專利名稱：噴射燃料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于提供可燃混合物的方法和裝置，該混合物適用于內(nèi)燃機和/或外燃機，例如適合于向燃燒室或燃燒區(qū)的燃料噴射。特別地，本發(fā)明的方法和裝置適用于在需要提供熱和/或增壓的環(huán)境中進(jìn)行點火的燃料噴射。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的燃料噴射方法和系統(tǒng)包括直接和間接噴射。燃料噴射器存在的主要問題是在燃燒之前，希望通過使燃料顆粒液滴最小從而改善燃燒過程。在我的關(guān)于吸入噴嘴的美國專利No.6,010,077中已公開了一種有效的方法，在此其內(nèi)容作為參考引入，該方法用于減少燃料噴射器輸送的燃料顆粒大小以在燃燒之前調(diào)節(jié)燃料供送，以此改善燃燒的質(zhì)量。
在美國專利No.5,735,468和WO 00/40856中顯示了與本發(fā)明領(lǐng)域相關(guān)的公開內(nèi)容，在此這兩個文獻(xiàn)的內(nèi)容作為參考引入。

發(fā)明內(nèi)容
在整個說明書及其后的權(quán)利要求中，除非上下文要求，否則詞語“包括(comprise)”及其變形“包括(comprises)”和“包括(comprising)”都應(yīng)該理解為包含所述整體或步驟或整體組或多個步驟，但并不排除任何其它整體或步驟或多個整體或多個步驟的組。
本說明書中對所有現(xiàn)有技術(shù)的參考不是而且也不應(yīng)視為承認(rèn)或者以任何形式暗示為現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)成澳大利亞國內(nèi)公知常識的一部分。
本發(fā)明的第一方面提出了一種調(diào)節(jié)由噴射器向燃燒區(qū)域傳送燃料的方法和裝置，其在燃料進(jìn)入燃燒區(qū)之前通過由噴射器吸入燃料使從燃燒區(qū)中燃燒流體進(jìn)行再循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于安裝燃料噴射器的適配器單元，于是安裝在適配器上的噴射器的出口噴射的燃料被加壓氣流吸入，從而在進(jìn)入燃燒區(qū)之前穿過階式擴張噴嘴。在本方面該方面的一個實施例中裝配了上述下游擴張階式噴嘴，其中至少一個吸入?yún)^(qū)位于上述階式擴張噴嘴下游。在另一個實施例中，至少一個吸入?yún)^(qū)位于至少一個擴張噴嘴的上游。
本發(fā)明的第三方面提供了一種用于通過吸入氣體和/或液體供給汽化液滴的噴嘴結(jié)構(gòu)和方法。


以下將參照附圖以實例的形式對本發(fā)明進(jìn)行說明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第二方面的第一實施例穿過安裝在噴嘴上的燃料噴射器和空氣添加及空氣吸入適配器的剖視圖；圖2為當(dāng)圖1中實施例內(nèi)的部件連接完畢以用在根據(jù)本發(fā)明第一方面的實施例的方法和系統(tǒng)中時的剖視圖；圖3與圖2類似，但是使用了另外一種噴嘴裝置；圖4是與圖2類似的視圖，但是使用了噴嘴的另外一個實施例；圖5是與圖2類似的視圖，但是顯示了噴嘴的第四個實施例；圖6是與圖2類似的視圖，但是顯示了噴嘴的第五個實施例；
圖7是與圖2類似的視圖，但是顯示了另一種形式的吸入噴嘴的實施例；圖8是與圖2類似的視圖，但是顯示了結(jié)合使用圖6中的噴嘴和圖2中實施例內(nèi)第三吸入噴嘴的實施例；圖9是根據(jù)美國專利US 5,713,314的內(nèi)燃機的剖面透視圖，其包括使用了第二方面的一個實施例的適配器的本發(fā)明第一方面的一個實施例的設(shè)立的一個實施例；圖10是從另一個方向看圖7中發(fā)動機的視圖；圖11是如http//bourkeengine.com中所示Bourke發(fā)動機的剖視圖，該發(fā)動機使用了根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面的實施例的方法、系統(tǒng)和適配器；圖12是與圖11中發(fā)動機類似但卻使用了根據(jù)本發(fā)明第一方面的另一個實施例的Bourke發(fā)動機的視圖；圖13為使用了本發(fā)明第一和第二方面的實施例的二沖程直接噴射裝置的燃燒室和頂蓋的局部剖面透視圖；圖14為四沖程發(fā)動機的汽缸蓋和燃燒室的局部剖視透視圖，該發(fā)動機具有應(yīng)用了本發(fā)明幾個方面的實施例的直接噴射系統(tǒng)；以及圖15是與圖9或者圖10類似的剖面透視圖，但卻使用正時活塞作為空氣壓縮機。
最佳實施方式圖1-8中顯示了安裝在適配器10中的多種噴嘴裝置，其用于向來自容納在適配器10中的燃料噴射器11的出口噴射或者噴霧供給壓縮空氣或氣體。
圖1和2所示實施例的噴嘴裝置12由三個階形成。在第一個階13中經(jīng)過電磁鐵操縱閥14在壓力下供給空氣和/或氣體。閥14定時地在噴射器11噴射燃料之前打開，并且在噴射器噴射燃料之后關(guān)閉，從而允許從噴嘴裝置12中清除殘余液體。
在壓力下供給的空氣和/或氣體被壓入經(jīng)過通過文丘里式噴嘴擴張的節(jié)流孔。由該氣流產(chǎn)生的負(fù)壓通過細(xì)化液體的第一階13的節(jié)流孔吸入配量液流。該第一噴嘴階13的擴張級部分通過打破燃料依附力和驟然膨脹以及通過由臺階產(chǎn)生渦流所得負(fù)壓區(qū)繼續(xù)破碎燃料顆粒。通?？梢哉J(rèn)為該噴嘴需要的補給空氣量大約為使液體燃料完成燃燒所需總空氣量的1％。
第二階15利用由膨脹氣體得到的負(fù)壓來吸入更多質(zhì)量的空氣和/或蒸汽(等于或多于經(jīng)過第一階13吸入的初級空氣或氣體質(zhì)量的四倍)。附加的流體經(jīng)過第二噴嘴進(jìn)行混合和膜依附力繼續(xù)被打破。較大的流體質(zhì)量能夠增大用于汽化的有效能并且?guī)磔^高的預(yù)混合比。這些空氣和/或氣體可以如同WO 00/40856中公開的那樣進(jìn)行加熱或者根據(jù)本發(fā)明的第一方面由廢氣來提供。較高的預(yù)混合會增加揮發(fā)性和完全燃燒的可能性?？諝夂蛷U氣經(jīng)由充氣室16進(jìn)行供給，也可以由例如排氣管或歧管的遠(yuǎn)距離源進(jìn)行供給。
第三階17通常用于從例如主氣流中吸氣到燃燒區(qū)，并且其形成允許最小壓力的液滴能夠穿過進(jìn)入孔18的形狀。在向此類歧管進(jìn)行供料時，其還用于保護混合物以免壓靠進(jìn)入孔的側(cè)壁。
該噴嘴也可以吸入等于或大于初始進(jìn)入氣體質(zhì)量四倍的質(zhì)量，從而可能得到20％的總的預(yù)混合。
圖3的噴嘴裝置具有兩個階設(shè)置。第一階13與圖1和圖2的階相同。此實施例的第二階15與圖1和圖2中的第二階以相同的方式工作。
圖4所示噴嘴實施例與圖3中的噴嘴具有相似的兩階裝置。然而在這種情形下，第一階還包括單向閥19以保護噴嘴和噴射器11的內(nèi)部免受背壓。此實施例的噴嘴裝置可用于直接噴射。單向閥19由彈簧承載，依靠空氣壓力打開并且由彈簧和壓縮壓力關(guān)閉。
此實施例的第二階20與圖3中實施例的第二階以相同的方式工作。
圖5中實施例內(nèi)的噴嘴為一個兩階裝置，其具有與圖4內(nèi)實施例所用類型的第一階。
在這種情形下，第二階吸入的空氣從噴嘴前部經(jīng)過孔21向回供給，其中孔21軸向突出并且徑向布置以便暴露在噴射室中。這樣即可達(dá)到一種平衡狀態(tài)并且允許氣體再循環(huán)從而通過吸入來增強預(yù)混合和汽化。
圖6中的實施例也是具有兩階的噴嘴，其第一階13與圖1和2實施例的第一階以相同的方式工作。
在此實施例中，第二階吸入的空氣以與圖5中實施例的第二階相同的方式從噴嘴前部經(jīng)過暴露在噴射室中的徑向設(shè)置的孔向回供給，但是其并不具備單向閥。
在圖7中，該實施例包括安裝在配合件23中的專有燃料噴射器22。配合件23以螺紋連接到包含空氣或氣體雙入口系統(tǒng)25的適配器24上，其中入口系統(tǒng)25用于從噴射器22吸入出口噴射以通過分級噴嘴26供給燃料和氣體的混合物，其以與圖1和圖2中實施例的第三吸入?yún)^(qū)實質(zhì)上相同的形式吸入第二吸入?yún)^(qū)。
當(dāng)裝配圖1和圖2中實施例所用類型的第三吸入噴嘴時，圖8所示的實施例實質(zhì)上為圖6中實施例的組合。
圖9和10顯示了一個實施例，該實施例在具有美國專利US 5,713,314中所公開的形式的內(nèi)燃機環(huán)境29下，利用經(jīng)過管路27的再循環(huán)的燃燒氣體作為進(jìn)入根據(jù)圖1至6中任一個噴射器裝置28的噴嘴的吸入流體。
圖11和12中的發(fā)動機裝配了根據(jù)本發(fā)明的幾個方面的兩個可以替換的裝置。圖11中的實施例通過使用根據(jù)圖1至8中任一個實施例的裝置而提供直接噴射。在通過使用圖1至4中每個實施例中充氣室供給二次吸入氣體的情況下，此類二次氣體從燃燒室中經(jīng)過再循環(huán)管或者管路30到達(dá)。管路30的入口31以及由最后的噴嘴進(jìn)入燃燒室的出口都由活塞32上的活塞環(huán)在爆燃之前運動時經(jīng)過這些位置來封閉?？梢钥闯觯瑲怏w從燃燒室經(jīng)管路30的再循環(huán)發(fā)生在發(fā)動機的入口和出口閥之間。
圖12中的實施例使用了向兩沖程狄塞爾Bourke內(nèi)燃機的歧管或者傳送管33的間接噴射。圖13中的實施例顯示了具有燃燒室再循環(huán)的兩沖程直接噴射的設(shè)置。在該實施例中所用的噴嘴為與圖4或圖5中相同類型的噴嘴，其使用單向閥保護噴射器和噴嘴通道不受燃燒產(chǎn)物的影響。
圖14中的實施例為與圖13兩沖程裝置等同的四沖程直接噴射系統(tǒng)的實例，其也出于與圖13中實施例相同的原因而在噴嘴中使用了單向閥。
在WO 00/40856中公開的如圖1和圖3所示的四沖程間接歧管噴射中，空氣經(jīng)過沖壓管進(jìn)行供給以從噴射器噴嘴出口中吸入燃料并且經(jīng)過提升閥輸送入燃燒室。由于閥的打開和關(guān)閉，穿過沖壓管的空氣具有啟動和停止的運動。閥的打開和關(guān)閉越快，沖壓管中空氣運動就必須越迅速。該效應(yīng)使沖壓管中的空氣以越來越高的速度壓縮和膨脹，直至在沖壓管中形成駐波。
當(dāng)液體燃料輸送入入口歧管中時，燃料就與沖壓管中的駐波接觸并且與管壁碰撞。燃料就沖刷管壁，并且此循環(huán)在燃料經(jīng)過開口閥被吸入汽缸之前一直進(jìn)行，直至燃料輸送到達(dá)提升閥。
在高速運行的發(fā)動機中，由于駐波的干擾作用，間接噴射環(huán)境中的對燃料輸送的制備對輸送質(zhì)量幾乎沒有影響。其對低速旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機造成的困難必須同盡管在膜依附力減少了每次供給的質(zhì)量的情況下所產(chǎn)生的好處進(jìn)行對比，才能說明問題。
這些問題可以通過使用依照質(zhì)量比率按化學(xué)計量組成所需的大約1％的霧化附加空氣量進(jìn)行改善。通過使用應(yīng)用了如圖3或4所示噴嘴設(shè)置的裝置，可以取得實質(zhì)上顯著提高的結(jié)果。使用這些噴嘴，當(dāng)經(jīng)過第一吸入噴嘴初始只供給按化學(xué)計算的1％的預(yù)混合時就可以從燃燒室內(nèi)吸入多達(dá)四倍多的空氣從而獲得化學(xué)計算高達(dá)5％的預(yù)混合。
就圖9和10的實施例而言，第三吸入噴嘴有助于吸入四倍的5％預(yù)混合從而最終產(chǎn)生按化學(xué)計算的20％的預(yù)混合。燃燒室氣體的再循環(huán)向預(yù)混合提供了補給溫度，從而可以在燃燒之前進(jìn)一步使燃料汽化。
特別地，對于根據(jù)美國專利US 5,735,468的發(fā)動機來說，由于正時活塞對噴嘴裝置提供的保護噴嘴具有非常顯著的好處，其中正時活塞保護噴嘴避免接觸發(fā)動機中在爆燃和膨脹過程中生成的過大壓力和過高溫度。圖2或圖8中所示實施例中所述即為用于該目的的最佳噴嘴。這些噴嘴允許在噴射期間汽缸內(nèi)有多達(dá)20％的氣體進(jìn)行再循環(huán)；于是就創(chuàng)建了一種可以在噴嘴中以及簧片閥和回轉(zhuǎn)排氣閥的范圍內(nèi)進(jìn)行最大程度預(yù)混合和汽化的環(huán)境。同現(xiàn)有設(shè)計相比，這樣做的優(yōu)點在于無需考慮對單向閥進(jìn)行更簡單的設(shè)計和顯著的吸入性能。也可以使用噴嘴的第三階而不會干擾發(fā)動機上閥的安裝。如果有必要，也可以使用單向閥，例如在增壓發(fā)動機或者渦輪增壓發(fā)動機的情形下。
在圖15的實施例中，顯示了根據(jù)美國專利US 5,735,468的發(fā)動機，該發(fā)動機還具有另外的特征，即具有位于燃燒室51頂上的閥正時活塞50，此活塞一方面形成向廢氣再循環(huán)管路36供給壓縮空氣的壓縮活塞，另一方面作為由第一吸入?yún)^(qū)的噴射器和吸入閥裝置38的電磁鐵操縱閥經(jīng)管路37吸入的增壓空氣的源。這樣，閥正時活塞50與美國專利US5,735,468中所公開類型的發(fā)動機一同起到了第二個作用，因此可以提供可用于發(fā)動機中燃燒或其它方面所需壓縮空氣的緊湊裝置。裝置38可以具有圖1至8所示實施例中的任一種形式。
最后，應(yīng)該理解，發(fā)明概念的任何一個方面都可以包含在許多不同的結(jié)構(gòu)中，因此上述說明的普遍性不應(yīng)由附圖的特殊性取代。在不背離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種修改、改進(jìn)和/或補充都包含在部件的不同結(jié)構(gòu)和裝置中。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)由燃料噴射器向燃燒區(qū)間輸送燃料的方法，所述方法包括在燃料進(jìn)入燃燒區(qū)之前從燃燒區(qū)引導(dǎo)燃燒流體與噴射的燃料進(jìn)行混合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所引導(dǎo)的燃燒流體與噴射的燃料經(jīng)由燃料噴射器出口下游的吸入?yún)^(qū)進(jìn)行混合。
3.一種用于安裝燃料噴射器的適配器裝置，所述適配器裝置包括用于接收和引導(dǎo)由所述噴射器所噴射燃料的階式擴張噴嘴，并且其中第一流體吸入裝置適合于向噴嘴上游的噴射燃料供給增壓氣體。
4.如權(quán)利要求3所述的適配器，其特征在于，所述第一流體吸入裝置包括一個閥，該閥安裝在適配器上時會受到控制而相對于噴射器所噴射的燃料流打開和關(guān)閉，增壓氣體藉此穿過該閥。
5.如權(quán)利要求4所述的適配器，其特征在于，所述閥由螺線管裝置進(jìn)行控制。
6.如權(quán)利要求3-5中任一項所述的適配器，其特征在于，包括至少另外一個與所述階式擴張噴嘴相關(guān)的流體吸入?yún)^(qū)。
7.如權(quán)利要求6所述的適配器，其特征在于，至少另外一個吸入?yún)^(qū)位于所述階式擴張噴嘴的下游。
8.如權(quán)利要求6或7所述的適配器，其特征在于，包括至少一個位于所述階式擴張噴嘴下游的擴張噴嘴。
9.如權(quán)利要求8所述的適配器，其特征在于，所述至少一個擴張噴嘴為另外的階式擴張噴嘴。
10.一種用于安裝燃料噴射器的適配器的噴嘴，所述噴嘴包括下游方向的階式擴張區(qū)；第一吸入?yún)^(qū)，其用于當(dāng)噴嘴用來從燃料噴射器接收燃料時引導(dǎo)將被吸入燃料流的第一流體離開階式擴張區(qū)；以及位于第一吸入?yún)^(qū)下游的第二吸入?yún)^(qū)，其用于把第二流體吸入燃料和第一流體的混合物中。
11.如權(quán)利要求10所述的噴嘴，其特征在于，還包括位于第二吸入?yún)^(qū)下游的第三吸入?yún)^(qū)。
12.如權(quán)利要求所述的10或者11所述的噴嘴，其特征在于，第二吸入?yún)^(qū)沿下游方向徑向地供給第二流體。
13.如權(quán)利要求所述的10或者11所述的噴嘴，其特征在于，第二吸入?yún)^(qū)沿下游方向軸向地供給第二流體。
全文摘要
一種調(diào)節(jié)由燃料噴射器向燃燒區(qū)輸送燃料供送的方法，其包括將燃燒流體從燃燒區(qū)導(dǎo)出以在裝料進(jìn)入燃燒區(qū)之前與噴射的供送燃料進(jìn)行混合。本發(fā)明還包括用于安裝燃料噴射器的適配器裝置(10)，該適配器包括階式擴張噴嘴(12)和流體吸入裝置。
文檔編號F02M25/07GK1582367SQ02821938
公開日2005年2月16日 申請日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月30日
發(fā)明者艾倫·帕特里克·凱西 申請人:艾倫·帕特里克·凱西