力，以与气缸轴线成小的角度直接输入燃烧室，从而在整个燃烧室中获得均匀的具有较大尺寸的燃料液充量；

在节流阀全开状况且在发动机最高转速下，自活塞到达上止点前约28°直至约7°期间，产生1个或3个火花，点燃燃料；

在节流阀5％-50％开度状况在发动机转速约200转/分，操作组合的燃料泵与喷咀组件，以小的与气缸轴线的夹角，将基本上不与空气混合的燃料以显著高于该低燃料压力且高于因活塞达到上止点而伴随的空气加压而在燃烧室中产生的空气压力直接输入燃烧室，从而在燃烧室顶部附近获精细雾化的燃料液点分层充量，其尺寸小于均匀充量的大尺寸燃料液滴；5-50％节流阀开度状况且在发动机转速约200转/分下，产生10至15个火花，点燃燃料。

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