CN1280651A - 把燃料－气体混合物喷射到发动机中的方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过把燃料－气体混合物喷射到发动机燃烧室(32)中从而给内燃机供给燃料的方法,该方法包括:把测量过的燃料量从燃料测量装置输送到输送喷射器(34)中,该输送喷射器与燃烧室(32)和用来把测量过的燃料量输送到燃烧室中的增压气体的供给装置(49)相连通,其特征在于:至少一个燃料测量装置和输送喷射器在多个过程中被控制;及在点火时在燃烧室内可得到预定的燃料分布。

Description

把燃料-气体混合物喷射到发动机中的方法
本发明涉及通过把燃料-气体混合物喷射到内燃机的燃烧室中从而给发动机供给燃料，该发动机一般以两冲程或者四冲程循环工作。
内燃机(它具有燃烧室或者气缸，直接喷射有燃料-气体混合物)废气的低排放的这些优点被得到认可，并且是由于与化油器式发动机相比更好地控制了燃料分布和燃料量所产生的，此外还有其它因素。
在这方面，本申请人已经公开了，如美国专利No．4800862上就公开了，在该专利中，致力于控制发动机废气中的有害成分，控制发动机燃烧室中的燃烧分布是有利的。相应地，该专利公开了：特别就双流体双喷射系统而言，其中处于压力下的气体用来把分开测量过的燃料量夹带和输送到发动机中，控制把燃料加入到气体中，从而在点火时间在发动机的燃烧室内得到预定的燃料分布。尤其地，如在火花点火式发动机所最希望的一样，希望预定燃料分布具有在点火时间在点火装置周围相对燃料较浓的混合物。
一般地，点火装置设置在发动机的缸盖上，相应地，在点火时，燃料较浓的区域最好形成于气缸的这个区域内。在某些发动机中，一般这些发动机在中心安装直喷系统，这伴随有沿着气缸的轴线方向保留下来的燃烧充量的空气／燃料比邻近增大(即变得更稀)。这种燃烧充量被说成是分层型，且尤其在小负荷条件下，在点火时被认为是优点。小负荷条件一般被描述成这样的负荷：该负荷小于25％的在特殊发动机速度下可得到的最大负荷。
一般地，气缸内的优选燃料分布将随着发动机负荷和速度的改变而改变，因此如本申请人的美国专利No．4800862所描述的一样，控制把确定的燃料量加入到发动机气缸中的比率从而得到特殊发动机工作条件的最有效分布。因此，在高负荷时，这些常常非常重要：在整个气缸中具有基本上均匀的空气／燃料比，以致燃料露出到足够的空气中，从而燃烧气缸内的所有燃料残留物。高负荷一般定义为大于在特殊发动机速度时得到的最大负荷的75％的负荷。
本发明的目的是提供一种给内燃机供给燃料的方法，该方法可以使发动机进行有效工作，而且使与无效的发动机运转有关的NOx、碳氢化合物和其它污染物的排放低得令人满意。
考虑到这个目的，本发明提供了一种通过把燃料-气体混合物喷射到发动机燃烧室中从而给内燃机供给燃料的方法，该方法包括：把测量过的燃料量从燃料测量装置输送到输送喷射器中，该输送喷射器与燃烧室和用来把测量过的燃料量输送到燃烧室中的增压气体的供给装置相连通，其特征在于：至少一个燃料测量装置和输送喷射器在多个过程中被控制，在点火时在燃烧室内可得到预定的燃料分布。
这多个过程可以产生于发动机的工作循环期间，从而在发动机工作循环期间，在点火时在燃烧室内得到预定燃料分布。控制燃料测量装置，从而产生单个脉冲的控制期间，从而把测量过的燃料量提供到输送喷射器中。燃料测量装置的这种脉冲或者控制打开被描述为“燃料测量过程”。
然后，测量过的燃料量被夹带在增压气体中，从而通过打开输送喷射器输送到燃烧室中，其中输送喷射器的这种脉冲或者打开被描述为“气体供给过程”。最好控制输送喷射器从而产生若干气体供给过程，这些气体供给过程把燃料直接输送到发动机的气缸或者燃烧室中。控制输送喷射器，从而在单个气缸循环期间产生若干控制时间的脉冲，从而把测量过的燃料量输送到发动机，及有时使想要的发动机控制方法得到实现。气缸循环通过活塞在在上死点和接着返回到上死点之间的往复运动时间来定义出。更加简要地说，气缸循环可以通过活塞具有气缸内的任何位置和接着返回到那个位置上的之间的期间来测量。因此，在许多气缸循环期间可以产生这些过程的可重复的顺序。根据发动机是以二冲程循环还是以四冲程循环进行工作，燃料测量和气体供给过程的顺序一般控制在360°或者720°期间。因此，在后文的一些过程产生于上死点之后的地方，它们被认为产生于与较早的这种测量或者气体供给过程(该过程产生于上死点之前)一样的气缸循环期间。
燃料测量装置通常是燃料测量喷射器，把增压气体供给到输送喷射器一般通过导管或者通道，而该导管或者通道把增压气体的供给装置(一般为空气压缩器)与输送喷射器的保存室连通。该保存室在发动机工作期间的所有时间保持增压，并且在每个气缸循环的若干气体或者空气供给过程期间最好可选择地直接与燃烧室相连通。
在这方面，本发明方法可以以许多方式来实现，通过发动机的控制元件(一般是电子控制元件)，把燃料测量和燃料输送喷射器的打开／关闭正时(换句话说，各自描述为燃料测量和气体供给过程)控制为相对于点火正时及相互之间而定时。燃料测量和／或气体供给过程的正时和／或时间可以形成为发动机速度或者负荷或者是这两者的函数。此外，在某些应用中，燃料测量和气体供给过程可以重叠。
在气缸循环中气体或者空气供给过程的数量可以设置成超过一个的同时，每循环中典型量目是两个。在燃料测量过程，测量过的燃料量通过燃料测量装置输送到输送喷射器，而该燃料测量过程相对于气体供给过程而定时在气缸循环中的任何时间。例如，第一气体供给过程的开始可以把一部分、最好是主要部分的测量过的燃料输送到燃烧室中，而该测量过的燃料是特殊发动机工作情况下每气缸循环中发动机所需要的。一段时间之后，但是在同一气缸循环期间，第二气体或空气供给过程可以把任何剩下部分的前面所测量过的燃料量输送到燃烧室中。在一些情况下，第二空气供给过程开始把保留在燃料输送喷射器内的任何“挂料”(hang-up)燃料扫出。可以与点火过程结合进行起燃，或者可以不是如所描述的一样。这就是说，典型的输送喷射器具有燃料通过或者保留在其中的保存室或者腔。在第一空气过程之后，由于表面张力的原因，因此油膜可以粘附到室或者腔的壁上，它就是所谓的燃料“挂料”或者“挂料”燃料现象。
在第一或者接着的气体供给过程中输送到燃烧室中的部分燃料可以通过改变每个气体供给过程中的正时、时间和／或输送压力来进行控制。然后，气体供给过程可以用来得到把测量过的燃料分解成公知特性的独立脉冲，在任何给定的发动机工作条件下，在点火位置上，终究通过在燃烧室内得到预定的燃料分布，这些脉冲有利于发动机的有效运转。因此，例如，可以确定通过第一气体供给过程输送到燃烧室内的燃料量，从而在整个燃烧室内得到通常是均匀的混合物，但是没有必要容易点火。然后，刚好在点火之前，第二气体供给过程产生于同一工作或者气缸循环中，从而输送足够的燃料量，从而在点火装置处明确地得到想要的可燃的空气／燃料比。这种空气／燃料比是本领域普通技术人员所认为的、处于可燃范围内的一种比值。以这种方法控制供给到发动机的燃料非常有利于降低排放的稳定发动机工作。
如前面所述一样，在独立空气供给过程中所输送的实际燃料量是与每个空气供给过程有关的打开正时、时间和／或输送压力的函数。相应地，对上面的例子而言，相对于第二空气供给过程而言，输送喷射器在第一空气供给过程中一般保持打开一个较长时间。当然，在输送喷射器打开时，这依赖于穿过输送喷射器的不同压力降落，但是对大多数情况而言，这是真实的。
此外，在某些应用或者执行过程中，在第一和第二气体供给过程期间输送到发动机中的燃料总量不会太不一样是有利的。这就是说，在每个气体供给过程中输送的燃料总量可以接近相等。相应地，独立的气体供给过程最好是属于相同期间来促进把夹在空气中的相同燃料量输送到发动机燃烧室中。
在这种原理的引申方法中，在多个气体供给过程的一个过程中输送喷射器输送测量过的燃料量，从而在点火时在燃烧室内形成预定的燃料分布。其它气体供给过程用来形成下文将要讨论的其它理想控制方法。这个也是可以应用的，其中如下面将要描述的那样，在若干燃料测量过程中，把燃料供给到输送喷射器中。还有，在某些应用中，即使当气缸循环内的气体供给过程用来把燃料量输送到燃烧室时，所谓的其它控制方法也可以形成于许多气体供给过程中的一个期间。
例如，在每个气缸循环中产生两个气体供给过程的情况下，后面的气体供给过程在发动机工作循环中产生得足够迟，以致在形成燃料输送之后，在气缸压力超过输送喷射器的室或者腔内的压力时，输送喷射器可以保持打开。因此气缸气体可以被捕获，并且以与本申请人的美国专利No．4936279所描述的相同方法用作随后的气体供给过程的增压气体的源，该专利的内容在这里引入以作参考。
另外，随后的气体供给过程可以只用于在第一气体供给过程期间输送喷射器输送所有测量过的燃料量的这种理想功能。因此，例如，这种方法可以用来加速起动时空气管路的增压或者减少发动机在其它时间的空气压缩器负荷。此外，由于在第一气体供给过程中大量或者所有燃料已经输送到发动机中，因此在正时和发动机工作情况下，可以产生这种气体捕获功能，而该正时和发动机工作情况在正常情况下不利于这种功能。
还有，如本申请人的美国专利No．5195482所描述的那样，任何后面的气体供给过程还可以用来使喷射器清洁，该专利的内容在这里引入以作参考。这就是说，如每个前面的捕获原理一样，后面的气体供给过程在发动机工作循环中可以产生得足够迟，以致一般的高温气缸气体在“清洁过程”中可以用来清洁产生了积碳(该积碳反过来影响输送喷射器的燃料输送的精确性)的、输送喷射器的表面，而该气缸气体被引起流入到输送喷射器的腔中。因此，进入到输送喷射器中的气缸气体可以引起不良积碳的燃烧及清洁喷射器表面。如每个前面的气体捕获原理一样，根据本发明，使用双喷射原理使这种清洁过程产生于正常情况下不利于这种功能的正时和发动机工作条件下。尤其地，当通过在第一气体或者空气供给过程期间把燃料输送到发动机中把发动机的工作保持或者调整到所需要的情况下时，这种喷射器清洁方法可以产生于发动机的整个负荷和速度范围内的任何一点。
在本原理的延伸方法中，后面的气体供给过程可以用作一种把增加的燃料量提供到发动机中从而有助于废气系统催化剂的快速加热的装置。这样一种催化剂加热或者“快速点火”(fast light-off)方法描述在本申请人的美国专利No．5655365中，该专利的内容在这里引入以作参考。通过本发明的双喷射方法中的第二或者后面的气体供给过程，在后面把辅助燃料喷射到燃烧室中可以用来把增加的热能大小提供到发动机排气系统中的下游催化剂中，而不用或者辅之以美国专利No．5655365的方法。由于相对于前面的点火过程而定时把燃料输送到燃烧室，因此这种燃料可以在燃烧室和／或排气系统中燃烧。还有，使用本发明的双喷射原理可以使这种快速点火方法产生于正常情况下不利于这种功能的定时，并且以在正常发动机运转时具有较少效果的方法来产生。此外，在小负荷运转条件下，废气温度可以保持高于点火温度。
在本发明的双喷射原理的另一种实现中，燃料测量喷射器可以控制来产生若干燃料测量过程(一般为两个)，同时燃料输送喷射器还被控制来产生若干燃料输送脉冲或者气体供给过程(一般为两个)。这就是说，第一燃料量在气缸循环的早期被测量并进入到输送喷射器中，然后在气缸循环的早期，把这测量过的燃料量输送到发动机中。这第一燃料量一般用来在发动机的燃烧室内形成均匀的混合物。一般相对小得多的第二燃料量接着被测量并进入到输送喷射器中，然后通过第二气体供给过程把它输送到燃烧室中。第二气体供给过程一般定时在气缸循环的非常迟的时候，从而在点火时或者刚好在点火之前在火火装置周围形成较浓的可燃混合物。
因此，在这种方法中，如上所述一样，通过两个独立燃料测量过程和两个独立的气体供给过程在燃烧室中可以得到相同的理想的燃料分布。应当明白，如部分喷射出来的空气一样，通过各自改变燃料测量喷射器和输送喷射器脉冲宽度或者打开时间，在每个燃料测量过程中所测量出来的部分燃料可以改变。还有，在某些应用或者执行过程中，在第一和第二燃料测量过程期间输送到输送喷射器中的燃料总量不会太不相同是更加有利的。这是说，在每个燃料测量过程中输送的燃料总量可以接近相等。相应地，独立燃料测量过程最好是相同的期间，从而促进把相同的燃料量输送到输送喷射器中。
此外，如前面所讨论的一样，燃料测量和气体供给过程的结合还可以用来形成其它的理想控制方法。这就是说，无论是后面的气体供给过程用来把燃料量输送到燃烧室，还是在相同气缸循环中的较早气体供给过程期间输送所有燃料，如前面所述一样，在某些情况下后面的气体供给过程用来形成一些方法如气缸压力夹带、喷射器清洁和快速催化剂点火。
在本发明的双喷射原理的另外执行过程中，借助于两个燃料测量过程和一个气体供给过程来实现燃烧室内的理想燃料分布。在这种情况下，第一燃料测量过程可以把测量过的大部分燃料输送到输送喷射器中，而输送喷射器接着打开，从而把所有的燃料量输送到发动机中。但是，一旦所有的燃料已经输送完，不是关闭输送喷射器，而是该输送喷射器保持打开，从而通过第二燃料测量过程(即较短的燃料测量过程)把后面测量过的第二燃料量(即较小的燃料量)输送到输送喷射器中。一旦在气体供给过程中第二燃料量已经输送到燃烧室中，那么输送喷射器可以壮志凌云，因此只在一个气体供给过程中打开了。这种执行过程还提供了较大的燃料-稀释控制，这个在本申请人的美国专利No．4800862中作了进一步的讨论，该专利的内容在这里引入来作为参考。
此外，在一些应用中，在完成把燃料输送到燃烧室之后通过保持输送喷射器打开来形成空气管路增压(“泵送”方法)或者输送喷射器清洁型控制方法是可能的。
为每个前面所讨论的、本发明的双喷射原理的执行过程所共有的是双流体燃料喷射系统可方便地用来在发动机的燃烧室内提供理想的燃料分布。这就是说，双流体燃料喷射系统最好以这种方法来控制，从而在发动机工作循环的相对较早的位置上把大部分的测量过的燃料量输送到燃烧室中，接着进行控制，从而在发动机工作循环的非常迟的位置上输送测量过的燃料量的剩余部分。
最好，控制双流体燃料喷射系统，从而在发动机气缸循环的相对较早的位置上在燃烧室内提供一般是均匀的混合物。
最好，控制双流体喷射系统，从而在发动机气缸循环的相对较迟的位置上和一般接近点火正时即刚好在点火正时之前在点火装置周围形成较小量的较浓可燃混合物。
与根据上面方法把不同的燃料量输送到发动机相反，如上所述，根据本发明的双喷射方法的这些替换执行过程同样适合于把独立的、相同的燃料量输送到发动机中。这就是说，不是第一气体供给过程把大部分测量过的燃料量输送到发动机及第二气体供给过程把较小燃料量输送到发动机中，而是这些独立的过程把相等的或者其它合适比的燃料输送到发动机的燃烧室中。此外，可以使用根据本发明双喷射方法的另外执行过程，从而产生其它的理想控制方法，同时在点火之前在发动机的燃烧室内形成预定的燃料分布。在一些情况下，第二气体供给过程只用来形成理想发动机控制方法，燃烧室内的预定燃料分布通过第一气体供给过程来形成。
在两冲程或者四冲程型多缸发动机中容易实现本发明的方法。当这些发动机的工作特性提供了相对较长的发动机气缸循环时间(在该时间内，可以形成多个燃料测量和／或气体供给过程)时，本方法尤其适用于四冲程发动机。
从参照附图所形成的优选实施例的下面描述中可以更加清楚地理解本发明，在附图中：
图1是示意图，它表示发动机根据本发明方法的一个实施例而进行工作；
图2是通过测量喷射器管路元件的一个实施例的横截面图，该管路元件可以用在根据图1所示的本发明的一个实施例来进行工作的发动机上；及
图3是一系列曲线，这些曲线表示当以本发明的模式进行工作时图2的燃料喷射器和管路元件的零件的燃料供给过程和气体供给过程的某一具体正时和时间的一个例子。
图1表示直喷式双顶置凸轮轴多缸四冲程内燃机20，它具有气缸60，而活塞59在气缸60内往复运动，活塞59通过连杆58而连接到发动机20的曲轴33上。发动机20包括空气进气系统22、点火装置24、燃料泵23、油箱28和排气系统25。燃料和空气管路元件11安装在发动机20的缸盖30上。空气压缩器29相对于发动机20可操作地布置，并且一般通过合适的皮带(未示出)由发动机曲轴33来驱动。燃料泵23从油箱28中抽出燃料，然后该燃料通过燃料供给线55供给到燃料和空气管路元件11中。传统的进入和排出阀15和16以公知的方式也安装在缸盖30上，这些阀15、16与用来驱动阀15、16的传统凸轮装置17安装在一起。这些阀15、16布置成打开和关闭相应的进入和排出口18和19，从而以公知的方式在气缸循环期间使新鲜气体进入发动机气缸60和使废气从发动机气缸60中排出。
可拆下的缸盖30具有形成于它内部的腔31，在它的最深位置上设置了燃料和空气管路元件11的输送喷射器12的喷嘴34。腔31与活塞59和气缸60一起限制出了燃烧室32。根据本申请人的美国专利No．4719880所公开的(该专利的内容在这里引入作为参考)，在缸盖30上提供合适形状和布置的腔31尤其在小负荷时有助于在燃烧室32内形成分层燃料分布。在小负荷发动机工作条件下通过喷嘴34把燃料喷射到腔31中的喷射后定时有助于在这种条件下在燃烧室32内形成分层变化。为此还可采用小喷雾穿透喷嘴。
观在参照图2，更加详细地示出了燃料和空气管路元件11。燃料和空气管路元件11包括燃料测量喷射器10和空气或者输送喷射器12，而合适的接触面15设置在喷射器10和喷射器12之间。为发动机20的每个气缸60提供了各自燃料测量和燃料输送喷射器10和12。燃料和空气管路元件11的主体8可以是带有纵向延伸空气导管13和燃料供给导管14的伸出元件。另一方面，以单个细长管状件的形式设置空气导管13和／或燃料导管14。
最好如图1所看到的那样，在合适位置上，设置了连接器和合适的导管，这些连接器和导管把管路元件11与各自空气和燃料供给连接起来：空气线路49把空气导管13与空气压缩器29连通；空气线路53提供了空气出口，该空气出口把空气返回到空气进气系统22；及燃料线路52把燃料供给导管14连通到油箱28，如需要可提供燃料返回通道。空气导管13与合适的空气调整器27连通，该空气调整器27调整压缩空气的空气压力，而该压缩空气由空气压缩器29提供到空气导管13中。同样地，燃料调整器26设置来调整燃料泵23所提供的燃料压力。
使用泵送方法来补充空气压缩器29所提供的增压空气，而这种泵送方法在本申请人的一起没有授权的PCT专利申请No．PCT／AU97／00438中进行了描述，该专利申请的内容在这里引入以作参考。就减少发动机起动(在这种发动机起动之前，在空气导管13内可得到满意的工作压力)的时间延迟而言，这种方法具有许多优点。此外，这种方法可以用来减少发动机20上的空气压缩器29的负荷。
燃料测量喷射器10具有测量喷嘴21，喷嘴21与形成于输送喷射器12的阀杆内的室51连通。在本发明的特殊实施例中，在每个气缸循环期间及根据电子控制元件(ECU)的命令，燃料测量喷射器10通过接触面15而把燃料测量过程或者控制宽度的脉冲的单个测量过的燃料量输送到输送喷射器12的室51中。应当知道测量过的燃料量是燃料测量喷射器10的打开时间的函数。
输送喷射器12具有壳体70，而该壳体带有从它的下端突出的圆柱形套管71，套管71限制出喷射口72，喷射口72与通过接触表面15的通道120连通。喷嘴34包括螺线管操纵的、可选择打开的提升阀35，提升阀35的工作方式与本申请人的美国专利No．4934329所描述的相同，该专利的内容在这里引入以作参考。最好如图1所看到的那样，根据电子控制元件(ECU)100的命令的螺线管激励引起阀35打开，从而把燃料-气体混合物输送到发动机20的燃烧室32内。但是，阀的结构不局限于上面所描述的那种。其它的阀如针阀结构可用来取代。
电子控制元件(ECU)100一般接受信号，而这些信号来自合适地设置在发动机内的传感器(未示出)并表示曲轴速度和空气流。ECU100还接受表示其它发动机工作情况如发动机温度和环境温度(未示出)的信号，ECU100根据所接受到的所有输入信号来确定需要输送到发动机20的每个气缸60中的燃料量。这种普通型ECU在电控制燃料喷射系统的领域中是公知的，因此这里将不作更加详细的描述。
通过各自的连接装置101，ECU100把每个输送喷射器12的打开时间和正时控制成与发动机循环成时间关系，从而把燃料从喷射口72输送到发动机20的燃烧室32内。借助于该系统的两种流体性质，把燃料夹带在气体中输送到发动机20的燃烧室32中。如图2所示一样，通道120还一直通过导管80与空气导管13连通，因此，在正常工作的情况下，通道120保持在基本稳定的空气压力下。在输送喷射器12的螺线管供电时，通过燃料测量喷射器10输送到输送喷射器12中的测量过的理想比例的燃料量由通过喷射口72进入到发动机20的气缸60的燃烧室32内的空气来输送。
借助于ECU100，燃料测量和输送喷射器10和12的打开时间和关闭时间相对于发动机的气缸循环而确定时间，例如相对于点火情况和相对于相互之间来确定时间。这些正时与燃料测量和气体供给过程相一致，而燃料测量和气体供给过程是发动机20的速度情况和负荷情况的函数，并且可以以实验为基础来制出图。一般还通过查找ECU100内的图像来提供合适的点火正时。就上述过程而言，曲柄区域和／或时间区域控制是可能的。
在本发明的双喷射燃料系统控制方法的一个实施例中，在发动机20的每个气缸循环期间，单个脉冲的燃料在单个燃料测量过程中通过燃料测量喷射器10输送到输送喷射器12的室51内。在相同气缸循环期间控制多气体供给过程，从而把燃料输送到燃烧室32。如上面所述，这些过程的正时根据发动机20的速度和负荷情况由ECU100来确定。还可以计及其它因素如发动机温度。气体供给过程的正时还涉及燃料测量过程的正时，从而实现在点火时燃烧室32内的最佳燃料分布的目的。
在一种情况下，例如燃料测量喷射器10比产生燃料脉冲或者燃料测量过程的输送喷射器12打开得早，在该燃料脉冲或者燃料测量过程中，测量过的燃料量输送到输送喷射器12的室51中。然后，通过打开输送喷射器12的阀35来产生控制期间的第一气体供给过程。当空气一般是雾化和燃烧支持气体时，下文的描述将使用术语“空气供给过程”来描述这种过程。在这种方式中，一部分必需燃料(常常是大部分)在第一空气供给过程中输送到发动机燃烧室32中。
在两冲程发动机中，第一空气供给过程最好定时在排气口关闭之前，并且在这个阶段，最好输送超过80％的测量过的燃料量。在四冲程发动机中，第一空气供给过程最好定时成产生于吸气冲程期间的某一点上。观察到输送喷射器12的打开不需要处于燃料测量过程中是重要的。每个燃料测量和空气供给过程可以以任何理想的方法来定时。就这而言，可实现燃料测量和输送喷射器10和12的打开重叠。此外，输送喷射器12的关闭和点火之间的时间关系常常是重要的。任何或者所有过程的正时在如上所述时间区域或者曲柄区域内完成，例如在本申请人的一起没有授权的欧洲专利申请No．0852668进行了描述，这个专利申请的内容在这里引入以作参考。
第一空气供给过程没有排出存在于输送喷射器12的室51内的所有燃料。例如，燃料一般在室51的壁上形成粘附膜(即产生了燃料“挂料”)。因此，在第一空气供给过程之后的一段时间，通过随后打开喷嘴34来执行另外的空气供给过程，从而把第一空气供给过程中没有输送的任何燃料扫进到燃烧室32中。另一方面，不是扫悬挂在输送喷射器12中的任何燃料，或者是扫悬挂在输送喷射器12中的任何燃料，第二空气供给过程可以把在第一空气供给过程中没有喷射的第二燃料量(一般是较少量)输送到燃烧室32中(即在单个供给燃料过程中通过燃料测量喷射器10所测量出的燃料量的平衡量)。在四冲程发动机中，第二空气供给过程一般定时成产生于压缩冲程期间的一点上。
因此，在每个单独的空气供给过程中输送到燃烧室32内的燃料总量通过改变输送喷射器12的打开期间和相对于燃料测量喷射器10和气缸循环的打开正时来控制。例如，在大负荷时，空气供给过程的正时在发动机工作循环中发生得较早，而这种发动机工作循环在这种负荷条件下加速均匀燃料的形成。此外，如前面所述，在各自的第一和第二空气供给过程中，把相同或者其它合适的比例或者燃料量输送到发动机20中。
如前面所述，根据本发明，可使用双流体喷射系统双喷射方法的其它执行过程。例如，通过两个分开的供给燃料过程和两个分开的各自空气供给过程，把两个分开的、夹带在空气中的燃料量输送到发动机20的燃烧室32中。燃料测量和空气供给过程相互合适地进行定时，以致每个独立的测量过的燃料量跟着空气供给过程或者重叠有空气供给过程，从而把燃料输送到燃烧室32中。当使用前面所述的执行过程时，相同或者不同比率或者燃料量可以在分开的第一和第二空气供给过程中输送到发动机20中。
在本发明双喷射方法的另外的替换执行过程中，如把两个分开的、夹带在空气中的燃料量输送到发动机20中的不同方法一样，可以结合两个独立的燃料测量过程来执行一个空气供给过程。根据本申请人的US专利NO．4800826所公开的，这种执行过程也有利于实现不同想要燃料的稀释效果。
在双流体喷射系统中的每个上述双喷射的可以模式中，夹带在空气中并输送到发动机20中的第一燃料量一般在气缸循环中定时得足够早，从而在点火之前实现均匀混合。有利的是，该混合物比理想配比要浓。一般，这种第一燃料量可以比输送到发动机20中的后面的量(即在第二空气供给过程中)大。此外，夹带在空气中并输送到发动机20内的第二燃料量的输送一般在气缸循环中定时得足够迟，从而刚好在点火之前或者在点火时在火花塞24周围得到局部的、浓的可燃混合物。有利的是，该混合物比理想配比的要浓。一般，这种第二燃料量相对于最初输送的燃料量来说相对较小(例如在第一空气供给过程中)。
为了强调这些观点，下面描述产生在单个气缸循环中的燃料测量和空气供给过程。参照图3所示的曲线图来进行描述。应当注意到，图3涉及到双喷射方法，其中执行一个供给燃料过程和两个空气供给过程，因此，在两个直喷过程期间，输送了总的测量燃料量。因此，它用作图解目的而非限制性的。
曲线61表示把脉冲燃料从燃料测量喷射器10输送到输送喷射器12的室51中(即单个燃料供给过程)。曲线62表示在两个分开的输送过程中(即两个空气供给过程)通过输送喷射器12把这种测量过的燃料量喷射到燃烧室32中。曲线63表示相对于燃料测量喷射器10的燃料测量和输送喷射器12的燃料(该燃料夹带在空气中)输送的点火装置24的点火正时。每个曲线61、62和63相对于曲线64而表示，而曲线64表示单个气缸循环，单个气缸循环定义为曲线的两个尖峰之间的期间，而尖峰表示气缸60内的活塞59的TDC着火位置。如所示出的一样，示意性地给出了四冲循环发动机的这些正时。因此，活塞59的TDC着火位置之间的周期等于720°曲柄角循环。尽管如此，成比例的相似正时和周期可以应用在无论是单缸还是多缸的二冲程循环的发动机上。
曲线61、62和63所示的每个过程的具体正时依赖于许多因素，尤其依赖于发动机的速度和负荷。在下面的说明中，只是以例子方式提供的、表示的正时表示以3200rpm左右工作的四冲程循环发动机。如根据现有公知技术所知道的一样，这些正时(即，开始和过程的中断)预定在曲柄角区域或者时间区域或者是这两者的结合上。例如，这种安排描述在本申请人的一起的没有授权的欧洲专利申请No．0852668中。
如从曲线61所看到的一样，在气缸循环的早期，燃料测量喷射器10把所有测量过的燃料量输送到室51中。在气缸循环期间，这种燃料测量过程一般定时成开始于排气冲程的后期部分或者吸气冲程的早期部分。例如，供给燃料过程可以产生于气缸循环的465°到335°BTDC(着火)之间。
第一空气供给过程一般定时成产生于紧跟燃料测量过程的中断，因此与第二空气供给过程相比，在气缸循环中产生得相对较早。这种第一空气供给过程可以定时成开始于吸气冲程的早期部分，并且一般用来把测量过的、进入室51的主要燃料直接输送到燃烧室32中。在第二空气供给过程和接着的点火过程之前，这提供了足够时间来在燃烧室32内形成相对较稀的均匀混合物。例如，第一空气供给过程产生于气缸循环的330°和270°BTDC(着火)之间。
如曲线62所示一样，第二空气供给过程一般定时成产生于气缸循环很迟的时候，并且一般产生于活塞59的压缩冲程。一般，第二空气过程的持续时间明显比第一空气供给过程的短，并且把测量过的燃料量的剩余部分输送到燃烧室32中。第二空气供给过程把任何燃料挂料从输送喷射器的室51扫出，并且刚好在点火之前在火花塞24的周围提供较浓的可燃空气／燃料混合物。相应地，例如，第二空气供给过程可以安排成产生于180°和155°BTDC之间(着火)。如曲线63所示一样，点燃燃烧室32内的燃料／空气混合物一般产生于刚好在TDC之前(着火)，例如可以安排成产生于30°BTDC周围(着火)。
因此，根据发动机工作循环中的每个空气供给过程的正时和时间，可以使用若干空气供给过程，从而在多个独立空气供给过程之间摊分测量过的燃料量，如曲线62所示一样。
ECU100可以用来控制任何参数的燃料测量的正时和其它特性、燃料喷射和点正时，相应地，通过合适的燃料和气体过程的正时，相对于发动机速度和／或负荷，或者与这些变量无关，在点火时或者其它想要的情况下，在发动机20的燃烧室32内可得到最佳燃料分布。
执行这种方法可使燃烧系统工作在较大的气体／燃料比(包括捕获的残留物和废气循环或者“EGR”)中，而不会破坏燃烧稳定性，这使高度EGR度得到应用。该方法尤其对中间负荷区域到大负荷区域有效，而该中间负荷区域到大负荷区域一般在一些直喷四冲程发动机中与从稀的分层燃烧到稀的均匀工作的过渡区域相一致。此外，通过使用这种方法，在没有引起发动机排放的情况下提高燃料经济性是可以有的，主要是因为有能力在更稀的情况下运转并且提高了EGR的大小。
如前面所述一样，本发明的双流体双喷射方法还可用来进行其它想要的控制方法。对执行双流体燃料喷射方法而言尤其是这样，其中使用了多空气供给或空气喷射过程。
例如，如前面所述一样，在发动机工作循环／气缸循环中，第二空气供给过程可以产生得足够迟，以致相对于气缸60的压力而言，输送喷射器12内的室51处于低压下，因此允许气缸气体流到室51中。这可以用作输送喷射器12的增压气体的另一个源，这与本申请人的PCT专利申请No．PCT／AU97／00438中所描述的方法相似。这说是说，通过第一空气供给过程已经把部分或者所有测量过的燃料量输送到发动机气缸60中，而第二空气供给过程被用来提供空气导管13的一些增压。第二空气供给过程只用来产生这种想要的增压，或者还可以用来把另外部分的燃料输送到气缸60中。在后面这方面中，输送喷射器12的工作被简单定时，以致输送另外的燃料量之后，喷嘴34保持打开一个预定时期从而使高压气体流过喷射口72并进入到空气导管13中。
在相同的方法中，如前面所述，第二或者后面的空气供给过程可以用来弄干净输送喷射器12。就这方面而言，应当知道，在某些时间气缸气体的温度足够可以烧去任何积碳，而这些积碳可能形成于输送喷射器12的喷嘴34和提升阀35上。这可实现这样的有价值目的：清洁喷嘴34从而保证把燃料精确地而可重复地输送到燃烧室32中。这与本申请人的美国专利No．5195482中所描述的方法相似，该专利的内容在这里引入以作参考。一般在第二空气过程定时成产生于发动机工作循环的后期的地方，可实现这种“清洁过程”。
就这点而言，除了把部分燃料输送到气缸60之外，可以定时后面的空气供给过程，以致在输送燃料和点燃燃料之后保持喷射口32打开使高温气缸气体通过并清洁输送喷射器12的喷嘴34和提升阀35。另一方面，控制后面的空气供给过程，从而只进行清洁过程。在这种情况下，通过第一空气供给过程形成燃烧室内的预定燃料分布，而第二空气供给过程只是用来产生清洁过程。相应地，控制第二空气供给过程产生于气缸循环的一个位置上，其中气缸60内的温度和压力超过输送喷射器12内的这些。因此，通过执行本发明双喷射方法的后面空气供给过程来实现清洁过程一般产生于第一空气供给过程期间所输送到气缸60中的燃料点火之后。
还有，本发明双流体双喷射方法的执行过程用利于快速加热废气排放催化剂，该催化剂可工作地布置在发动机排气系统25中。这种方法与本申请人的美国专利No．5655365所描述的控制方法具有一些相似。从这个专利中可以知道，一般在发动机起动期间给催化剂提供额外能量，从而实现快速加热催化剂从而促进“点火(light-off)”。这种额外能量一般以燃料的这种形式加入：该燃料在催化剂上进行燃烧或者在催化剂的上游处进行燃烧，因此比正常总量的热能还大的热能可以输送到催化剂基体上。这种额外的热能一般用来把催化剂的工作温度升高点火温度之上，因此可以产生满意的气体转换效率。
相应地，双喷射方法包括使用第二或者后面的空气供给过程，这种空气供给过程可以用来把比正常燃料量还大的燃料量输送到发动机中。例如，在点火过程之后可以影响第二空气供给过程，在气缸循环的一个位置上，其中在第二空气供给过程中输送的任何燃料由于前面的燃烧过程而在气缸内和／或排气系统25中被燃烧掉。例如，在膨胀冲程或者排气冲程期间，在活塞59的上死点(TDC)位置之后的一个位置上，可以影响第二空气供给过程。使用这种控制方法尤其适用于发动机工作在起动时，但是可以同样地适用于任何发动机工作情况，其时催化剂温度可以降低到它的点火温度以下，并且需要额外的热能来快速提高催化剂的工作温度。
另一方面，通过第二或者后面气体供给过程所输送到燃烧室32中的额外燃料借助于相关的第二延迟点火过程可以在气缸60和／或排气系统中进行燃烧。此外，在促进催化剂点火的额外燃料通过第二燃料测量过程输送到输送喷射器12的同时，在部分单个大量燃料测量过程时，输送促进催化剂点火所需要的燃料有时是有利的。然后在两个空气供给过程中，把这个燃料量输送到发动机20中，控制第二空气供给过程，以致把所需要的燃料量供给到发动机中从而促进催化剂点火(light off)。
参照描述四冲程发动机20的附图，在描述双喷射方法的同时，该方法同样可以在直喷两冲程发动机中实行。实际上，通过改进合适的燃料测量和喷射元件及控制元件从而把本方法应用到其它传统设计的四冲程或者两冲程发动机上是可能的。例如通过使用1998年4月28日提交的、本申请人的澳大利亚临时专利申请No．PP3239中公开的那种组合件，有利于这种改进，该专利申请的内容在这里引入以作参考。
如读过公开内容的本领域普通技术人员所知道的一样，可以对这里所描述的本发明进行变形和改变。这些变形和改变落入本发明的范围内。

Claims (41)

1．一种通过把燃料-气体混合物喷射到发动机燃烧室中从而给内燃机供给燃料的方法，该方法包括：把测量过的燃料量从燃料测量装置输送到输送喷射器中，该输送喷射器与燃烧室和用来把测量过的燃料量输送到燃烧室中的增压气体的供给装置相连通，其特征在于：至少一个燃料测量装置和输送喷射器在多个过程中被控制；及在点火时在燃烧室内可得到预定的燃料分布。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于：控制所述的燃料测量装置，从而产生单个控制时间的燃料测量过程，从而把测量过的燃料量提供到输送喷射器中。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于：控制所述的燃料测量装置，从而产生若干控制时间的燃料测量过程从而把测量过的燃料量提供到输送喷射器中。
4．如权利要求1或3所述的方法，其特征在于：在单个气体供给过程中把燃料输送到发动机的燃烧室中。
5．如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：控制所述输送喷射器，从而产生若干气体供给过程，从而把测量过的燃料量输送到发动机的燃烧室中。
6．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：把所述输送喷射器布置成把测量过的燃料量直接输送到发动机的燃烧室中。
7．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：每个燃料测量过程和气体供给过程的正时相对于点火正时而可控制地定时。
8．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：所述的燃料测量和气体供给过程的正时相对于相互之间而可控制地定时。
9．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：所述燃料测量和气体供给过程的正时和／或时间至少是发动机速度和发动机负荷中的一个的函数。
10．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：所述燃料测量和气体供给过程重叠。
11．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：在燃料测量过程中通过燃料测量装置把测量过的燃料量输送到输送喷射器中，而燃料测量过程相对于气体供给过程定时在气缸循环的任何时间内。
12．如权利要求1-3或者5任一所述的方法，其特征在于：在第一气体供给过程中，把主要部分的测量过的燃料量输送到发动机的燃烧室中。
13．如权利要求1 2所述的方法，其特征在于：在后面的气体供给过程中，把剩余部分的、测量过的燃料量输送到发动机的燃烧室中。
14．如权利要求1-3或者5-13所述的方法，其特征在于：后面的气体供给过程清洗燃料挂料的输送喷射器。
15．如权利要求1-3或者5-14任一所述的方法，它包括：在所述气体供给过程中，通过改变由正时、时间和空气输送压力所组成的一组中的至少一个来控制输送到所述输送喷射器中的部分燃料。
16．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：一般地，在发动机的气缸循环的相对早期，在气缸中形成均匀混合物。
17．如权利要求16所述的方法，其特征在于：均匀混合物相对地不可点燃。
18．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：在发动机气缸循环的相对较迟时在点火装置处形成浓的可点燃混合物。
19．如权利要求18所述的方法，其特征在于：所述浓的可点燃混合物一般形成于接近点火正时。
20．如权利要求1-3或者5-19任一所述的方法，其特征在于：在点火之前，第二气体供给过程输送足够的燃料，从而在点火装置处得到理想的可燃的空气／燃料比。
21．如权利要求1-3或者5-20任一所述的方法，其特征在于：在每个气体供给过程中输送到燃烧室内的燃料总量接近相等。
22．如权利要求21所述的方法，其特征在于：控制每个气体供给过程的时间，从而在每个气体供给过程中把接近相等的燃料量输送到燃烧室中。
23．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：一个或者多个气体供给过程用来形成理想的发动机控制方法。
24．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：当气缸压力超过输送喷射器内的压力时，所述的输送喷射器打开或者保持打开，从而捕获气缸气体作为后面的气体供给过程的增压气体的源。
25．如权利要求24所述的方法，其特征在于：在第二气体供给过程中所述输送喷射器打开，从而捕获气缸气体作为增压气体的源。
26．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：在把部分测量过的燃料量输送到燃烧室内之后，所述输送喷射器保持打开。
27．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：所述输送喷射器打开或者保持打开，从而使气缸气体清洁输送喷射器。
28．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：在点火过程之后，所述输送喷射器打开或者保持打开，从而使气缸气体清洁输送喷射器。
29．如权利要求25-28任一所述的方法，其特征在于：所述输送喷射器打开或者保持打开，从而使喷射器在发动机速度或者发动机负荷范围内的任何位置上清洁。
30．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：所述输送喷射器打开，从而把辅助燃料输送到发动机内，从而促进催化剂的作用。
31．如引用权利要求1-3或者5-29任一所述的权利要求30所述的方法，其特征在于：通过第二或者后面的气体供给过程来产生所述辅助燃料的输送。
32．如权利要求30或者31所述的方法，其特征在于：在点火过程之后，在膨胀冲程或者排气冲程期间所述输送喷射器打开。
33．如前述权利要求任一所述的方法，它包括：通过改变所述燃料测量装置的脉冲宽度，控制在每个燃料测量过程中所测量的部分燃料。
34．如权利要求16-33任一所述的方法，其特征在于：在发动机气缸循环的相对较早期间，在第一气体供给过程中所输送的燃料在气缸内形成了一般是均匀的混合物。
35．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：所述气体是空气。
36．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：所述发动机是多缸发动机。
37．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：所述发动机是四冲程发动机。
38．如权利要求37所述的方法，其特征在于：所述第一气体供给过程产生于吸气冲程期间。
39．如权利要求37或者38所述的方法，其特征在于：第二或者后面的气体供给过程产生于压缩冲程。
40．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：所述发动机是两冲程发动机。
41．如前述权利要求任一所述的方法，其特征在于：燃烧室内的预定燃料分布通过第一气体供给过程来形成，而所形成的第二或者后面的气体供给过程实现理想发动机控制方法。
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