CN1582367A - 喷射燃料的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种调节由燃料喷射器向燃烧区输送燃料供送的方法，其包括将燃烧流体从燃烧区导出以在装料进入燃烧区之前与喷射的供送燃料进行混合。本发明还包括用于安装燃料喷射器的适配器装置(10)，该适配器包括阶式扩张喷嘴(12)和流体吸入装置。

Description

喷射燃料的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于提供可燃混合物的方法和装置，该混合物适用于内燃机和/或外燃机，例如适合于向燃烧室或燃烧区的燃料喷射。特别地，本发明的方法和装置适用于在需要提供热和/或增压的环境中进行点火的燃料喷射。
背景技术
现有的燃料喷射方法和系统包括直接和间接喷射。燃料喷射器存在的主要问题是：在燃烧之前，希望通过使燃料颗粒液滴最小从而改善燃烧过程。在我的关于吸入喷嘴的美国专利No.6,010,077中已公开了一种有效的方法，在此其内容作为参考引入，该方法用于减少燃料喷射器输送的燃料颗粒大小以在燃烧之前调节燃料供送，以此改善燃烧的质量。
在美国专利No.5,735,468和WO 00/40856中显示了与本发明领域相关的公开内容，在此这两个文献的内容作为参考引入。
发明内容
在整个说明书及其后的权利要求中，除非上下文要求，否则词语“包括(comprise)”及其变形：“包括(comprises)”和“包括(comprising)”都应该理解为包含所述整体或步骤或整体组或多个步骤，但并不排除任何其它整体或步骤或多个整体或多个步骤的组。
本说明书中对所有现有技术的参考不是而且也不应视为承认或者以任何形式暗示为现有技术构成澳大利亚国内公知常识的一部分。
本发明的第一方面提出了一种调节由喷射器向燃烧区域传送燃料的方法和装置，其在燃料进入燃烧区之前通过由喷射器吸入燃料使从燃烧区中燃烧流体进行再循环。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于安装燃料喷射器的适配器单元，于是安装在适配器上的喷射器的出口喷射的燃料被加压气流吸入，从而在进入燃烧区之前穿过阶式扩张喷嘴。在本方面该方面的一个实施例中装配了上述下游扩张阶式喷嘴，其中至少一个吸入区位于上述阶式扩张喷嘴下游。在另一个实施例中，至少一个吸入区位于至少一个扩张喷嘴的上游。
本发明的第三方面提供了一种用于通过吸入气体和/或液体供给汽化液滴的喷嘴结构和方法。
附图说明
以下将参照附图以实例的形式对本发明进行说明，其中：
图1是根据本发明第二方面的第一实施例穿过安装在喷嘴上的燃料喷射器和空气添加及空气吸入适配器的剖视图；
图2为当图1中实施例内的部件连接完毕以用在根据本发明第一方面的实施例的方法和系统中时的剖视图；
图3与图2类似，但是使用了另外一种喷嘴装置；
图4是与图2类似的视图，但是使用了喷嘴的另外一个实施例；
图5是与图2类似的视图，但是显示了喷嘴的第四个实施例；
图6是与图2类似的视图，但是显示了喷嘴的第五个实施例；
图7是与图2类似的视图，但是显示了另一种形式的吸入喷嘴的实施例；
图8是与图2类似的视图，但是显示了结合使用图6中的喷嘴和图2中实施例内第三吸入喷嘴的实施例；
图9是根据美国专利US 5,713,314的内燃机的剖面透视图，其包括使用了第二方面的一个实施例的适配器的本发明第一方面的一个实施例的设立的一个实施例；
图10是从另一个方向看图7中发动机的视图；
图11是如http：//bourkeengine.com中所示Bourke发动机的剖视图，该发动机使用了根据本发明的第一和第二方面的实施例的方法、系统和适配器；
图12是与图11中发动机类似但却使用了根据本发明第一方面的另一个实施例的Bourke发动机的视图；
图13为使用了本发明第一和第二方面的实施例的二冲程直接喷射装置的燃烧室和顶盖的局部剖面透视图；
图14为四冲程发动机的汽缸盖和燃烧室的局部剖视透视图，该发动机具有应用了本发明几个方面的实施例的直接喷射系统；以及
图15是与图9或者图10类似的剖面透视图，但却使用正时活塞作为空气压缩机。
最佳实施方式
图1-8中显示了安装在适配器10中的多种喷嘴装置，其用于向来自容纳在适配器10中的燃料喷射器11的出口喷射或者喷雾供给压缩空气或气体。
图1和2所示实施例的喷嘴装置12由三个阶形成。在第一个阶13中经过电磁铁操纵阀14在压力下供给空气和/或气体。阀14定时地在喷射器11喷射燃料之前打开，并且在喷射器喷射燃料之后关闭，从而允许从喷嘴装置12中清除残余液体。
在压力下供给的空气和/或气体被压入经过通过文丘里式喷嘴扩张的节流孔。由该气流产生的负压通过细化液体的第一阶13的节流孔吸入配量液流。该第一喷嘴阶13的扩张级部分通过打破燃料依附力和骤然膨胀以及通过由台阶产生涡流所得负压区继续破碎燃料颗粒。通常可以认为该喷嘴需要的补给空气量大约为使液体燃料完成燃烧所需总空气量的1％。
第二阶15利用由膨胀气体得到的负压来吸入更多质量的空气和/或蒸汽(等于或多于经过第一阶13吸入的初级空气或气体质量的四倍)。附加的流体经过第二喷嘴进行混合和膜依附力继续被打破。较大的流体质量能够增大用于汽化的有效能并且带来较高的预混合比。这些空气和/或气体可以如同WO 00/40856中公开的那样进行加热或者根据本发明的第一方面由废气来提供。较高的预混合会增加挥发性和完全燃烧的可能性。空气和废气经由充气室16进行供给，也可以由例如排气管或歧管的远距离源进行供给。
第三阶17通常用于从例如主气流中吸气到燃烧区，并且其形成允许最小压力的液滴能够穿过进入孔18的形状。在向此类歧管进行供料时，其还用于保护混合物以免压靠进入孔的侧壁。
该喷嘴也可以吸入等于或大于初始进入气体质量四倍的质量，从而可能得到20％的总的预混合。
图3的喷嘴装置具有两个阶设置。第一阶13与图1和图2的阶相同。此实施例的第二阶15与图1和图2中的第二阶以相同的方式工作。
图4所示喷嘴实施例与图3中的喷嘴具有相似的两阶装置。然而在这种情形下，第一阶还包括单向阀19以保护喷嘴和喷射器11的内部免受背压。此实施例的喷嘴装置可用于直接喷射。单向阀19由弹簧承载，依靠空气压力打开并且由弹簧和压缩压力关闭。
此实施例的第二阶20与图3中实施例的第二阶以相同的方式工作。
图5中实施例内的喷嘴为一个两阶装置，其具有与图4内实施例所用类型的第一阶。
在这种情形下，第二阶吸入的空气从喷嘴前部经过孔21向回供给，其中孔21轴向突出并且径向布置以便暴露在喷射室中。这样即可达到一种平衡状态并且允许气体再循环从而通过吸入来增强预混合和汽化。
图6中的实施例也是具有两阶的喷嘴，其第一阶13与图1和2实施例的第一阶以相同的方式工作。
在此实施例中，第二阶吸入的空气以与图5中实施例的第二阶相同的方式从喷嘴前部经过暴露在喷射室中的径向设置的孔向回供给，但是其并不具备单向阀。
在图7中，该实施例包括安装在配合件23中的专有燃料喷射器22。配合件23以螺纹连接到包含空气或气体双入口系统25的适配器24上，其中入口系统25用于从喷射器22吸入出口喷射以通过分级喷嘴26供给燃料和气体的混合物，其以与图1和图2中实施例的第三吸入区实质上相同的形式吸入第二吸入区。
当装配图1和图2中实施例所用类型的第三吸入喷嘴时，图8所示的实施例实质上为图6中实施例的组合。
图9和10显示了一个实施例，该实施例在具有美国专利US 5,713,314中所公开的形式的内燃机环境29下，利用经过管路27的再循环的燃烧气体作为进入根据图1至6中任一个喷射器装置28的喷嘴的吸入流体。
图11和12中的发动机装配了根据本发明的几个方面的两个可以替换的装置。图11中的实施例通过使用根据图1至8中任一个实施例的装置而提供直接喷射。在通过使用图1至4中每个实施例中充气室供给二次吸入气体的情况下，此类二次气体从燃烧室中经过再循环管或者管路30到达。管路30的入口31以及由最后的喷嘴进入燃烧室的出口都由活塞32上的活塞环在爆燃之前运动时经过这些位置来封闭。可以看出，气体从燃烧室经管路30的再循环发生在发动机的入口和出口阀之间。
图12中的实施例使用了向两冲程狄塞尔Bourke内燃机的歧管或者传送管33的间接喷射。图13中的实施例显示了具有燃烧室再循环的两冲程直接喷射的设置。在该实施例中所用的喷嘴为与图4或图5中相同类型的喷嘴，其使用单向阀保护喷射器和喷嘴通道不受燃烧产物的影响。
图14中的实施例为与图13两冲程装置等同的四冲程直接喷射系统的实例，其也出于与图13中实施例相同的原因而在喷嘴中使用了单向阀。
在WO 00/40856中公开的如图1和图3所示的四冲程间接歧管喷射中，空气经过冲压管进行供给以从喷射器喷嘴出口中吸入燃料并且经过提升阀输送入燃烧室。由于阀的打开和关闭，穿过冲压管的空气具有启动和停止的运动。阀的打开和关闭越快，冲压管中空气运动就必须越迅速。该效应使冲压管中的空气以越来越高的速度压缩和膨胀，直至在冲压管中形成驻波。
当液体燃料输送入入口歧管中时，燃料就与冲压管中的驻波接触并且与管壁碰撞。燃料就冲刷管壁，并且此循环在燃料经过开口阀被吸入汽缸之前一直进行，直至燃料输送到达提升阀。
在高速运行的发动机中，由于驻波的干扰作用，间接喷射环境中的对燃料输送的制备对输送质量几乎没有影响。其对低速旋转的发动机造成的困难必须同尽管在膜依附力减少了每次供给的质量的情况下所产生的好处进行对比，才能说明问题。
这些问题可以通过使用依照质量比率按化学计量组成所需的大约1％的雾化附加空气量进行改善。通过使用应用了如图3或4所示喷嘴设置的装置，可以取得实质上显著提高的结果。使用这些喷嘴，当经过第一吸入喷嘴初始只供给按化学计算的1％的预混合时就可以从燃烧室内吸入多达四倍多的空气从而获得化学计算高达5％的预混合。
就图9和10的实施例而言，第三吸入喷嘴有助于吸入四倍的5％预混合从而最终产生按化学计算的20％的预混合。燃烧室气体的再循环向预混合提供了补给温度，从而可以在燃烧之前进一步使燃料汽化。
特别地，对于根据美国专利US 5,735,468的发动机来说，由于正时活塞对喷嘴装置提供的保护喷嘴具有非常显著的好处，其中正时活塞保护喷嘴避免接触发动机中在爆燃和膨胀过程中生成的过大压力和过高温度。图2或图8中所示实施例中所述即为用于该目的的最佳喷嘴。这些喷嘴允许在喷射期间汽缸内有多达20％的气体进行再循环；于是就创建了一种可以在喷嘴中以及簧片阀和回转排气阀的范围内进行最大程度预混合和汽化的环境。同现有设计相比，这样做的优点在于无需考虑对单向阀进行更简单的设计和显著的吸入性能。也可以使用喷嘴的第三阶而不会干扰发动机上阀的安装。如果有必要，也可以使用单向阀，例如在增压发动机或者涡轮增压发动机的情形下。
在图15的实施例中，显示了根据美国专利US 5,735,468的发动机，该发动机还具有另外的特征，即具有位于燃烧室51顶上的阀正时活塞50，此活塞一方面形成向废气再循环管路36供给压缩空气的压缩活塞，另一方面作为由第一吸入区的喷射器和吸入阀装置38的电磁铁操纵阀经管路37吸入的增压空气的源。这样，阀正时活塞50与美国专利US5,735,468中所公开类型的发动机一同起到了第二个作用，因此可以提供可用于发动机中燃烧或其它方面所需压缩空气的紧凑装置。装置38可以具有图1至8所示实施例中的任一种形式。
最后，应该理解，发明概念的任何一个方面都可以包含在许多不同的结构中，因此上述说明的普遍性不应由附图的特殊性取代。在不背离本发明的精神和范围内的各种修改、改进和/或补充都包含在部件的不同结构和装置中。

Claims (13)

1.一种用于调节由燃料喷射器向燃烧区间输送燃料的方法，所述方法包括在燃料进入燃烧区之前从燃烧区引导燃烧流体与喷射的燃料进行混合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所引导的燃烧流体与喷射的燃料经由燃料喷射器出口下游的吸入区进行混合。
3.一种用于安装燃料喷射器的适配器装置，所述适配器装置包括用于接收和引导由所述喷射器所喷射燃料的阶式扩张喷嘴，并且其中第一流体吸入装置适合于向喷嘴上游的喷射燃料供给增压气体。
4.如权利要求3所述的适配器，其特征在于，所述第一流体吸入装置包括一个阀，该阀安装在适配器上时会受到控制而相对于喷射器所喷射的燃料流打开和关闭，增压气体藉此穿过该阀。
5.如权利要求4所述的适配器，其特征在于，所述阀由螺线管装置进行控制。
6.如权利要求3-5中任一项所述的适配器，其特征在于，包括至少另外一个与所述阶式扩张喷嘴相关的流体吸入区。
7.如权利要求6所述的适配器，其特征在于，至少另外一个吸入区位于所述阶式扩张喷嘴的下游。
8.如权利要求6或7所述的适配器，其特征在于，包括至少一个位于所述阶式扩张喷嘴下游的扩张喷嘴。
9.如权利要求8所述的适配器，其特征在于，所述至少一个扩张喷嘴为另外的阶式扩张喷嘴。
10.一种用于安装燃料喷射器的适配器的喷嘴，所述喷嘴包括下游方向的阶式扩张区；第一吸入区，其用于当喷嘴用来从燃料喷射器接收燃料时引导将被吸入燃料流的第一流体离开阶式扩张区；以及位于第一吸入区下游的第二吸入区，其用于把第二流体吸入燃料和第一流体的混合物中。
11.如权利要求10所述的喷嘴，其特征在于，还包括位于第二吸入区下游的第三吸入区。
12.如权利要求所述的10或者11所述的喷嘴，其特征在于，第二吸入区沿下游方向径向地供给第二流体。
13.如权利要求所述的10或者11所述的喷嘴，其特征在于，第二吸入区沿下游方向轴向地供给第二流体。
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