CN1423726A - 具有可变的有效反射长度的压缩空气辅助燃料喷射系统 - Google Patents

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Abstract

一种内燃发动机(10),其具有燃烧室(108)和用于将燃料传送到燃烧室(108)中的燃料传送系统(100)。燃料传送系统(100)包括连接到接近于燃料入口(110)的燃烧室的燃烧压缩波反射管道(116、120)。该反射管道包括一可变的有效反射长度。

Description

具有可变的有效反射长度的压缩空气辅助燃料喷射系统
对相关申请的交叉参考
这是1998年8月21日提交的共同待审的申请09/138,244号的部分继续申请。
技术领域和背景技术
本发明涉及一种用于内燃发动机的燃料喷射系统，并且更具体地说，涉及内燃发动机中的低压喷射的控制。本发明的应用的特定领域是两冲程的内燃发动机。所描述的特定领域是小型的高速两冲程发动机，例如用于手持式动力设备如叶片鼓风机、绳索修剪器和绿篱修剪器，也用于轮式车辆的应用如机动自行车、摩托车和小型摩托车，以及用于小型的船外马达发动机。小型的两冲程发动机具有很多希望的特性使它们自己可以应用到以上应用中，这些特性包括：简化结构、降低制造成本、提高动力重量比、具有高速运行能力，以及在世界的很多地区都可简单方便地进行维护。
简单的两冲程发动机的显著缺点是，在扫气过程中，从气缸中损失了一部分新鲜的未燃烧的燃料。这导致了燃料经济性变差，并且最重要的是导致了未燃烧的碳氢的排放量变高，因此使得简单的两冲程发动机不能符合日益增长的政府的严格污染限制。通过将用新鲜空气进行的气缸的扫气和用燃料进行的气缸的充填分开，可以减轻这个缺点。通过将液体燃料注射到气缸中，或者更优选地通过使用增压的空气源注射燃料，与新鲜的扫气分离，以便将燃料喷射到气缸中，实现了这种分离。在本发明的优选实施例中，发动机的排量尺寸是约16cc到约100cc，但是可能更大或更小。这些发动机尺寸用于这样的物品上，如绳索修剪器、链锯、叶片鼓风机以及其他的手持式动力工具。该发动机也可以用在工具如割草机、吹雪机或马达船外发动机上。
发明内容
根据本发明的一个实施例，所提供的内燃发动机设置有燃烧室和用于将燃料传送到燃烧室中的燃料传送系统。燃料传送系统包括接近于燃烧室的燃料入口和连接到接近于燃料入口的燃烧室的燃烧压缩波反射管道。该反射管道包括一可变的有效反射长度。
根据本发明的另一个实施例，所提供的内燃发动机燃料传送辅助装置包括燃烧压缩波反射器；以及控制系统，该控制系统连接到反射器上，用于至少部分地控制反射器以改变将反射的燃烧压缩波传送到发动机的预定位置的定时。
根据本发明的另一个实施例，所提供的内燃发动机具有燃烧室和用于将燃料传送到燃烧室中的燃料传送系统。燃料传送系统包括接近于燃烧室的燃料入口和连接到燃烧室的燃烧压缩波反射器。该反射器可以根据发动机的至少一个发动机操作参数变化。
根据本发明的另一个实施例，所提供的内燃发动机燃料传送辅助系统包括含有反射管道的可变燃烧压缩波反射器；以及控制系统，用于通过反射器对有效的燃烧压缩波反射选择性地致动和解除致动。
根据本发明的另一个实施例，所提供的用于发动机的内燃发动机燃料传送系统包括燃料喷射器；燃烧压缩波反射系统，该燃料喷射器具有进入反射系统的管道的燃料出口；以及连接到该燃料喷射器上的控制器。该控制器适于当反射系统包括反射的燃烧压缩波时在第一模式下操作燃料喷射器，并且当反射系统并不包括反射的燃烧压缩波时在不同的第二模式下操作燃料喷射器。
根据本发明的一种方法，提供了一种传送内燃发动机中的压力脉冲的方法。该方法包括以下步骤：由发动机的燃烧室中的燃烧产生燃烧压缩波；在连接到燃烧室上的反射管道中传导波的至少一部分；将管道中的波的部分朝向燃烧室反射回去；以及改变将反射的波的部分传送回到燃烧室的定时。
附图说明
在下面的说明中结合附图解释了本发明的前述方面和其他特征，其中：
图1A-1E是带有活塞头的结合有本发明的特征的发动机处于不同的操作位置的局部示意图；
图2的图表根据曲轴箱的转动和所得到的活塞头位置表示了蓄积器的两个孔的打开和关闭位置；
图3是曲轴箱、燃烧室和蓄积器中的压力相对于定位在气缸中的活塞头的曲线图；
图4A-4D是用于图2的1B和1C之间的活塞位置的类似于图1A的示意图，并且表示了压缩波和反射的压缩波的运动；
图5A-5C是沿着蓄积器管道的长度的三个点的压力图表；
图6是当发生缺火时与图3中一样的曲线图；
图7是发动机的另一个实施例的与图2中一样的图表；
图8是具有活塞头的剖视图的另一个实施例的类似于图1D的局部示意图；
图9是具有蓄积器的另一个实施例的发动机的局部示意图；
图10是具有蓄积器的再一个实施例的发动机的局部示意图；
图11是本发明的另一个实施例的示意图；
图12是用于图11中所示的实施例的系统的方框图；
图13是用于图11中所示的实施例的系统的方框图；
图14是控制系统的再一个实施例的方框图；
图15是本发明的另一个实施例的示意图；
图16A和16B是本发明的再一个实施例的示意图；以及
图17是本发明的又一个实施例的示意图。
具体实施方式
参考图1A，表示了结合有本发明特征的内燃机10的示意图。虽然将参考图中所示的实施例描述本发明，但是应该理解，本发明能以很多可替换的实施例的形式实施。另外，可以使用任意合适的尺寸、形状或类型的元件或材料。
发动机10是两冲程的发动机，其具有气缸12、活塞14、曲轴16、曲轴箱18和具有燃料调节系统20的燃料喷射系统22。气缸12具有连接到其顶部的火花塞(未示出)、连接到曲轴箱18的底部、进气入口24、燃烧室26、排气出口28和燃烧室中的喷射口或入口30。燃料调节系统20可以是任意合适类型的系统，例如化油器或电子燃料喷射器。然而，本系统的优点在于，对于燃料调节系统不需要高精度的定时或喷射质量。可以使用输送燃料滴的相当简单的调节系统。在图1A中所示的实施例中，喷射口30是一开放类型的口；即：在燃烧室26中没有流动止回阀。本发明的特征可以与美国专利申请09/065,374号中公开的发明相结合，该专利申请全部结合在此以作参考。喷射口30位于气缸12的侧壁中，并且成形为朝向气缸头的顶部沿向上方向输入燃料和空气。然而，在另一个实施例中，该入口可以位于气缸头的顶部中，或者成形为朝向活塞14的顶部引导燃料。
燃料喷射系统22是压缩空气辅助系统。喷射系统22包括蓄积器34。在本实施例中，蓄积器34具有可与曲轴箱18内部的压力相连的入口38和在喷射口30处的出口。蓄积器34用作压缩空气的收集器和临时储存区域。在本实施例中，压缩空气源是从曲轴箱18扫出的空气。在活塞的向下冲程中，活塞14压缩曲轴箱18中的空气。在优选的实施例中，两个孔30、38都设置在气缸12中；一个在进气入口24上方，并且一个在进气入口下方。在优选的实施例中，两个孔30、38都是用活塞关闭的。换句话说，活塞头40的尺寸和形状定为这样，即当活塞头40在气缸12中上下往复运动时，该活塞头打开和关闭通过孔30、38的通路。在本实施例中，蓄积器34是两个孔30、38之间的简单的通道。然而，在另外的实施例中可以提供更复杂的形状，如从下面的说明中进一步理解的那样。通道34可以部分地机加工成带有盖的气缸12的外表面，该盖接着附接到气缸上，以便形成并封闭只有两个孔30、38的通道34。然而，蓄积器可以设置成附接到气缸12上的单独部件。在优选的实施例中，来自燃料调节系统20的出口位于接近喷射口30的通道34中。
如下面将进一步描述的那样，燃料喷射系统22具有最少的移动部件；只是不管是什么移动部件在燃料调节装置20中。另外，燃料喷射系统22使用活塞头40打开和关闭它的口30、38。打开和关闭口30、38的定时将取决于该口沿着气缸12的长度的位置。参考图1A-1E和2，现在将描述喷射系统的操作。图2用于将在(由曲轴16的360o转动产生的)单个完全活塞循环期间打开和关闭孔30、38的活动的线表示为360o的图表，根据在活塞14的上止点(TDC)位置处开始的曲轴16的角位置，该图表与活塞头位置相对应。区域A表示活塞头40堵塞孔30的时候。区域B表示活塞头40堵塞孔38的时候。在TDC处，入口30被活塞头40的侧面堵塞住。在TDC处，孔38是打开的。进气入口24在上止点后面(ATDC)大约60o的位置IC被活塞头关闭。图1A表示在如图2中的位置1A所示的大约90oATDC处的活塞头40，该活塞头如箭头C所示地离开活塞头的上止点在气缸12中向下运动。活塞头40堵塞入口30、排气出口28和进气入口24，但是孔38是打开的。利用朝向曲轴箱18移动的活塞头40，将来自曲轴箱18内部的空气通过孔38推入蓄积器34，如箭头D所示。还参考图3，表示了在单个活塞循环期间相对于一个大气压的零表压的压力的曲线图。在TDC处，曲轴箱18中的压力E和蓄积器34中的压力F在入口30是基本上相同的。当活塞头移动通过位置1A时，它们基本上保持相同。当活塞头40在气缸12中继续向下移动时，排气出口28在E0处打开。由来自燃烧的膨胀气体产生的燃烧室26中的压力G开始下降。
当活塞头40朝向位置1B移动时，如图1B中所示，孔30开始打开，此时活塞头40使孔30露出，并且孔38开始被关闭，此时活塞头40开始堵塞孔38。活塞头在TDC后面(ATDC)的曲轴转动大约100o的位置使入口30露出。在这个实施例中，当传动通道42打开时，在位置TO，大约在活塞头打开到传送通道42(见图1C)的通路的同时，活塞头40完全关闭孔38。
还参考图4A-4D，将进一步描述在1B和1C之间的阶段中蓄积器34内的气体的压力和运动。图4A-4D将蓄积器34示意地表示成闭端的管。这是因为孔38基本上完全被活塞头40有效地关闭了，而孔30是打开的。图4A总体上对应于位置1B。在这个位置，蓄积器34具有压缩空气的容量44，压缩空气和燃料的容量46，以及燃烧气体轻微缓冲部48的开始部分。另外，压缩波50从孔30进入蓄积器34，并且如箭头H所示地以声速朝着现在关闭的孔38关闭沿蓄积器向下行进。如图3中所示，入口30处的压力F在1B处向上产生峰值，因为燃烧气体进入入口30以及压缩波50进入。
图4B对应于短时间之后的情况。燃烧气体的缓冲部48进一步推进入口30。缓冲部48有助于加热入口30并且有助于防止蓄积器中的燃料直接与排气出口28短路。压缩波50进一步沿着蓄积器34向下移动。图4C对应于传送通道42在点TO处打开以后不久的情况。如图3中所示，入口30处的压力F现在高于燃烧室中的压力G，因为气体从排气出口28排出。因此，缓冲部48被推入气缸12(用作空气和燃料46进入之前的延迟)，并且空气和燃料46开始进入气缸12。压缩波50已经由关闭的孔38关闭反射，并且更具体地说是由盖住孔38的活塞头40的侧面反射。因此压缩波50已经变成反射的压缩波50’。反射的压缩波50’现在朝着入口30沿蓄积器34向上行进返回，如箭头H’所示。在活塞头处于下止点(BDC)时，图4D大约对应于位置1C。这通常对应于图1C中所示的BDC位置。反射的压缩波50’到达入口30并且退到气缸12中。这导致入口30处的压力F的第二个峰值，如图3中所示。压力的这个第二峰值有助于将燃料和空气以加速的速率推进到气缸12中。该压缩波基本上是声波。因此，该波以声速行进。通过改变蓄积器管道的长度，可以改变回到喷射入口30的反射的压缩波的传送定时。较短的蓄积器管道将较早地传送反射波，并且较长的蓄积器管道将较晚地传送反射波。因此，蓄积器管道34的长度可以选择成以任何合适的时间将反射的压缩波传送回到喷射入口30。如图3中所示，通常有三组离开入口30进入气缸的空气和燃料的压力F1、F2、F3，并且因此在这三个压力阶段中有三个相对应的流动速率。因此，来自入口30的第一容量将以第一速率进入气缸12，随后的第二容量将以较高的第二速率进入气缸，并且随后的第三容量将以较低的第三速率进入气缸。然而，在另一个实施例中，蓄积器可以构制为这样，在入口30将要关闭时把反射的压缩波传送得更接近于阶段1D。因此，只需要提供两个不同的速率阶段。另一种方案是，蓄积器可以构制为这样，例如通过给蓄积器设置有多个通道或多个反射表面来将一个以上的反射压缩波传送回到入口30。实际上，通过关闭孔38并且将关闭的孔用作反射区域，蓄积器34就用作压缩波50的调整的反射管。
还参考图5A-5C，相对于时间显示出图4A-4D中的点1、2和3处的基准标度的压力图表。当压缩波进入入口30时，点1处的压力在对应于图4A的时间4A增加。点1处的压力在分别对应于图4B和4C时间4B和4C变弱。接着，当反射的压缩波到达点1时，点1处的压力在对应于图4D的时间4D急剧地升高，接下来，在时间4D之后下降。图5B表示点2处的压力怎样正好在时间4B之前上升，因为压缩波50通过点2，压力下降，然后正好在时间4C之前再次上升，因为反射的压缩波50’通过，然后压力再次下降。图5C表示了点3怎样仅具有一个压力峰值，这是因为压缩波的撞击和被关闭的孔38关闭反射的结果。
当反射的压缩波50’退出入口30时，它使气缸12中的燃料和空气大大扰动；实际上作为一种冲击波。这有助于在空气中更好地雾化燃料和分布燃料。另外，反射的压缩波有助于移动燃料微滴，该燃料微滴可能通过表面附着或表面张力附着在入口30的尖端或边缘。压缩波冲击燃料，使其离开表面并进入气缸12。压缩空气14继续推出入口30，直到该入口被活塞头再次关闭，如图1D中所示。正好在1D后面，蓄积器34中存留的空气在入口30关闭后仍然受到压力。在排气出口28于EC处关闭之前不久，入口30完全关闭。孔38基本上在孔30关闭的同时打开。然而，在另一个实施例中，孔38的打开可能在孔30关闭之前发生，或者另一种方案是在孔30关闭之后发生。孔38的开口用作放出口，以便将残留的压力从蓄积器34中的压缩空气释放回到曲轴箱18中，如图1D中的箭头I所示。当入口3关闭时，从蓄积器34卸出的压力防止过量的燃料被推入活塞头40和气缸内壁之间，否则可能引起碳氢排放。
在活塞头40如图1D中的箭头J所示地朝着TDC位置上升时，曲轴箱压力E降到1大气压以下，如图3中所示。因此，当孔38打开时，不仅减轻了蓄积器34中的压力，而且在蓄积器34中产生了负压。这个负压用于从燃料调节装置20中拉出燃料，并因此有助于将燃料传送到蓄积器中。如图3中所示，蓄积器34中的压力F现在总体上再次与曲轴箱18中的压力E匹配。还参考图1E，显示了活塞头40处于其TDC位置。进气入口24在点IO处打开。在这个实施例中，气缸12的内壁在入口30和入口24之间具有沟槽60。这提供了一条路径，以便使少量的燃料(包含润滑剂)如箭头K所示地通过沟槽60，并且润滑活塞和曲轴箱中的轴承。然而，不必须提供沟槽。在另一个实施例中，可以在入口24和入口30之间提供孔，该孔可以与气缸的内壁间隔开以便在活塞头后面传送润滑剂。发动机10可以具有另外的或可替换的润滑系统。
如小型两冲程发动机的领域中所知的那样，缺火(即燃烧室中没有燃烧)可能发生得与三分之一的时间一样多。如果缺火发生在发送机10中，压缩波就不会传入蓄积器34中。参考图6，显示了在缺火的时候类似于图3的压力E和F的曲线图。L表示了当入口30打开时的喷射阶段。压力F增加，直到入口30打开为止，并且然后当蓄积器34中的压缩空气退出入口30进入气缸时它逐渐降低。在入口30关闭并且孔38打开之后，压力F返回到大约与曲轴箱18中相同的压力E。本发明的一个特征在于，入口孔30的尺寸定为防止蓄积器34向气缸12中完全排放。换句话说，蓄积器34在入口30打开的整段时间内受到压力，使得压缩空气在入口30打开时连续地在入口30外部施加压力。不管是燃烧还是缺火，这种情况都会发生。因为活塞头40打开和关闭所有的口/通道24、28、30、38、42，所以发动机10可以设计成这样，通过沿气缸的长度相对地和/或沿气缸的长度相对彼此地改变口/通道24、28、30、38、42的位置来提供不同的工作特性。这可以改变下面的定时，即用来自曲轴箱的压缩空气充装蓄积器达多长时间，蓄积器排放多长时间，蓄积器喷射入气缸达多长时间等。例如，如果传送通道、排气出口或进气入口在活塞循环中打开得较早或较迟，那么这还可以改变压力变化率。本发明的上述实施例的特征已经在25cc的发动机上进行了测试，该发动机具有位于传送通道42的顶部下面0.1英寸处的75°角的喷射器孔，位于传送通道的底部上面0.05英寸处的组合的的充装和排放孔，打开的进气入口，用单个隔膜燃料泵产生1psi的燃料压力。对于2430rpm的平均低速，发动机产生了以下情况：
燃料        校正功率      HC FID      HC
(g/hr)       (kW)      (ppm)    (g/hr)
64.466          0       28410.03    26.81
其中HC是碳氢排放物；并且HC FID是等同于由火焰电离检测器测量的C1H1.85中的总碳氢排放物。对于7487rpm的平均高速，发动机产生了以下情况：
燃料        校正功率      HC FID      HC
(g/hr)      (kW)       (ppm)      (g/hr)
332.448     0.728         8438.31     26.97
这导致了总的碳氢排放物为31.59g/bhp*hr(克/制动马力*小时)，总的CO排放物为77.25g/bhp*hr(克/制动马力*小时)，并且总的NOx排放物为1.41g/bhp*hr(克/制动马力*小时)。对于平均高速(节气门开度很大)，平均HC排放物是28.38g/bhp*hr；平均FC是0.7311b/hr；并且平均BSFC是0.769lb/bhp*hr，其中FC是燃料消耗量，并且BSFC是制动的特定燃料消耗量。
进行了相同的发动机的另一种测试，这时还可以进行富油调节。对于3513rpm的平均低速，发动机产生了以下情况：
燃料      校正功率    HC FID      HC
(g/hr)   (kW)      (ppm)     (g/hr)
79.534      0       37947.69     34.46
对于7496rpm的平均高速，发动机产生了以下情况：
燃料      校正功率    HC FID      HC
(g/hr)   (kW)      (ppm)     (g/hr)
391.192   0.800     13146.97    42.05
这导致了总的碳氢排放物为44.18g/bhp*hr。另外，总的CO排放物为198.1g/bhp*hr，并且总的NOx排放物为1.098g/bhp*hr。在贫油调节时，获得的总的HC排放物是28.69g/bhp*hr。
另外的测试数据如下所示：
发动机
         燃料     观测的    进气      SPGT      CO      CO2     O2       NOx      HC
速度
RPM     1b/hr    hp    deg.F.    deg.F.    ％     ％     ％      ppm     ppm
7460     0.609    0.74      88        441       0.44    8.48    9.00     99.9     8581.9
7478     0.668    0.85      90        457       1.02    9.30    7.51     133.9    8263.4
7494     0.699    0.89      93        469       1.54    9.42    6.91     140.8    8796.4
7495     0.722    0.90      93        475       1.94    9.40    6.60     144.5    10426.8
7503     0.753    0.93      95        477       2.53    9.15    6.43     136.9    11374.2
7511     0.795    0.98      100       475       3.16    8.91    6.28     132.1    12067.9
7512     0.817    0.98      108       475       3.61    8.69    6.17     118.7    13004.9
现在参考图7，显示了类似于图2的图表，此时两个蓄积器孔对于发动机的另一个实施例打开和关闭。在发动机的这个实施例中，压缩空气和燃料喷射孔比图1中所示的更加远离气缸的顶部。因此，压缩空气和燃料喷射孔在更接近于活塞头的BDC位置的区域A’和A”处打开和关闭。在喷射口于A’处打开之前，传送通道在TO处打开，并且在喷射口于A”处关闭之后，传送通道在TC处关闭。这提供了如图6所示的喷射阶段L’。利用本发明，可以仅仅根据它们各自的孔沿气缸的长度的位置来选择两次关闭A和B。然而，在另一个实施例中，可替换的或另外的装置可以用于打开和/或关闭两个蓄积器口。
参考图8，显示了用于发动机的润滑系统的另一个实施例。在这个实施例中，活塞头62具有通过其侧壁进入其内部的孔64。孔64可以与入口孔30对齐，使得燃料(和其润滑剂)可以从孔30穿过，再通过孔64，并且进入活塞头62的内部。活塞头62通过轴承68连接于活塞杆66。进入活塞头62内部的润滑剂也可以直接润滑曲轴和活塞杆66之间的轴承。虽然这种润滑系统将增加碳氢排放物，但是增加量是很小的，并且因此仍然使得发动机能够通过将要执行的政府的新碳氢排放标准。
现在参考图9，所显示的发动机带有蓄积器管道70的另一个实施例。如上所述，蓄积器既用作压缩空气蓄积器，又用作调整的反射管。在这个实施例中，蓄积器管道70具有膨胀腔室部段72，该部段适于相对初始的压缩波长度增大反射的压缩波的长度，因此，反射的压缩波在较长的一段时间内传播，以使第二压力峰值比图3中所示的F2在时间上更长。蓄积器管道可以构制为提供对初始压缩波的任何合适的调整的管增强作用。
现在参考图10，所示的发动机带有蓄积器80的另一个实施例。在这个实施例中，蓄积器80提供了可以根据发动机的速度连续变化的连续可变长度的调整管。在另一个实施例中，有效长度可以变化，但不必是连续可变的。蓄积器80具有可转动的内管部件82，滑动密封件84，喷射孔30和内管部件82之间的第一管部段86，以及孔38和内管部件82之间的第二管部段88。内管部件82可以如箭头M所示地转动，以改变两个孔30、38之间的有效管长度。可以提供任何合适的装置以使内管部件82根据发动机的速度转动，例如连接到节气门上的机械连接件或电子控制装置。在另一个可替换的实施例中，可以提供滑动拉管形式的可变长度的蓄积器管道。
参考图11，显示了具有燃烧压缩波反射系统的燃料传送系统的一个这种可替换实施例。燃料传送系统100总体上包括燃料调节或燃料喷射器系统20、扫气通道102和反射器104。通道102和反射器104可以形成蓄积器。在另一个实施例中，燃料传送系统可以具有反射器而没有扫气通道，或者具有与扫气通道分离的反射器。在这个实施例中，扫气通道102在孔106处从曲轴箱伸出，在孔110处到达燃烧室108。止回阀112例如簧片阀、球阀或提升阀可以设置在曲轴箱孔106处。另一种方案是，曲轴箱孔106可能仅仅是被活塞头40进行活塞关闭。入口孔106可以开自曲轴箱上的任何位置或者开自常规的传送口。因此，入口孔106不需要通过气缸壁。如果使用了负压型的燃料系统，就在区域144中需要通道102内的曲轴箱吸入波来吸入燃料。因此，入口孔106应该通过气缸壁进行活塞关闭。
在这个实施例中，反射器104是可变反射系统，用于将燃烧压缩波反射回到孔110，相对于初始的燃烧压缩波从燃烧室108进入孔110的情况处于可变的不同定时。在这个实施例中，反射器104包括形成第一管道118的第一部件116和形成第二管道122的第二部件120。应该理解的是，管道118和/或122可以形成在任何合适的部件例如气缸壁的部分中。第二部件120可移动地连接到第一部件116。第一管道118具有接近区域114的第一开口端124和孔110以及第二相对开口端126。第二管道122具有第一开口端128和关闭的第二相对端130。第二部件120至少部分地围绕着和沿着第一部件116的长度延伸，而第一部件延伸进入开口孔128。合适的气体密封件132例如O型环、唇形密封件、迷宫式结构或膨胀环可以设置在两个部件116、120之间，其相对于孔126密封孔128，但是仍然使两个部件116、120能够相对彼此移动。端部130形成一反射区域。因为第二部件120可以如箭头N所示地相对于第一部件116移动，进行直的滑动，所以端部130可以相对于第一开口端124和孔110移动。因此，管道118、122的有效长度可以在第一有效长度和相对较长的第二有效长度之间变化。第一有效长度可以在比第二有效长度更快的时间内将波反射回到孔110。因此，反射器或反射系统的有效长度、以及所得的将反射波传送到预定位置的时间延迟都可以改变或者调整。这可以手动地或自动地进行。如果自动地进行，反射路径有效长度的变化将优选地基于预定的条件或发动机运行参数或装置运行参数，例如发动机速度。
还参考图12，可移动的反射管道部段或管120可以连接到驱动器134。驱动器134可以是任何合适形式的用于使管120运动的运动机构，例如机械连接件、电动马达或螺线管、气动驱动器(例如利用燃烧气体)等。还参考图13，所显示的系统包括可移动的管120、驱动器134和连接到发动机或装置部件138上的机械连接件136。机械连接件或联接件136可以是任何合适形式的连接件。部件138可以是任何合适形式的移动或可移动部件，例如使用者致动的部件或系统(如节气门触发器)，或发动机部件(如曲轴箱上的调节器)，或装置部件如速度表，或传动装置，或等速传动装置(例如在小型摩托车上)。驱动器134和机械连接件136可以是相同的装置，例如连接在管120和作为部件138的节气门之间的线缆，以便根据节气门的怠速和打开很大的节气门位置使管在相对短的长度和长的长度位置之间移动。
参考图14，显示了系统的另一个实例。在这个实施例中，系统包括可移动管120、驱动器134、控制器140和至少一个传感器142。系统可以包括多个传感器。在这个实施例中，控制器140优选是微处理器，例如发动机控制单元(ECU)，并且驱动器134优选是电子控制的电动马达或螺线管。传感器142连接到控制器140，以便将输入传给预定特性的控制器，该特性例如发动机或装置运行状态或参数。例如，传感器142可以是检测发动机的速度的速度传感器，或者是用于检测采用该发动机的车辆的速度或运行状态的速度传感器或传动系统传感器。控制器140也可以连接到辅助输入装置144，例如使用者致动的开关或任何其他合适的输入装置。控制器140可以被编程以控制驱动器134，根据输入使管120移动到不同的位置，以及因此移动不同的有效反射长度。例如，在检测到的低速或怠速时，管120可以处于长的反射长度位置，并且在检测到的高速或节气门打开很大的速度时，管120可以移动到短的反射长度位置。然而，可以提供任何合适的程序。例如，在4000RPM的曲轴速度，控制器可以被编程以便将管120放置在某一位置，以便在ABDC(下止点后面)大约30°的位置将反射波传送到出口110，并且在7000RPM时，在BBDC(下止点前面)大约10°的位置传送到出口。然而，可以提供任何合适的反射波传送定时。
现在参考图15，显示了另一个实施例。在这个实施例中，燃料传送系统150总体上包括燃料调节或喷射器系统20以及组合的蓄积器和可调波反射系统152。组合的蓄积器和可调波反射系统152总体上包括第一管道154、第二管道156和驱动器134。驱动器134连接到第二管道156上以使第二管道相对于第一管道154移动。第一管道154包括第一部段158和第二部段160。第一部段158具有入口孔106。第二部段160具有出口孔110。两个部段158、160通过第二管道156彼此连接。第二管道156具有大致“U”形形状或者伸缩式拉管形部段。因此，第二管道156可以如箭头N所示地移动，以增长和缩短管道154、156的有效管道长度。在这种情况下，调整活塞头40以关闭入口孔106，并且活塞头用作系统152的反射表面。在另一个实施例中，系统152可以包括串联和/或平行连接的多个可移动的管部件。
现在参考图16A和16B，显示了另一个可替换实施例。在这个实施例中，发动机包括曲轴箱和燃烧室108之间的传送通道42’。传送通道42’具有进入燃烧室108的出口200以及进入组合的蓄积器和可调波反射系统204的支路202。系统204包括两个固定的管道部段206、208和可移动的管道部段210。支路202在孔211处延伸进入第一固定管道部段206。在这个实施例中，簧片阀212设置为孔211处的单向流动止回阀。然而，可以设置任何合适的止回阀。燃料喷射器214、215可以连接到第一固定管道部段206。可以被控制的燃料喷射器例如描述在美国专利5,259,344中，该专利整体结合在此作为参考。第一固定管道部段206的一端形成进入燃烧室108的出口216。第一固定管道部段206的相对端连接到可移动的管道部段210。在这个实施例中，可移动的管道部段210具有大致“U”形的形状。大致“U”形形状的一端延伸进入第一固定管道部段206，并且另一端延伸进入第二固定管道部段208。在这个实施例中，第二固定管道部段208具有永久封闭的端部218，该端部218形成波反射表面。类似于U形拉管部段，可以移动可移动的管道部段210，以便加长和缩短从出口216到端部218以及回到出口216的波反射长度。
图17表示了另一个可替换实施例。在这个实施例中，类似于图10中所示的实施例，组合的蓄积器和波反射器230具有可转动部件232。在这个实施例中，反射器部段234是入口和出口孔238、240之间的部段236的分支的侧面。可转动部件234的一端242位于圆形管道部段244中。端部242可以在圆形管道部段244中移动，以便加长或缩短端部242和孔240之间的分支反射器部段234中的距离。
在另一个实施例中，反射管道可以具有任何合适的形状，并且可以具有波的倍增器或分隔器。反射器还可以接通和断开，例如通过打开反射器端部以选择性地致动和由反射器停止有效的燃烧压缩波反射来实现。在另一个实施例中，管道不必是可移动的，但是反射表面可以改为可移动的以便改变和修改有效长度。当系统使用燃料喷射器时，控制器可以编程，以便当反射系统包括反射的燃烧压缩波时在第一模式操作燃料喷射器，并且当反射系统不包括反射的燃烧压缩波时，例如当发动机初始启动或者缺火时，在不同的第二模式操作燃料喷射器。燃料喷射器的操作模式可以与反射管道的有效长度相关。至少部分地根据预定参数例如发动机速度，控制器可以控制反射管道的有效长度和燃料喷射器的操作模式的选择。
上述系统提供了许多新的特征。喷射孔30的小尺寸保证了持续的喷射，而不管燃烧是否紧接在喷射循环之前发生。为了反射的目的，蓄积器在喷射循环期间是闭端系统。传送通道可以在将燃料引入到燃烧室以前打开。蓄积器中的压力在活塞的每个循环中被卸出或放出，由此从喷射口减小了活塞头和气缸壁之间的燃料泄漏。在喷射入口30附近将燃料吸入蓄积器的负压可以用于简化所用的燃料泵的形式，例如使用简单的隔膜燃料泵。蓄积器管道系统的长度和形状可以利用压缩波来提供反射的压缩波，以便增强燃料和压缩空气通过喷射入口30的传送。反射的压缩波可以在入口30中雾化燃料，推进喷射更快地通过入口30，并且还对燃烧室中所有已准备好的基本上静止的空气雾化燃料。因此，提供了本系统固有的一部分燃料供送的加速的迟传送。这种迟传送降低了未燃烧的燃料直接与排气出口28短路的量及可能性。因此，碳氢排放物减少了。在BDC之后的扫气结束时，反射的压缩波可以传送到喷射孔。蓄积器管道具有两个可变地打开和关闭的端部，以便提供闭端的调整管功能以及压缩空气蓄积器功能和蓄积器放出压力的卸压功能。因为孔30、38的打开和关闭性能，所以不会由蓄积器在气缸和曲轴箱之间提供直接的开放路径。蓄积器管道的调整管特征可以例如用膨胀腔室调整，以便传播出反射的压缩波来补偿发动机的速度变化。燃料收集被增强到大约80％-95％。因此，燃料收集损失可以仅与5％一样低。在老式的系统中，燃料收集仅为大约60％-70％。因为减小了扫气或收集损失，减小了燃烧损失，所以本系统具有更好的燃料效率，并且因为更好的燃料效率或与反射的压缩波混合，所以减少了缺火的发生。本发明还可以有自管理作用，以防止发动机的超速，例如在链锯中，因为蓄积器管道的调整管特征在超高速时会停止调整，所以损失了反射压缩波的燃料冲击特性的适当定时的传送。
利用本发明的特征，改变波反射管或通道的有效长度，就可以改变将反射波传送回到预定位置的定时。另外，形状或体积变化(例如图9中所示的那样)可以改变波的形状。相对于反射波改变初始的波的形状也会影响到反射波传送时间。因此，从其初始波改变反射波的形状就可以改变传送时间以及反射波到达时的分布。任何合适的措施可以用于改变波的形状，例如增加波反射管的体积，使用多个反射器或反射管，和/或使用偏离主反射管的侧面分支反射管。波形的改变也可以与管长度变化的特征相结合，例如图10-17中公开的那样。可以手动地或自动地或也许半自动地控制管长度变化。对于纯手动控制来说，使用者可以移动可移动的管部段，例如在当发动机处于怠速和处于节气门大大打开(WOT)时的两个位置之间。对于自动控制来说，根据预定的特性，例如发动机速度、发动机负载、节气门位置、燃料调节操作、温度、压力、排放条件、和/或可变排放阀，可以例如通过机械连接件或使用电子控制器来自动地移动可移动的管部段。对于半自动控制来说，这可以包括一种自动控制器，该自动控制器只在使用者致动的控制器移动例如阻风门移动之后变成致动或非致动的。这些只是控制可能性的一些实例。在阅读了上述说明以后，其他的控制可能性对本领域普通技术人员来说应该明显的。
应该理解，前述说明只是用于表示本发明。本领域普通技术人员可以设计出不同的替代方案和变型，而不会背离本发明。因此，本发明的意图是包括所有这些替代方案、变型和修改，它们落入后附权利要求书的范围内。

Claims (36)

1.一种内燃发动机，其具有燃烧室和用于将燃料传送到燃烧室中的燃料传送系统，在该内燃发动机中，改进包括：
燃料传送系统，其包括接近于燃烧室的燃料入口和连接到接近于燃料入口的燃烧室的燃烧压缩波反射管道，其中该反射管道包括一可变的有效反射长度。
2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，反射管道的一端可以移动，以改变有效反射长度。
3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，反射管道的中间部段是可膨胀的。
4.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，该中间部段包括通常滑动的拉管部件。
5.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，该中间部段包括伸缩部件。
6.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，反射管道的一端包括转动部件的一部分。
7.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，反射管道包括第一管道部件和可移动地连接到第一管道部件上的第二管道部件，其中该发动机还包括连接到第二管道部件上的驱动器，用于使第二管道部件相对于第一管道部件移动。
8.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于，该驱动器包括将驱动器连接到发动机速度响应部件上的机械连接件。
9.根据权利要求8所述的发动机，其特征在于，该发动机速度响应部件包括机械调节器。
10.根据权利要求8所述的发动机，其特征在于，该发动机速度响应部件包括车辆传动装置的一部分。
11.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于，其还包括连接到驱动器上的控制器和连接到控制器上的至少一个传感器，其中控制器根据来自传感器的输入移动驱动器。
12.根据权利要求11所述的发动机，其特征在于，该传感器是发动机速度传感器。
13.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，反射管道的一部分包括发动机的曲轴箱和燃烧室之间的扫气通道。
14.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，形成反射区域的反射管道的一端是可以选择性地打开的。
15.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，形成反射区域的反射管道的一端是永久地关闭的。
16.一种内燃发动机燃料传送辅助装置，其包括：
燃烧压缩波反射器；以及
控制系统，该控制系统连接到反射器上，用于至少部分地控制反射器以改变将反射的燃烧压缩波传送到发动机的预定位置的定时。
17.根据权利要求16所述的燃料传送辅助装置，其特征在于，该反射器包括一可变的有效反射长度。
18.根据权利要求17所述的燃料传送辅助装置，其特征在于，该反射器包括反射管道，该反射管道包括第一管道部件和可移动地连接到第一管道部件上的第二管道部件。
19.根据权利要求18所述的燃料传送辅助装置，其特征在于，控制系统包括用于自动地移动第二管道部件的驱动器。
20.根据权利要求19所述的燃料传送辅助装置，其特征在于，控制系统还包括连接到驱动器上的控制器和用于检测发动机的至少一个特性的至少一个传感器。
21.根据权利要求19所述的燃料传送辅助装置，其特征在于，该驱动器包括连接到发动机的可移动部件上的机械连接件。
22.一种内燃发动机，其具有燃烧室和用于将燃料传送到燃烧室中的燃料传送系统，在该内燃发动机中，改进包括：
燃料传送系统，其包括接近于燃烧室的燃料入口和连接到燃烧室的燃烧压缩波反射器，其中该反射器可以根据发动机的至少一个发动机操作参数变化。
23.一种内燃发动机燃料传送辅助系统，其包括：
包括反射管道的可变燃烧压缩波反射器；以及
控制系统，用于通过反射器对有效的燃烧压缩波反射选择性地致动和解除致动。
24.一种用于发动机的内燃发动机燃料传送系统，其包括：
燃料喷射器；
燃烧压缩波反射系统，该燃料喷射器具有进入反射系统的管道的燃料出口；以及
连接到该燃料喷射器上的控制器，该控制器适于当反射系统包括反射的燃烧压缩波时在第一模式下操作燃料喷射器，并且当反射系统并不包括反射的燃烧压缩波时在不同的第二模式下操作燃料喷射器。
25.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，反射系统包括可变有效长度的反射管道，并且其中燃料喷射器的操作模式与反射管道的有效长度相关联。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，控制器控制反射管道的有效长度，并且燃料喷射器的操作模式的选择至少部分地取决于发动机的速度。
27.一种传送内燃发动机中的压力脉冲的方法，该方法包括以下步骤：
由发动机的燃烧室中的燃烧产生燃烧压缩波；
在连接到燃烧室上的反射管道中传导波的至少一部分；
将管道中的波的部分朝向燃烧室反射回去；以及
改变将反射的波的部分传送回到燃烧室的定时。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，改变定时的步骤包括改变反射管道的有效管长度。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，有效管长度相对于发动机的速度的增大而减小。
30.一种将空气从压缩空气辅助燃料喷射系统传送到内燃发动机的气缸中的方法，其包括以下步骤：
将空气压缩到喷射系统的蓄积器中；
在第一压力下，将第一数量的压缩空气从蓄积器释放出，并且通过喷射口进入气缸；以及
在高于第一压力的第二压力下，将随后的第二数量的压缩空气从蓄积器释放出，并且通过喷射口进入气缸。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，压缩空气的步骤包括将空气从发动机的曲轴箱推入蓄积器中。
32.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，释放随后的第二数量的压缩空气的步骤包括将反射的压缩波从蓄积器传送到喷射口处，反射的压缩波由燃烧产生的压缩波产生。
33.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，其还包括：在不同的第三压力下，将随后的第三数量的压缩空气从蓄积器释放出，并且通过喷射口进入气缸。
34.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，其还包括：在释放第一数量的压缩空气之前，从喷射口释放出燃烧气体的缓冲部分。
35.一种将燃料和空气从压缩空气辅助燃料喷射系统传送到内燃发动机的气缸中的方法，其包括以下步骤：
为喷射系统设置压缩空气蓄积器，该蓄积器具有发动机的曲轴箱和气缸之间的通道；
将第一数量的燃料和压缩空气从通道传送到气缸中；以及
以较高的第二速率将随后的第二数量的燃料和压缩空气从通道传送到气缸中，其中传送第一和第二数量的步骤在单个喷射循环中发生。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，其还包括：在单个喷射循环中，以不同于第二速率的第三速率将第三数量的燃料和压缩空气从通道传送到气缸中。
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