專(zhuān)利名稱(chēng)：用于內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前汽車(chē)中的大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)都使用燃料噴射系統(tǒng)來(lái)向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室供應(yīng)燃料。 燃料噴射系統(tǒng)已經(jīng)替代了早期的汽化器技術(shù)，因?yàn)樗鼈儗?duì)燃料輸送進(jìn)行更多的控制，并使 發(fā)動(dòng)機(jī)能夠符合排放法規(guī)指標(biāo)而且能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的整體效率。對(duì)當(dāng)前使用的噴射器進(jìn)行脈寬調(diào)制。這意味著每個(gè)噴射器在發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)循環(huán) 中被操作選定的時(shí)間，噴射器打開(kāi)的時(shí)間長(zhǎng)度指示在該循環(huán)中輸送至燃燒室的燃料體積。 通常，該脈寬調(diào)制燃料噴射系統(tǒng)利用固定壓力或者精確已知的基本恒定的壓力下的燃料供 應(yīng)，以及可在電子控制器的控制下致動(dòng)任何預(yù)定時(shí)間的開(kāi)/關(guān)閥。已知壓力和可變但受控 的打開(kāi)時(shí)間的這種組合的結(jié)果將已知量的燃料噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中。上述方案用于所有汽油噴射系統(tǒng)(進(jìn)氣口噴射系統(tǒng)和直噴系統(tǒng))以及新技術(shù)發(fā)展 水平的高壓“共軌式”柴油機(jī)噴射系統(tǒng)。最新的共軌式直噴柴油機(jī)燃料噴射系統(tǒng)有時(shí)使用 多個(gè)噴射脈沖以便更好地在氣缸內(nèi)散布燃料而獲得更好的燃燒效果，但是這些脈沖均為可 變時(shí)間(雖然該時(shí)間比早期燃料噴射系統(tǒng)的單個(gè)脈沖短得多)并且控制器會(huì)在各個(gè)脈沖中 設(shè)定噴射器的打開(kāi)時(shí)間以便準(zhǔn)確控制輸送的燃料量。因此所有的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)都需要泵、 調(diào)壓器和噴射器(其有效地用作開(kāi)/關(guān)閥)以及先進(jìn)的電子控制模塊來(lái)控制各個(gè)噴射器的 打開(kāi)時(shí)間。在燃料噴射系統(tǒng)中使用的噴射器非常精確并且響應(yīng)迅速(而不像早期的燃料噴 射器那樣操作緩慢且可重復(fù)性不足)。最新的噴射器能夠在一毫秒以?xún)?nèi)打開(kāi)和關(guān)閉。雖然當(dāng)前可用的先進(jìn)且高度發(fā)展的燃料噴射系統(tǒng)對(duì)用在汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)中來(lái)說(shuō)是理 想的，但對(duì)內(nèi)燃機(jī)的許多其它應(yīng)用來(lái)說(shuō)水平如此先進(jìn)不太合適而且太昂貴。例如，用于割草 機(jī)、鏈鋸、小型發(fā)電機(jī)、機(jī)動(dòng)自行車(chē)、小型摩托車(chē)等的小型單缸低功率輸出發(fā)動(dòng)機(jī)以緊縮成 本為目標(biāo)構(gòu)造并且具有低功率輸出，因此不能承受先進(jìn)燃料噴射系統(tǒng)的成本，也不能承受 使可用的先進(jìn)燃料噴射系統(tǒng)所需的提供加壓燃料的燃料泵運(yùn)行所需的功率。至今為止，這 些小型發(fā)動(dòng)機(jī)仍使用傳統(tǒng)的汽化器技術(shù)。然而，現(xiàn)在的情況是，這些小型發(fā)動(dòng)機(jī)將與汽車(chē)發(fā) 動(dòng)機(jī)一樣面對(duì)同種廢氣排放法規(guī)從而必須進(jìn)行調(diào)整以符合排放指標(biāo)。因此，這些小型發(fā)動(dòng) 機(jī)需要廉價(jià)而簡(jiǎn)單的燃料噴射系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面中，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括可變?nèi)莘e的燃燒室；用于 將充入空氣輸送至所述燃燒室的進(jìn)氣系統(tǒng)；用于將燃燒后的氣體從所述燃燒室傳送到大氣的排氣系統(tǒng)；以及用于將燃料輸送至所述充入空氣以與該充入空氣一起在所述燃燒室中燃 燒的燃料噴射系統(tǒng)；其中所述燃料噴射系統(tǒng)包括燃料噴射器，該燃料噴射器用作正排量 泵，并配送對(duì)于該噴射器的每次操作固定的燃料量；以及控制器，該控制器控制所述燃料噴 射器的操作，其中在至少大部分發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的每一循環(huán)中，所述燃料噴射器被所述控制器 操作多次；響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的增加，所述控制器通過(guò)增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操 作所述燃料噴射器的次數(shù)而增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量；并且響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和 /或負(fù)載的減少，所述控制器通過(guò)減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作所述燃料噴射器的次數(shù)而減少 每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量。在第二方面中，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括可變?nèi)莘e的燃燒室；用于將充入空氣輸送至所述燃燒室的進(jìn)氣系統(tǒng)；用于將燃燒后的氣體從所述燃燒室傳送到大氣的排氣系統(tǒng)；以及用于將燃料輸送至所述充入空氣以與該充入空氣一起在所述燃燒室中燃燒的燃 料噴射系統(tǒng)；其中所述燃料噴射系統(tǒng)包括多個(gè)燃料噴射器，每個(gè)燃料噴射器用作正排量泵，并配送對(duì)于該噴射器的每次操 作固定的燃料量；所述多個(gè)燃料噴射器中的至少第一燃料噴射器配送與所述多個(gè)燃料噴射器中的 第二燃料噴射器配送的第二設(shè)定量不同的第一設(shè)定量的燃料；以及控制器，該控制器控制所述多個(gè)燃料噴射器中的每一燃料噴射器的操作，其中在至少大部分發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的每一循環(huán)中，所述燃料噴射器被所述控制器操作多 次；響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的增加，所述控制器通過(guò)增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作 所述燃料噴射器的次數(shù)而增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量；并且響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的減少，所述控制器通過(guò)減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作 所述燃料噴射器的次數(shù)而減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量。在第三方面中，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括可變?nèi)莘e的燃燒室；用于將充入空氣輸送至所述燃燒室的進(jìn)氣系統(tǒng)；用于將燃燒后的氣體從所述燃燒室傳送到大氣的排氣系統(tǒng)；以及用于將燃料輸送至所述充入空氣以與該充入空氣一起在所述燃燒室中燃燒的燃 料噴射系統(tǒng)；其中所述燃料噴射系統(tǒng)包括燃料噴射器，該燃料噴射器用作正排量泵，并配送對(duì)于該噴射器的每次操作固定 的燃料量；以及控制器，該控制器控制所述燃料噴射器的操作，其中在至少大部分發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的每一循環(huán)中，所述燃料噴射器被所述控制器操作多 次；響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的增加，所述控制器通過(guò)增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作所述燃料噴射器的次數(shù)而增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量；響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的減少，所述控制器通過(guò)減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作 所述燃料噴射器的次數(shù)而減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量；并且所述燃料噴射器包括殼體，在該殼體中形成燃料室；電線(xiàn)圈；以及活塞，該活塞在所述電線(xiàn)圈的作用下在所述殼體的內(nèi)腔中軸向滑動(dòng)，從而迫使燃 料流出所述燃料室，該活塞在兩個(gè)終點(diǎn)止動(dòng)件之間滑動(dòng)，所述終點(diǎn)止動(dòng)件確保所述活塞在 每次操作中均具有設(shè)定的行進(jìn)距離。在第四方面中，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括可變?nèi)莘e的燃燒室；用于將充入空氣輸送至所述燃燒室的進(jìn)氣系統(tǒng)；用于將燃燒后的氣體從所述燃燒室傳送到大氣的排氣系統(tǒng)；以及用于將燃料輸送至所述充入空氣以與該充入空氣一起在所述燃燒室中燃燒的燃 料噴射系統(tǒng)；其中所述燃料噴射系統(tǒng)包括多個(gè)燃料噴射器，每個(gè)燃料噴射器用作正排量泵，并配送對(duì)于該噴射器的每次操 作固定的燃料量，所述多個(gè)燃料噴射器中的至少第一燃料噴射器配送與所述多個(gè)燃料噴射 器中的第二燃料噴射器配送的第二設(shè)定量不同的第一設(shè)定量的燃料；以及控制器，該控制器控制所述燃料噴射器的操作，其中在至少大部分發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的每一循環(huán)中，所述燃料噴射器被所述控制器操作多 次；響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的增加，所述控制器通過(guò)增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作 每個(gè)燃料噴射器的次數(shù)而增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量；響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的減少，所述控制器通過(guò)減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作 每個(gè)燃料噴射器的次數(shù)而減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量；并且所述燃料噴射器包括殼體，在該殼體中形成燃料室；電線(xiàn)圈；以及活塞，該活塞在所述電線(xiàn)圈的作用下在所述殼體的內(nèi)腔中軸向滑動(dòng)，從而迫使燃 料流出所述燃料室，該活塞在兩個(gè)終點(diǎn)止動(dòng)件之間滑動(dòng)，所述終點(diǎn)止動(dòng)件確保所述活塞在 每次操作中均具有設(shè)定的行進(jìn)距離。在第五方面中，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括可變?nèi)莘e的燃燒室；用于將充入空氣輸送至所述燃燒室的進(jìn)氣系統(tǒng)；用于將燃燒后的氣體從所述燃燒室傳送到大氣的排氣系統(tǒng)；以及用于將燃料輸送至所述充入空氣以與該充入空氣一起在所述燃燒室中燃燒的燃 料噴射系統(tǒng)；其中所述燃料噴射系統(tǒng)包括燃料噴射器，該燃料噴射器用作正排量泵，并配送對(duì)于該噴射器的每次操作固定的燃料量；以及控制器，該控制器控制所述燃料噴射器的操作，其中在至少大部分發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的每一循環(huán)中，所述燃料噴射器被所述控制器操作多 次；響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的增加，所述控制器通過(guò)增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作 所述燃料噴射器的次數(shù)而增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量；響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的減少，所述控制器通過(guò)減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作 所述燃料噴射器的次數(shù)而減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量；所述燃料噴射器被凸輪面機(jī)械驅(qū)動(dòng)，該燃料噴射器包括通過(guò)偏壓彈簧作用并且可 通過(guò)所述凸輪面變位的活塞，該活塞沿一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)將燃料吸入所述燃料噴射器的燃料 室，該活塞沿另一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)迫使燃料流出所述燃料室，所述凸輪面包括多個(gè)凸輪波瓣， 每個(gè)凸輪波瓣可在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間驅(qū)動(dòng)所述活塞，并且所述控制器控制在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī) 循環(huán)中有多少個(gè)所述凸輪波瓣使所述活塞迫使燃料流出所述燃料噴射器；所述燃料噴射器包括燃料出口和燃料入口，所述活塞迫使燃料通過(guò)該燃料出口流 出所述燃料室，燃料通過(guò)所述燃料入口被引入所述燃料室，所述燃料噴射器還具有單向入 口閥和單向出口閥，所述單向入口閥可操作以允許燃料從所述燃料入口流入所述燃料室， 同時(shí)防止燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，所述單向出口閥可操作以允許燃料流 出所述燃料室至所述燃料出口，同時(shí)防止燃料從所述燃料出口回流到所述燃料室；并且所述單向入口閥可被所述控制器禁用，并且在禁用時(shí)允許燃料流出所述燃料室而 回到所述燃料入口，在所述第一單向閥被禁用時(shí)所述活塞的運(yùn)動(dòng)僅用于將燃料從所述燃料 入口吸入所述燃料室，然后將燃料排出所述燃料室回到所述燃料入口。在第六方面中，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括可變?nèi)莘e的燃燒室；用于將充入空氣輸送至所述燃燒室的進(jìn)氣系統(tǒng)；用于將充入空氣輸送至所述燃燒室的排氣系統(tǒng)；用于將燃燒后的氣體從所述燃燒室傳送到大氣的排氣系統(tǒng)；以及用于將燃料輸送至所述充入空氣以與該充入空氣一起在所述燃燒室中燃燒的燃 料噴射系統(tǒng)；其中所述燃料噴射系統(tǒng)包括多個(gè)燃料噴射器，每個(gè)燃料噴射器用作正排量泵，并配送對(duì)于該噴射器的每次操 作固定的燃料量，所述多個(gè)燃料噴射器中的至少第一燃料噴射器配送與所述多個(gè)燃料噴射 器中的第二燃料噴射器配送的第二設(shè)定量不同的第一設(shè)定量的燃料；以及控制器，該控制器控制所述多個(gè)燃料噴射器中的每一燃料噴射器的操作，其中在至少大部分發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的每一循環(huán)中，所述燃料噴射器被所述控制器操作多 次；響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的增加，所述控制器通過(guò)增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作 所述燃料噴射器的次數(shù)而增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量；響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的減少，所述控制器通過(guò)減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作所述燃料噴射器的次數(shù)而減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量；每個(gè)燃料噴射器被凸輪面機(jī)械驅(qū)動(dòng)，每個(gè)燃料噴射器包括通過(guò)偏壓彈簧作用并且 可通過(guò)所述凸輪面變位的活塞，該活塞沿一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)將燃料吸入所述燃料噴射器的燃 料室，該活塞沿另一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)迫使燃料流出所述燃料室，所述凸輪面包括多個(gè)凸輪波 瓣，每個(gè)凸輪波瓣可在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間驅(qū)動(dòng)所述活塞，并且所述控制器控制在每個(gè)發(fā) 動(dòng)機(jī)循環(huán)中有多少個(gè)所述凸輪波瓣使所述活塞迫使燃料流出各個(gè)燃料噴射器；每個(gè)燃料噴射器包括燃料出口和燃料入口，所述活塞迫使燃料通過(guò)該燃料出口流 出所述燃料室，燃料通過(guò)所述燃料入口被引入所述燃料室，每個(gè)燃料噴射器還具有第一單 向閥和第二單向閥，所述第一單向閥可操作以允許燃料從所述燃料入口流入所述燃料室， 同時(shí)防止燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，所述第二單向閥可操作以允許燃料流 出所述燃料室至所述燃料出口，同時(shí)防止燃料從所述燃料出口回流到所述燃料室；并且每個(gè)燃料噴射器的所述單向入口閥可被所述控制器禁用，并且在禁用時(shí)允許燃料 流出所述燃料室而回到所述燃料入口，在所述第一單向閥被禁用時(shí)所述活塞的運(yùn)動(dòng)僅用于 將燃料從所述燃料入口吸入所述燃料室，然后將燃料排出所述燃料室回到所述燃料入口。


下面將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在附圖中圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的示意圖；圖2是適于在圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的根據(jù)本發(fā)明的燃料噴射器的第一類(lèi)型的示意 圖；圖3是適于在圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃料噴射器的第二類(lèi)型的示意圖；圖4表示圖3的燃料噴射器的修改例；圖5是適于在圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃料噴射器的第三類(lèi)型的示意圖；圖6表示圖5的燃料噴射器的修改例；圖7是適于在圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃料噴射器的第四類(lèi)型的示意圖；圖8a、8b、8c和8d表示圖7的燃料噴射器的操作；圖9是圖7的燃料噴射器的更加詳細(xì)的視圖；圖IOa至圖IOd表示圖7至圖9的燃料噴射的修改型的操作；圖11表示圖7至圖9的燃料噴射器的單向止回閥；圖12表示圖IOa至圖IOd的燃料噴射器的單向止回閥；圖13表示可用于圖7至圖IOd中的任一燃料噴射器中來(lái)代替圖示止回閥的單向 止回閥；圖14表示在現(xiàn)有技術(shù)燃料噴射系統(tǒng)中用于控制在各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中輸送至燃燒 室的燃料量的信號(hào)類(lèi)型；圖15表示本發(fā)明使用的控制信號(hào)，該控制信號(hào)用于啟動(dòng)圖1的燃料噴射器(例 如，圖2至圖IOd中的任一類(lèi)型的燃料噴射器)以便控制在各個(gè)操作循環(huán)中輸送至燃燒室 中的燃料量；圖 I6 中圖16a表示從圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)軸或曲軸獲取的旋轉(zhuǎn)信號(hào)；
圖16b表示針對(duì)圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的滿(mǎn)負(fù)載操作產(chǎn)生的控制信號(hào)；圖16c表示針對(duì)圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的部分負(fù)載操作產(chǎn)生的控制信號(hào)；圖16d表示針對(duì)圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)產(chǎn)生的控制信號(hào)；圖16e表示在圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間產(chǎn)生的控制信號(hào)；圖17是圖1的內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣通道的示意圖，其中在適當(dāng)位置對(duì)圖3的燃料噴射器 略加修改；圖18表示圖17的燃料噴射器的噴嘴的剖視圖；圖19表示圖17的燃料噴射器的一部分的剖視圖；圖20a至圖20d是圖17至圖19的燃料噴射器的操作示意圖；圖21a至圖21d表示圖17至圖20的燃料噴射器的可選噴嘴口形狀；圖22是具有根據(jù)本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的第二實(shí)施方式的示意圖；圖23是適于與圖22的發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的燃料噴射器的示意圖；圖24是圖23的燃料噴射器及其與凸輪面一起的結(jié)構(gòu)的示意圖，該凸輪面用于驅(qū) 動(dòng)燃料噴射器；圖25是適于取代圖18所示的燃料噴射器而在圖18的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃料噴射 器的第二實(shí)施方式的示意圖；以及圖26是圖24的凸輪結(jié)構(gòu)的修改例的視圖。
具體實(shí)施例方式首先回到圖1，在圖中可以看到包括氣缸11的內(nèi)燃機(jī)10，活塞12在氣缸11中往 復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且在氣缸11和活塞12之間限定有燃燒室13?；钊?2通過(guò)連桿14連接到曲軸 15，曲軸15又連接到凸輪軸16。在凸輪軸16與兩個(gè)提升閥17和18之間使用推桿式機(jī)構(gòu) 之類(lèi)的機(jī)構(gòu)(未示出)，提升閥17和18是發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門(mén)和進(jìn)氣門(mén)。凸輪軸16利用將提 升閥17和18偏壓回其閥座內(nèi)的復(fù)位彈簧，與活塞12在氣缸11中的運(yùn)動(dòng)成時(shí)間關(guān)系地驅(qū) 動(dòng)進(jìn)氣門(mén)18和排氣門(mén)17打開(kāi)。發(fā)動(dòng)機(jī)10是簡(jiǎn)單發(fā)動(dòng)機(jī)，例如割草機(jī)或其它園藝設(shè)備的單 缸發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)10具有燃料噴射系統(tǒng)，該燃料噴射系統(tǒng)包括布置成將燃料輸送至進(jìn)氣門(mén) 18上游的進(jìn)氣通道20中的燃料噴射器19。在進(jìn)氣通道20中放置節(jié)氣門(mén)21以節(jié)流燃燒室 13中的充入空氣流。一傳感器連接到節(jié)氣門(mén)21并將信號(hào)經(jīng)由線(xiàn)路22反饋回電子控制單元 23，該信號(hào)指示節(jié)氣門(mén)21的旋轉(zhuǎn)位置因此指示發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載。E⑶23還經(jīng)由線(xiàn)路24接收定 時(shí)信號(hào)，該定時(shí)信號(hào)由凸輪軸傳感器25(可由曲軸傳感器代替)產(chǎn)生?？紤]傳感器25產(chǎn)生 的定時(shí)信號(hào)和附接至節(jié)氣門(mén)21的傳感器產(chǎn)生的負(fù)載信號(hào)，ECU 23產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信 號(hào)經(jīng)由線(xiàn)路26傳輸?shù)絿娚淦?9并控制噴射器19的操作。圖2中示出了噴射器19的第一實(shí)施例。噴射器19具有燃料入口 30，在燃料入口 30中放置過(guò)濾器31以在燃料進(jìn)入噴射器主體之前除去燃料中的雜質(zhì)。噴射器的主體32具 有空腔33，在該空腔33中定位有壓電元件組34。通過(guò)入口 30引入的燃料沿著通道35穿 過(guò)組34。柔性隔膜36抵靠組34的自由端并且在隔膜36中結(jié)合有與穿過(guò)組34的通道35 對(duì)準(zhǔn)的單向閥37?？涨?3的部分38由柔性隔膜36限定并且從該部分38引出由單向簧片 閥40打開(kāi)和關(guān)閉的燃料排放通道39?；善y40的下游是高壓靜電充電電極41，其具有允許燃料通過(guò)的貫通孔徑。電極41的下游是燃料出口盤(pán)42，在燃料出口盤(pán)42中限定有多個(gè) 燃料出口孔；該盤(pán)42也被充電從而用作電極，使得電極41和盤(pán)42 —起向穿過(guò)噴射器的燃 料施加電荷，這有利于燃料的霧化。簡(jiǎn)單的重力供料燃料輸送系統(tǒng)(未示出)會(huì)將燃料從燃料箱(未示出)傳送到燃 料入口 30，然后通過(guò)過(guò)濾器31過(guò)濾燃料。然后通過(guò)壓電元件組34的膨脹而將燃料吸入圖 2的燃料噴射器并從燃料噴射器排出。當(dāng)向組34的壓電元件施加電壓時(shí)，壓電元件膨脹，該 膨脹使組34長(zhǎng)度增長(zhǎng)從而推動(dòng)柔性隔膜36。此時(shí)，單向閥37關(guān)閉并且由于隔膜36在組 34的作用下?lián)锨糠?8中的燃料在柔性隔膜36的作用下被迫流出部分38。單向閥40 打開(kāi)以允許燃料從部分38排出，然后排出的燃料穿過(guò)充電電極41中的孔，接著穿過(guò)燃料出 口盤(pán)42的孔進(jìn)入進(jìn)氣通道20 (如圖1所示)。經(jīng)過(guò)電極41和盤(pán)42的燃料會(huì)接收靜電荷， 該靜電荷有助于流出燃料出口盤(pán)42的孔的燃料霧化。一旦從壓電元件組34去除電壓，組34就會(huì)縮小至其初始長(zhǎng)度，并且具有彈性性質(zhì) 的柔性隔膜36返回其初始位置，從而增大噴射器中空腔的部分38的容積。這又會(huì)使單向 閥40關(guān)閉以相對(duì)于燃料出口密封部分38，同時(shí)單向閥37打開(kāi)而允許燃料流經(jīng)通道35以填 充空腔38。于是空腔38可充入新鮮燃料裝料，為下一次將燃料噴射到進(jìn)氣通道20中做好 準(zhǔn)備。在圖2中可以看到，控制線(xiàn)路26電連接到壓電元件組34，而且還電連接到高壓靜 電充電電極41。圖2的燃料噴射器作為正排量泵操作，正排量泵在噴射器的每次操作中配送等量 燃料。由噴射器輸送的燃料體積在每次操作中恒定。這與用作控制所流經(jīng)的流體流動(dòng)的開(kāi) /關(guān)閥(從加壓源向其供應(yīng)流體)的噴射器顯著不同。這樣的噴射器通過(guò)改變噴射器的打 開(kāi)時(shí)間來(lái)控制輸送的燃料量。本發(fā)明的噴射器沒(méi)有這種打開(kāi)時(shí)間變化，而是用作正排量泵 并且在每次操作中都泵送出設(shè)定體積的燃料。在圖3中示出了與圖1的噴射器19 一樣適用于所述操作的燃料噴射器的第二類(lèi) 型。在每次操作中噴射器19輸送設(shè)定量的燃料并且噴射器自身作為從其正排放一定體積 的燃料的泵，該體積在噴射器的每次操作中都保持恒定。噴射器19是簡(jiǎn)單的正排量泵，其 具有在氣缸中滑動(dòng)的作為固定排量單元工作的螺線(xiàn)管驅(qū)動(dòng)活塞，并具有兩個(gè)確保流體進(jìn)出 噴射器的正確流路的單向止回閥。該噴射器既用作泵送單元，又用作流量計(jì)量單元。每個(gè) 脈沖輸送的流動(dòng)體積是固定的幾何體積，而與橫過(guò)噴射器的差壓無(wú)關(guān)，這使得噴射器對(duì)進(jìn) 氣歧管的進(jìn)氣通道20中的壓力波動(dòng)不敏感。圖3的噴射器具有燃料進(jìn)入通道50，該燃料進(jìn)入通道50連接到燃料箱(未示出) 以在簡(jiǎn)單的重力供料結(jié)構(gòu)(未示出)下方接收燃料。彈簧加載的單向閥51控制燃料從進(jìn) 入通道50進(jìn)入噴射器的燃料室52的流動(dòng)。彈簧加載的單向閥53控制燃料流出燃料腔52 到達(dá)燃料出口管54的流動(dòng)，燃料可通過(guò)燃料出口管54輸送(直接或經(jīng)由通向遠(yuǎn)程噴灑噴 嘴的管道)至進(jìn)氣通道20中?；钊?5可滑動(dòng)地位于噴射器主體中。其受到偏壓彈簧56的作用并且被螺線(xiàn)管57 圍繞。端板58連接到活塞55并從活塞越過(guò)螺線(xiàn)管57的端面徑向向外延伸。螺線(xiàn)管57通 過(guò)線(xiàn)路26連接到ECU 23。從活塞55被偏壓彈簧56偏壓至其最低點(diǎn)(即，燃料室52的容積最大的點(diǎn))的狀態(tài)開(kāi)始，燃料室52裝有準(zhǔn)備噴射的燃料。然后螺線(xiàn)管57通電用于拉動(dòng)板58使其與螺線(xiàn)管 57接觸或近似接觸?；钊?5抵抗偏壓彈簧56的力向上運(yùn)動(dòng)而減小燃料室52的容積。這 導(dǎo)致了燃料從燃料室52正排放，單向閥53打開(kāi)以允許活塞55將燃料從燃料室52排出燃 料出口 54。一旦螺線(xiàn)管57斷電，偏壓彈簧56就向下推動(dòng)活塞55并推動(dòng)板58遠(yuǎn)離螺線(xiàn)管57。 活塞55的向下運(yùn)動(dòng)會(huì)使燃料室52的容積增大，其效果是單向閥53關(guān)閉而單向閥51打開(kāi)。 運(yùn)動(dòng)的活塞55將燃料從燃料入口 50抽入燃料室52以完全填充燃料室52而準(zhǔn)備燃料的下
一次配送。該噴射器構(gòu)成為使得活塞55在每次操作中具有設(shè)定的行進(jìn)距離。活塞55在兩個(gè) 終點(diǎn)止動(dòng)件之間運(yùn)動(dòng)。這樣，在噴射器的每次操作中，活塞55排出設(shè)定量的燃料并且設(shè)定 量的燃料被配送出燃料出口 54。噴射器配送的燃料量在每次操作中都是恒定的。通常噴射器配送的燃料的固定體積一般介于0. 1μ 1與1μ 1之間，但通常小于 0. 5μ 1。噴射器通常能夠以從300Hz到IKHz以上，優(yōu)選介于IKHz與2KHz之間的頻率操作。 這樣的體積和操作頻率適用于小型發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)上的多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)容量。圖3的噴射器的操作原理是對(duì)于每個(gè)致動(dòng)脈沖輸送幾何固定體積的流體。由于不 同容量和功率輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)具有不同的燃料消耗率，所以必須使脈沖體積優(yōu)化至最適合 個(gè)體發(fā)動(dòng)機(jī)。為了大量地從而以盡可能最低的成本制造圖3的噴射器，有利的是使噴射器的尺 寸適合寬范圍的不同尺寸的發(fā)動(dòng)機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，在制造期間可以通過(guò)墊片附件容易地 調(diào)節(jié)噴射器的活塞沖程，從而使每個(gè)噴射器的具體應(yīng)用具有期望的脈沖體積。圖3表示沒(méi)有墊片從而導(dǎo)致活塞55在每個(gè)脈沖為最大可能沖程的噴射器。圖4 中示出了裝配有墊片59的相同噴射器。通過(guò)使用墊片59，減小了活塞55的沖程，從而允許 針對(duì)容量較小的發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化噴射器。噴射器的輸送體積對(duì)于其操作期間的每次致動(dòng)仍然幾 何固定并且可重復(fù)。關(guān)鍵特征在于，噴射器的排量始終是恒定幾何體積，以確保在發(fā)動(dòng)機(jī)上使用時(shí)的 燃料輸送精度。但是墊片的使用允許成本經(jīng)濟(jì)地大量制造基本相同的噴射器單元，所述噴 射器單元可在制造的最后階段容易地構(gòu)造成適合寬范圍的發(fā)動(dòng)機(jī)。圖5表示根據(jù)本發(fā)明的噴射器的第四實(shí)施方式。與圖3和圖4的實(shí)施方式相同， 該噴射器包括可在偏壓彈簧501和螺線(xiàn)管502的作用下運(yùn)動(dòng)的活塞500?；钊?00可滑動(dòng) 至燃料室503中。單向進(jìn)氣門(mén)504允許燃料從燃料入口 505抽入燃料室503，但是防止燃料 從燃料室503排放至燃料入口 505。單向出口閥506允許燃料從燃料室503排放至燃料出 口 507，但是防止燃料從燃料出口 507吸入燃料室503。與圖3和圖4的實(shí)施方式不同，圖5的噴射器使用彈簧501迫使活塞500將燃料 從燃料室503排放至燃料出口 507，并且使用螺線(xiàn)管502使活塞運(yùn)動(dòng)而將燃料吸入燃料室 503 (這與圖3和圖4的實(shí)施方式顛倒)?；钊?00具有從活塞500越過(guò)螺線(xiàn)管502的端面 徑向向外延伸的端板508。燃料排放體積、彈簧剛度等與上述相同或相似。圖6表示圖5的實(shí)施方式的修改例，其中在燃料室503中設(shè)置墊片509以限制活 塞500的位移，從而設(shè)定噴射器的每次操作中配送的燃料量。墊片509具有貫通的孔徑以 允許燃料室503與單向出口閥506和燃料出口 507連通。如上所述，墊片的使用允許這樣
13的制造過(guò)程，其中通過(guò)選擇適當(dāng)尺寸的墊片而制造具有不同燃料輸出體積的基本相同的噴 射器單元。在圖4和圖6中，示出的墊片59、509固定至噴射器的殼體，然而一墊片可代替所 示的墊片59、509或者另外裝配至活塞55、500。圖7表示噴射器700，其具有護(hù)鐵703和位于螺線(xiàn)管702中央的活塞701。護(hù)鐵 703設(shè)計(jì)成引導(dǎo)圍繞螺線(xiàn)管繞組的磁通流。在螺線(xiàn)管702通電時(shí)，活塞701被拉動(dòng)成與護(hù)鐵 703接合。在螺線(xiàn)管斷電時(shí)，活塞彈簧704將活塞701推離護(hù)鐵703。燃料入口止回閥705 位于穿過(guò)活塞701的燃料通道中。燃料通道允許燃料穿過(guò)活塞流動(dòng)至燃料室706。燃料從 燃料室706經(jīng)由出口止回閥708配送至燃料出口 707。在圖7的噴射器中有利的是，活塞 701的運(yùn)動(dòng)有助于入口止回閥705的操作，如圖8a至8d所示。圖8a表示處于其底部停止 位置的活塞701。止回閥705中的球的質(zhì)量幫助其自身彈簧關(guān)閉入口止回閥705，從而密封 燃料室706。當(dāng)螺線(xiàn)管線(xiàn)圈702通電時(shí)，如圖8b所示，活塞701被在護(hù)鐵703中流動(dòng)的磁通拉 起。在該運(yùn)動(dòng)中，入口止回球的慣性推動(dòng)該球使其與其球座牢固接觸，這確保了入口閥705 的緊密密封從而確保了所有從燃料室706排出的流體都通過(guò)出口止回閥708流出。當(dāng)活塞 701到達(dá)其上位置時(shí)，如圖8c所示，燃料的脈沖體積已經(jīng)排出，活塞701會(huì)由于其終點(diǎn)止動(dòng) 件而迅速止動(dòng)。然而入口止回閥705的球會(huì)由于其自身動(dòng)量而繼續(xù)向上從而會(huì)打開(kāi)入口止 回閥75。此時(shí)螺線(xiàn)管702斷電并且活塞彈簧704向下推動(dòng)活塞701。如圖8d所示，活塞701被其彈簧驅(qū)動(dòng)而向下運(yùn)動(dòng)。入口止回閥705的球由于其質(zhì) 量慣性以及燃料流的作用力而滯后，并且在該狀態(tài)下會(huì)由于活塞701繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)而允許 流體容易地流入并補(bǔ)充燃料室706。當(dāng)活塞701到達(dá)其下止動(dòng)件時(shí)，會(huì)再次迅速停止，而入口止回閥705的球會(huì)由于其 動(dòng)量而被推動(dòng)成再次與其球座接觸，如圖8a所示。以這種方式，通過(guò)活塞701的運(yùn)動(dòng)而協(xié)助入口止回閥705打開(kāi)和關(guān)閉。這允許噴 射器以比其它情況下可能的更高的頻率被驅(qū)動(dòng)。圖9表示圖7和圖8a至8d的噴射器的更詳細(xì)的剖視圖?？梢钥吹饺肟谥够亻y 705包括球710和彈簧711。入口止回閥705的彈簧711的彈簧剛度通常在0. 4N/mm到1.75N/mm的范圍內(nèi) 選擇，以允許止回球在吸入沖程期間從其球座升起，活塞位移通常為50到150 μ m，例如 100 μ m。在圖11中示出的入口止回閥705包括球710和彈簧711?？梢栽跊](méi)有止回閥彈簧的情況下使入口止回閥位于活塞中的燃料通道內(nèi)，如圖 IOa至IOd以及圖12所示。入口止回閥7000包括(見(jiàn)圖12)可在保持架7002中運(yùn)動(dòng)的球 7001。保持架7002允許燃料流動(dòng)，但是將球7001擋在適當(dāng)位置。閥7000的功能與如上對(duì) 于閥705所述的完全一樣，但是依賴(lài)球7001的質(zhì)量慣性作為打開(kāi)和關(guān)閉閥7000的唯一手 段。這可以在圖IOa至IOd中看到，其中球運(yùn)動(dòng)和活塞運(yùn)動(dòng)由箭頭表示，流體流動(dòng)方向也是 如此。在圖IOa中，球7001的運(yùn)動(dòng)迫使閥關(guān)閉。在圖IOb中，在活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)球7001的 質(zhì)量慣性使球遠(yuǎn)離閥座升起(橫過(guò)閥的流體壓差也起作用)。在圖IOd中可以看到，保持架 7002在活塞向下運(yùn)動(dòng)期間阻止球7001從其閥座運(yùn)動(dòng)過(guò)遠(yuǎn)。使用沒(méi)有彈簧的閥降低了成本 和組裝時(shí)間?？梢允褂帽P(pán)代替球，這在圖13中示出，其中盤(pán)可在保持架7011中運(yùn)動(dòng)(該閥將以如上針對(duì)閥7000所述的方式工作)。盤(pán)的使用可減小截留在閥上方的貫穿活塞的流體 通道中的流體體積并且使該結(jié)構(gòu)更不易截留氣體。本發(fā)明的噴射器的控制與現(xiàn)有技術(shù)的噴射器的控制有很大不同，如圖14、15和圖 16a至16d所示。在圖14中可以看到用于控制現(xiàn)有技術(shù)噴射器的控制信號(hào)的圖示。所用的操作模 式稱(chēng)為脈寬調(diào)制控制。在實(shí)線(xiàn)中可以看到所選寬度的脈沖，這對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)燃料噴射器的打 開(kāi)持續(xù)時(shí)間。虛線(xiàn)表示其它較大的脈寬，即，傳統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)噴射器的較長(zhǎng)的打開(kāi)持續(xù)時(shí)間。 利用設(shè)定的供應(yīng)壓力，脈寬控制使得準(zhǔn)確地控制由燃料噴射器輸送的燃料量。前進(jìn)到圖15，圖15圖示出由E⑶23產(chǎn)生以控制本發(fā)明的燃料噴射器19的控制 信號(hào)。使用稱(chēng)為脈沖計(jì)數(shù)噴射的控制形式取代脈寬調(diào)制。在實(shí)線(xiàn)中可以看到六個(gè)不同的脈 沖。這些是用于發(fā)動(dòng)機(jī)操作的單個(gè)循環(huán)的脈沖，即，用于燃燒室13中單次燃燒的填充燃料 輸送的脈沖。每個(gè)脈沖代表噴射器19的一次操作。如上所述，因?yàn)閲娚淦?9在每次操作 中輸送設(shè)定量的燃料，所以通過(guò)控制用于具體發(fā)動(dòng)機(jī)操作循環(huán)的噴射器操作次數(shù)來(lái)控制用 于燃燒的燃料輸送總量。在實(shí)線(xiàn)所示的情況下，噴射器19操作六次來(lái)輸送與噴射器在每次 操作中的設(shè)定輸送量的六倍相等的燃料總量。該燃料輸送到進(jìn)氣通道20中，用于與空氣混 合而輸送至燃燒室13中。在進(jìn)氣門(mén)18關(guān)閉的同時(shí)進(jìn)行噴射器19的第一次操作，但在噴射 器19的最后一次操作時(shí)閥也會(huì)是打開(kāi)或至少開(kāi)始打開(kāi)。在圖15中，虛線(xiàn)脈沖表示在操作循環(huán)中可通過(guò)更多次數(shù)地操作噴射器來(lái)輸送更 大量的燃料。圖15示出的可行脈沖計(jì)數(shù)總數(shù)為10個(gè)脈沖，提供了 10倍于噴射器在每次操 作中的設(shè)定輸送量的燃料輸送總量。在圖16a至16e中給出了更多的細(xì)節(jié)。圖16a表示由E⑶23在線(xiàn)路24上接收到 的凸輪軸信號(hào)或曲軸信號(hào)。信號(hào)中示出的脈沖指示曲軸或凸輪軸的旋轉(zhuǎn)位置?？梢钥吹?， ECU 23對(duì)在其產(chǎn)生的控制信號(hào)中的自身脈沖定時(shí)，使其與圖16a所示的定時(shí)信號(hào)中的脈沖 同步。實(shí)際上，正是圖16a的定時(shí)信號(hào)中的脈沖觸發(fā)ECU 23以產(chǎn)生其自身控制脈沖，如圖 16b至16e所示?；蛘呖衫妹恳话l(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)來(lái)自曲軸或凸輪軸傳感器的僅一個(gè)定時(shí)脈沖 在ECU 23的內(nèi)部產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)的脈沖。圖16b表示滿(mǎn)負(fù)載操作。因此，在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)(在圖中的點(diǎn)劃線(xiàn)之間發(fā)生一 個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán))中，ECU產(chǎn)生圖16b所示的控制信號(hào)，該控制信號(hào)包括操作噴射器19十三 次的十三個(gè)脈沖。這代表可輸送而在燃燒室13中燃燒的燃料的最大量。圖16c表示針對(duì)部分負(fù)載操作在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中產(chǎn)生的控制信號(hào)。在該情況 下，每個(gè)循環(huán)中的控制信號(hào)包括在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中操作噴射器19七次的七個(gè)脈沖。因 此，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中輸送的燃料量是在滿(mǎn)負(fù)載操作中輸送的總?cè)剂狭康?/13。圖16d表示在空轉(zhuǎn)操作中，即在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中輸送最少量燃料時(shí)ECU產(chǎn)生的 控制信號(hào)。圖16d表示在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中僅操作噴射器19四次。最后，圖16e表示發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的例外情況，其中在燃燒室13中輸送過(guò)濃的燃料空 氣混合物以能夠起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。針對(duì)每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)示出了十七個(gè)脈沖計(jì)數(shù)，這意味著在起 動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中操作噴射器19十七次。輸送的總?cè)剂鲜菄娚淦髟诿看尾?作時(shí)的設(shè)定輸送量的十七倍。應(yīng)理解，上述發(fā)動(dòng)機(jī)不需要單獨(dú)的燃料泵和調(diào)壓器并大大簡(jiǎn)化了 ECU的功能。該燃料噴射系統(tǒng)包括對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中的期望燃料脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)以使發(fā)動(dòng)機(jī)正確操作的簡(jiǎn)單控 制系統(tǒng)。雖然其不具有現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的控制程度(即，燃料輸送總體積不能在一范 圍內(nèi)連續(xù)變化，而僅能以設(shè)定間隔或設(shè)定量變化)，但這對(duì)于諸如在割草機(jī)中使用的簡(jiǎn)單發(fā) 動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了。換言之，脈沖計(jì)數(shù)噴射可實(shí)現(xiàn)的控制對(duì)于輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量進(jìn) 行較粗略的控制，但這對(duì)于所涉及的簡(jiǎn)單發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)足夠了。如上所述，從噴射器輸送的燃料可通到簡(jiǎn)單的平坦孔口或噴嘴(見(jiàn)圖2)或者可穿 過(guò)諸如壓力噴嘴的霧化裝置(下面參照?qǐng)D17、18、19、20至20(1和21&至21(1描述)或者靜 電充電單元(如圖2所示)。噴射器(或脈沖單元)可緊密接合到霧化單元或位于發(fā)動(dòng)機(jī) 上離開(kāi)一段距離的其它地方(即，圖3的實(shí)施方式可具有通向距所示噴射器一段距離的配 送噴嘴的燃料出口)。燃料噴射器輸送的燃料體積在一定程度上取決于發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸和發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件 的范圍。通常，噴射器的輸送介于0.05mm3與0.8mm3每脈沖之間。如果假設(shè)在0. Olmm3 到0. 5mm3每脈沖的范圍，那么通常在每一發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中輸送的總體積將介于0. 5mm3與 10. Omm3之間。如果這樣，那么正確的發(fā)動(dòng)機(jī)操作所需的脈沖數(shù)量對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)來(lái)說(shuō)將 從每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)五個(gè)脈沖到十個(gè)脈沖不等，對(duì)于滿(mǎn)負(fù)載操作將從每個(gè)循環(huán)二十個(gè)脈沖到 五十個(gè)脈沖不等。由于噴射器控制自身供應(yīng)的燃料量，因此不需要控制燃料供應(yīng)壓力，這意味著可 經(jīng)由重力供料系統(tǒng)將燃料直接供給到噴射器，而不會(huì)由于燃料水平降低時(shí)燃料壓差引起的 壓力變化而產(chǎn)生問(wèn)題?；蛘?，可使用簡(jiǎn)單的低壓燃料泵，如經(jīng)常與汽化器一起使用的那樣。 唯一的要求是向噴射器輸送足夠的燃料，從而燃料可自身再填充以用于下一脈沖。在每個(gè)循環(huán)中(二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中每?jī)蓚€(gè)沖程或者四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中每四個(gè)沖程)輸 送至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料總量確定為在噴射器的每次操作中配送的燃料體積與該循環(huán)中操作噴 射器的次數(shù)之積。發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)可簡(jiǎn)單構(gòu)造成根據(jù)傳感器所測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)所需的負(fù)載 需求而在其控制信號(hào)中輸送不同數(shù)量的脈沖。因此非常簡(jiǎn)單的電子控制單元可僅由幾個(gè) I.e.芯片構(gòu)成，I. C.芯片將傳感器(例如節(jié)流位置電位計(jì))測(cè)得的節(jié)流位置與為該節(jié)流位 置賦予所需數(shù)量的脈沖計(jì)數(shù)的查詢(xún)表做比較，然后ECU產(chǎn)生由線(xiàn)路24上的定時(shí)信號(hào)觸發(fā)的 脈沖，并對(duì)脈沖數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)直到達(dá)到恰當(dāng)?shù)拿}沖數(shù)量。然后脈沖噴射器被切斷直到下一 發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)。轉(zhuǎn)到圖17，示出了內(nèi)燃機(jī)的節(jié)氣門(mén)體202。節(jié)氣門(mén)體202包括圖1中的進(jìn)氣通道 20的進(jìn)氣通道部分200。進(jìn)氣通道部分200在一端204經(jīng)由進(jìn)氣門(mén)18與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室13 連通，在另一端206通常經(jīng)由空氣過(guò)濾器(未示出)與大氣連通。節(jié)氣門(mén)21位于進(jìn)氣通道 部分200內(nèi)，并且在節(jié)氣門(mén)21的下游，在節(jié)氣門(mén)21與進(jìn)氣門(mén)18之間具有在圖3至圖13中 示出的前述類(lèi)型的燃料噴射器19。在圖17的結(jié)構(gòu)中，從燃料室52配送的燃料配送至燃料出口 214，燃料出口 214在 圖13的實(shí)施方式中包括混合室218和霧化噴嘴214。為了有助于產(chǎn)生在燃燒室中引燃時(shí) 迅速燃燒的燃料和充入空氣的混合物，燃料必須與充入空氣有效混合。傳統(tǒng)的汽化器和 燃料噴射器通過(guò)在噴射器噴嘴的端部具有多個(gè)孔以形成從噴嘴到充入空氣中的細(xì)微燃料 噴霧而實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)。本發(fā)明的霧化噴嘴214是音速?lài)娮?在本領(lǐng)域也公知為臨界流文丘里 (venture)噴嘴或臨界流噴嘴)。霧化噴嘴也可以是鼓風(fēng)噴嘴。
音速?lài)娮斐３Ｓ米髁黧w流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)橹灰獧M過(guò)它們的壓差超過(guò)預(yù)定閾值，它們 就提供恒定的體積流速。圖18中示出了音速?lài)娮斓氖疽鈭D。該噴嘴包括文丘里管350，其 內(nèi)徑變窄以提供喉管。文丘里喉管的上游352的流體處于比文丘里喉管的下游354更高的 壓力下。流入噴嘴的流體在狹窄的喉管區(qū)域中加速。流體在喉管中的速度接近音速。一旦 實(shí)現(xiàn)該條件，穿過(guò)音速?lài)娮斓牧魉倬蜁?huì)保持恒定，即使下游壓力明顯變化也是如此，當(dāng)然這 是假設(shè)橫過(guò)噴嘴的壓差繼續(xù)超過(guò)預(yù)定閾值。因此在當(dāng)前情況下，實(shí)現(xiàn)進(jìn)入到充入空氣中的 恒定燃料流速。應(yīng)指出，只要下游壓力保持小于上游壓力的大約85% _90%，音速?lài)娮炀蜁?huì) 提供與下游壓力突然改變無(wú)關(guān)的恒定流速。在本發(fā)明中，穿過(guò)音速?lài)娮?14的燃料通道有助于將燃料配送至充入空氣中。實(shí) 際上，因?yàn)榇┻^(guò)喉管302的燃料速度接近音速，所以噴嘴214用作將液體燃料分解為細(xì)小顆 粒霧的高效霧化器。通常，充入空氣中的燃料噴霧越細(xì)，實(shí)現(xiàn)的燃燒過(guò)程越好。雖然不好理 解音速?lài)娮煸陟F化燃料時(shí)的準(zhǔn)確操作，但認(rèn)為在音速?lài)娮斓母咚賲^(qū)域中穿過(guò)沖擊波的液體 燃料通道在液體表面上產(chǎn)生了非常高的切應(yīng)力并且在液體內(nèi)產(chǎn)生了空泡，這兩個(gè)過(guò)程都導(dǎo) 致燃料非常細(xì)微的霧化并配送至充入空氣中?；旌鲜?18位于出口止回閥53與噴嘴226之間。在圖17和圖19的放大圖中可 以看到，節(jié)氣門(mén)體202還包括空氣旁路通道240，這構(gòu)成了與混合室218和其中空氣處于大 氣壓下的區(qū)域都連通的通道。噴射器19配送的燃料穿過(guò)混合室218接著穿過(guò)音速?lài)娮?26。而且進(jìn)氣通道200 中的低壓通過(guò)空氣旁路240吸入空氣。從而空氣流動(dòng)穿過(guò)空氣旁路管240并將噴射器19 配送的燃料帶入混合室218中?？諝馀月?40中的空氣比進(jìn)氣通道200中的空氣壓力高， 因此在燃料從噴嘴214配送時(shí)，其被夾帶在來(lái)自通道240的空氣流中經(jīng)由音速?lài)娮?14進(jìn) 入進(jìn)氣通道200。這使得配送的燃料霧化。圖20a至20d表示用于噴口燃料噴射器的“空氣輔助，，音速霧化器在用于發(fā)動(dòng)機(jī) 的兩個(gè)不同負(fù)載狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中的操作。噴射器19輸送燃料并控制燃料量。進(jìn)氣口中的空氣運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生霧化效果。這允許 各個(gè)過(guò)程完全優(yōu)化以利用最少的能量實(shí)現(xiàn)最大的效果。在圖20a和20c中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門(mén)18關(guān)閉時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間將燃料引入混 合室218。在這些情況下(無(wú)論發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載如何)空氣很少運(yùn)動(dòng)，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)期內(nèi) 輸送的燃料將聚積在該混合室中。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門(mén)18打開(kāi)時(shí)，空氣通過(guò)進(jìn)氣口吸入燃燒室 13。在圖20a和20b所示的部分負(fù)載情況下，節(jié)氣門(mén)21部分關(guān)閉并且空氣流將產(chǎn)生橫過(guò)節(jié) 氣門(mén)21的壓差。在圖20c和20d所示的滿(mǎn)負(fù)載(節(jié)氣門(mén)敞開(kāi))情況下，此時(shí)的空氣速度在 文丘里喉管302中產(chǎn)生壓降。對(duì)于混合室中聚集的燃料體積，流動(dòng)通過(guò)旁路通道240的空氣開(kāi)始引起燃料泡 騰，當(dāng)空氣流和帶入的燃料在音速?lài)娮?14中速度增加(由于截面積減小)時(shí)，產(chǎn)生了大的 剪力，導(dǎo)致燃料在吹入進(jìn)氣口時(shí)發(fā)生很好的霧化。該過(guò)程不僅產(chǎn)生霧化良好的燃料噴霧，而且具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，其定時(shí)與進(jìn)氣門(mén) 18打開(kāi)一致，從而燃料直接吸入燃燒室13而不會(huì)淀積在進(jìn)氣口的壁上。而且該定時(shí)效果允 許發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的其余部分對(duì)進(jìn)入混合室218的燃料進(jìn)行計(jì)量，從而允許使用低壓噴射器， 而不具有其固有的由于霧化不良燃料而引起問(wèn)題的霧化不足。
這樣，以最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)定時(shí)利用最少的能量輸送霧化得非常好的燃料。進(jìn)氣口中的改進(jìn)的燃料霧化改善了燃料空氣混合，因此改善了發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒過(guò) 程，這降低了排放并降低了燃料消耗，而且小型發(fā)動(dòng)機(jī)更容易起動(dòng)?？諝馀月?40不限于供應(yīng)空氣，而是可以可選地連接到氣體源以提供有助于霧化 或燃燒的替代氣體。另一可用氣體的這樣一個(gè)實(shí)施例是來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣(即，排氣再循 環(huán))。音速?lài)娮?14可包括例如如圖21a至21d所示那樣的不同形狀的孔口。當(dāng)垂直于 流動(dòng)方向獲取截面時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)音速?lài)娮斓目卓跒閳A形，如圖21a所示。噴嘴孔口的可選形狀包 括如圖21b所示的線(xiàn)性延伸的孔口，如圖21c所示的十字形或者如圖21d所示的較小圓孔 口的簇。圖22表示根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的另一實(shí)施方式，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有電子控制的機(jī)械 動(dòng)力噴射器，而不是如前所述的電子動(dòng)力噴射器。在圖22中可以看到內(nèi)燃機(jī)80，其包括氣缸81，在氣缸81中活塞82往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并 且在氣缸81和活塞82之間限定有燃燒室83?；钊?2通過(guò)連桿84連接到曲軸85，曲軸85 又連接到具有凸輪的凸輪軸(未示出)，凸輪通過(guò)它們的凸輪作用而操作兩個(gè)提升閥87和 88。提升閥87和88是發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門(mén)和進(jìn)氣門(mén)。這些閥與活塞82和氣缸81成時(shí)間關(guān)系 地打開(kāi)和關(guān)閉。設(shè)置復(fù)位彈簧(未示出)以將提升閥87和88偏壓至它們的閥座中。發(fā)動(dòng) 機(jī)80是簡(jiǎn)單發(fā)動(dòng)機(jī)，例如割草機(jī)或其它園藝設(shè)備的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)80具有燃料噴射 系統(tǒng)，該燃料噴射系統(tǒng)包括布置成將燃料輸送至進(jìn)氣門(mén)88上游的進(jìn)氣通道89中的燃料噴 射器90。在進(jìn)氣通道89中放置節(jié)氣門(mén)91以節(jié)流燃燒室83中的充入空氣流。一傳感器連 接到節(jié)氣門(mén)91并產(chǎn)生指示節(jié)氣門(mén)91的位置的信號(hào)，該信號(hào)作為電子信號(hào)供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)控 制單元92。圖22的燃料噴射系統(tǒng)包括設(shè)置在輪94的周面上的凸輪面93，輪94安裝在曲軸85 上并與其一起旋轉(zhuǎn)。燃料噴射器96通過(guò)凸輪面93驅(qū)動(dòng)并且在圖23中更加詳細(xì)地示出。在圖23中可以看到，燃料噴射器96包括燃料入口 97，燃料入口 97接收通過(guò)重力 供料系統(tǒng)(未示出)從燃料箱(未示出)向其供應(yīng)的燃料。燃料可從燃料入口 97進(jìn)入燃 料室98，由第一彈簧加載的單向閥99控制燃料流動(dòng)。第二彈簧加載的單向閥100控制燃料 流出燃料室98至燃料出口 101。燃料出口 101通過(guò)燃料管路120 (見(jiàn)圖22)連接到輸送噴 嘴和霧化器90。活塞102可滑動(dòng)地安裝在噴射器96的殼體123中并且可在燃料室98中滑動(dòng)?；?塞102具有凸輪從動(dòng)件103，凸輪從動(dòng)件103是可旋轉(zhuǎn)地安裝在活塞102的一端處的滾子從 動(dòng)件。滾子從動(dòng)件103與凸輪面93接合并與該凸輪面93 (見(jiàn)圖22)隨動(dòng)。活塞102并因 此滾子從動(dòng)件103被偏壓彈簧104偏壓成與凸輪面93接合，偏壓彈簧104作用在噴射器的 主體103與設(shè)置成從活塞102徑向向外延伸的肩部105之間。而且在噴射器96中設(shè)置控制螺線(xiàn)管106，該控制螺線(xiàn)管106通過(guò)在線(xiàn)路107上提 供的信號(hào)進(jìn)行電子控制，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元92的控制信號(hào)沿著線(xiàn)路107經(jīng)過(guò)。螺線(xiàn)管 106可作用在超越樞軸(over-ride pintle) 108上，該超越樞軸108包括穿過(guò)螺線(xiàn)管106延 伸的桿113和越過(guò)控制螺線(xiàn)管106的一端從桿113徑向向外延伸的盤(pán)109。在噴射器的操作中(從其中活塞102占據(jù)使燃料室98具有最大容積的位置開(kāi)始，并假設(shè)燃料室98充滿(mǎn)新鮮燃料裝料)，活塞102會(huì)在凸輪面93的作用下被推入室98中。 因此活塞102會(huì)將燃料從室98排出，燃料將流出燃料出口 101，單向閥100打開(kāi)以允許從燃 料室98配送燃料，同時(shí)單向閥99相對(duì)于燃料室98密封燃料入口 97。被迫流出燃料室98 的燃料沿著燃料管120傳送到輸送噴嘴90而作為噴霧輸送至進(jìn)氣通道89中。隨后，活塞 102 (與凸輪面93的輪廓隨動(dòng)且在偏壓彈簧104的作用下)運(yùn)動(dòng)而使燃料室98的容積增 大。其效果是關(guān)閉單向閥100同時(shí)打開(kāi)單向閥99。然后燃料將從燃料入口 97吸入燃料室 98直到達(dá)到最大的燃料體積，于是再次開(kāi)始所述過(guò)程。在圖24中可以看到，噴射器96與凸輪面93相互作用，并且可清楚地看到凸輪面 93包括由例如基圓區(qū)域111的基圓區(qū)域分開(kāi)的諸如脈沖波瓣110的脈沖波瓣，脈沖波瓣通 常具有半徑比基圓大0. 1到0. 5mm的波峰。在圖10中看到，輪94具有總共二十個(gè)脈沖波 瓣以及半徑恒定的部分112。當(dāng)滾子從動(dòng)件103與部分112接合時(shí)，脈沖噴射器96停用。如果控制螺線(xiàn)管107在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中保持停用，那么凸輪面上的各個(gè)脈沖波 瓣(例如脈沖波瓣110)會(huì)致使從脈沖噴射器96配送一定量的燃料。在輪94的每次周轉(zhuǎn) 中噴射器96配送二十個(gè)單獨(dú)的燃料脈沖。應(yīng)理解，每個(gè)脈沖波瓣110具有相對(duì)于基圓的高 度，該高度與所有其它脈沖波瓣的相同，從而活塞102在每次操作中移動(dòng)設(shè)定量，使得在噴 射器96的每次操作中由噴射器96配送的燃料量都相同，即，噴射器96的每次燃料配送都 相同。輪94的每一轉(zhuǎn)操作噴射器96 二十次代表在每個(gè)操作循環(huán)中發(fā)動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)的最大燃 料體積輸送，這種情況例如用于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)?？刂坡菥€(xiàn)管107能夠控制噴射器96。在螺線(xiàn)管106通電時(shí)，樞軸108會(huì)與單向閥 99接合并迫使其打開(kāi)且保持其打開(kāi)。當(dāng)單向閥99打開(kāi)時(shí)，活塞102的運(yùn)動(dòng)就僅致使將燃料 從燃料入口 97吸入室98，然后將燃料從室98排回燃料入口 97。沒(méi)有燃料從室98經(jīng)由單 向閥100排出。因此E⑶可控制噴射器96的操作并且可控制噴射器96輸送多少個(gè)燃料脈 沖，因此控制在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)(二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中每?jī)蓚€(gè)沖程或者四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中每四個(gè) 沖程)中輸送的燃料總量。在圖25中可以看到可用于圖22的發(fā)動(dòng)機(jī)中的噴射器150代替了圖示的噴射器 96。噴射器150包括燃料入口 151，燃料入口 151接收通過(guò)重力供料系統(tǒng)(未示出)從燃料 箱(未示出)向其供應(yīng)的燃料。燃料可從燃料入口 151進(jìn)入燃料室152，該燃料流動(dòng)由第一 彈簧加載的單向閥153控制。第二彈簧加載的單向閥157控制燃料流出燃料室152至燃料 出口 154。燃料出口 154通過(guò)圖22的燃料線(xiàn)路120連接到輸送噴嘴和霧化器90。彈性排量隔膜155密封燃料室152。隔膜155設(shè)有凸輪從動(dòng)件接觸墊156。接觸墊 156將與凸輪面接合并與該凸輪面(未示出)隨動(dòng)。接觸墊156在隔膜155的彈性作用下 被偏壓成與該凸輪面接觸。該凸輪面可在ECU 92的控制下改變性質(zhì)從而向接觸墊156輸 送數(shù)量可變的脈沖。這例如通過(guò)與凸輪94并排安裝第二控制輪95而實(shí)現(xiàn)，該第二控制輪 95可與凸輪94 一起旋轉(zhuǎn)，而且可在E⑶的控制下相對(duì)于凸輪94旋轉(zhuǎn)。圖26中示出了凸輪 94和控制輪95的該結(jié)構(gòu)?？刂戚?5具有第一扇區(qū)95a和第二扇區(qū)95b，第一扇區(qū)95a具 有半徑恒定的外周，該半徑等于距凸輪94的每個(gè)波瓣110的波峰的徑向距離，第二扇區(qū)95b 具有半徑恒定的外周，該半徑等于距凸輪111的每個(gè)基圓區(qū)域111底部的徑向距離。在一 個(gè)極端情況下，控制輪95的第二扇區(qū)95b與凸輪94的所有波瓣和基圓部分對(duì)齊，從而它們 在使隔膜155變位方面都起作用。因而，當(dāng)控制輪95和凸輪94相對(duì)彼此旋轉(zhuǎn)時(shí)，控制輪的第一扇區(qū)95a與一部分凸輪波瓣110和基圓部分111對(duì)齊，從而由于控制輪95的較大徑向 高度“覆蓋” 了凸輪94的基圓部分111而使這部分凸輪波瓣和基圓部分“禁用”。在噴射器150的操作中(從其中隔膜155占據(jù)使燃料室152具有其最大容積的位 置開(kāi)始，并假設(shè)燃料室152充滿(mǎn)新鮮燃料裝料)，隔膜會(huì)在凸輪110的作用下?lián)锨詼p小燃 料室152的容積，從而將燃料從室152排出而流出燃料出口 154，單向閥157打開(kāi)以允許從 燃料室152配送燃料，同時(shí)單向閥153相對(duì)于燃料室152密封燃料入口 151。被迫流出燃料 室152的燃料將沿著燃料管120傳送到輸送噴嘴90而作為噴霧輸送至進(jìn)氣通道中。隨后， 隔膜155(與凸輪面的輪廓隨動(dòng)且由于其自身彈性)撓曲而使燃料室152的容積增大。其 效果是關(guān)閉單向閥157同時(shí)打開(kāi)單向閥153。然后燃料將從燃料線(xiàn)路151吸入燃料室152 直到達(dá)到最大體積，這時(shí)再次開(kāi)始所述過(guò)程。在發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)操作循環(huán)中，隔膜155通過(guò)在該循環(huán)中可操作的每個(gè)凸輪波瓣撓 曲以將燃料從燃料室152排出，凸輪波瓣的可操作數(shù)量例如通過(guò)使上述控制輪相對(duì)于凸輪 旋轉(zhuǎn)而由E⑶選擇。與圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，圖22的發(fā)動(dòng)機(jī)不需要加壓燃料供應(yīng)的高壓泵或者控制供應(yīng) 燃料壓力的壓力調(diào)壓器。發(fā)動(dòng)機(jī)也不需要先進(jìn)的ECU來(lái)控制燃料噴射器的操作。取而代之 的是，ECU可由簡(jiǎn)單的I.C.芯片構(gòu)成，這些芯片共同選擇用于給定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載(由發(fā)動(dòng)機(jī) 負(fù)載傳感器91感測(cè))的適當(dāng)脈沖數(shù)，然后在停用噴射器之前對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中輸送的脈沖數(shù) 進(jìn)行計(jì)數(shù)。對(duì)于圖22的發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至可以通過(guò)節(jié)氣門(mén)與噴射器96之間的一些連桿而布置用 于噴射器96的機(jī)械控制器。在上述發(fā)動(dòng)機(jī)的所有實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)工作氣缸僅使用單個(gè)噴射器。然 而，申請(qǐng)人構(gòu)想到每個(gè)工作氣缸可設(shè)有多個(gè)噴射器。這可具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，為了在每 個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中輸送給定量的燃料，每個(gè)個(gè)體噴射器的操作次數(shù)減少，這具有實(shí)際好處，因 為每個(gè)噴射器在使用中不需要以很快的速度操作。其次，如果用于具體工作氣缸的噴射 器構(gòu)成為使它們輸送彼此不同的燃料量，那么發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)可控制二者的操作，使得會(huì) 對(duì)每個(gè)工作循環(huán)中輸送的燃料量進(jìn)行“更精密”的控制。例如，如果發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有每個(gè)脈沖 噴射0. Imm3的單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，那么每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)噴射的總?cè)剂媳仨毷?. Imm3的倍數(shù)，即， 0. lmm3、0. 2mm3,0. 3mm3直到0. 5mm3。然而，如果發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有兩個(gè)噴射器，一個(gè)噴射0. Imm3的 脈沖而另一個(gè)噴射0. 05mm3的脈沖，那么發(fā)動(dòng)機(jī)在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中能夠輸送的燃料總量 可以是0. 05mm3、0. lmm3、0. 15mm3、0. 2mm3等等。實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)所利用的噴射器操作次數(shù)比工作氣 缸僅具有一脈沖能?chē)娚?. 05mm3的噴射器的情況下所必需的噴射器操作次數(shù)更少。
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權(quán)利要求
一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括可變?nèi)莘e的燃燒室；用于將充入空氣輸送至所述燃燒室的進(jìn)氣系統(tǒng)；用于將燃燒后的氣體從所述燃燒室傳送到大氣的排氣系統(tǒng)；以及用于將燃料輸送至所述充入空氣以與該充入空氣一起在所述燃燒室中燃燒的燃料噴射系統(tǒng)；其中所述燃料噴射系統(tǒng)包括多個(gè)燃料噴射器，每個(gè)燃料噴射器用作正排量泵，并配送對(duì)于該噴射器的每次操作固定的燃料量；所述多個(gè)燃料噴射器中的至少第一燃料噴射器配送與所述多個(gè)燃料噴射器中的第二燃料噴射器配送的第二設(shè)定量不同的第一設(shè)定量的燃料；以及控制器，該控制器控制所述多個(gè)燃料噴射器中的每一燃料噴射器的操作，其中在至少大部分發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的每一循環(huán)中，所述燃料噴射器被所述控制器操作多次；響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的增加，所述控制器通過(guò)增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作所述燃料噴射器的次數(shù)而增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量；并且響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的減少，所述控制器通過(guò)減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作所述燃料噴射器的次數(shù)而減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述燃料噴射器使用電能從其配送燃料，所述控 制器是產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)以控制所述/每個(gè)燃料噴射器的電子控制器，每個(gè)脈沖使所述/ 每個(gè)燃料噴射器配送燃料并且所述電子控制器改變每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的脈沖數(shù)以改變輸送 的燃料量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述/每個(gè)燃料噴射器包括壓電元件組，該 壓電元件組在長(zhǎng)度增加時(shí)迫使燃料流出所述燃料噴射器。
4.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述/每個(gè)燃料噴射器包括電線(xiàn)圈。
5.如權(quán)利要求3或4所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述/每個(gè)燃料噴射器包括在其中形成燃料 室的殼體，燃料從該燃料室被迫流出所述/每個(gè)燃料噴射器，所述/每個(gè)燃料噴射器具有用 于允許燃料進(jìn)入所述燃料室的燃料入口和燃料被迫從所述/每個(gè)燃料噴射器流出所經(jīng)由 的燃料出口，所述/每個(gè)燃料噴射器還具有第一單向閥，該第一單向閥允許燃料從所述燃 料入口流入所述燃料室，同時(shí)防止燃料從所述燃料室流回到所述燃料入口，所述/每個(gè)燃 料噴射器還具有第二單向閥，該第二單向閥允許燃料流出所述燃料室至所述燃料出口，同 時(shí)防止燃料從所述燃料出口回流到所述燃料室。
6.如權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，設(shè)置傳感器以監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載并向 所述電子控制器提供指示發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的信號(hào)，該電子控制器考慮該發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載而計(jì)算在每 個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中產(chǎn)生多少個(gè)脈沖。
7.如權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，一傳感器與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸或凸輪軸相關(guān)聯(lián)， 并產(chǎn)生與所述曲軸或凸輪軸的旋轉(zhuǎn)相關(guān)的定時(shí)信號(hào)，所述電子控制器使用該定時(shí)信號(hào)從而 觸發(fā)產(chǎn)生的脈沖。
8.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述/每個(gè)燃料噴射器被凸輪面機(jī)械驅(qū)動(dòng)，所述 /每個(gè)燃料噴射器包括被偏壓彈簧偏壓成與所述凸輪面接合并且可通過(guò)所述凸輪面變位以迫使燃料流出所述燃料噴射器的活塞，所述凸輪面包括多個(gè)凸輪波瓣，每個(gè)凸輪波瓣可在 每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間與所述活塞相互作用，并且所述控制器控制在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中這些 凸輪波瓣有多少個(gè)使所述活塞迫使燃料流出所述/每個(gè)燃料噴射器。
9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述/每個(gè)燃料噴射器包括具有燃料室和燃料出 口的本體，所述活塞迫使燃料通過(guò)所述燃料出口流出所述燃料室，所述/每個(gè)燃料噴射器 還具有燃料入口，燃料通過(guò)該燃料入口弓I入所述燃料室，所述/每個(gè)燃料噴射器還具有單 向入口閥和單向出口閥，所述單向入口閥可操作以允許燃料從所述燃料入口流入所述燃料 室，同時(shí)防止燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，所述單向出口閥可操作以允許燃 料流出所述燃料室至所述燃料出口，同時(shí)防止燃料從所述燃料出口回流到所述燃料室。
10.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述單向入口閥可被所述控制器禁用，并且在 禁用時(shí)允許燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，在第一單向閥被禁用時(shí)所述活塞的 運(yùn)動(dòng)僅用于將燃料從所述燃料入口吸入所述燃料室，然后將燃料排出所述燃料室而回到所 述燃料入口。
11.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述/每個(gè)燃料噴射器被凸輪面機(jī)械驅(qū)動(dòng)，所述 燃料噴射器包括可通過(guò)凸輪表面變位以迫使燃料流出所述燃料噴射器的柔性隔膜，所述凸 輪面包括多個(gè)凸輪波瓣，每個(gè)凸輪波瓣可在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間使所述隔膜撓曲，并且所述控 制器控制在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中這些凸輪波瓣有多少個(gè)使所述活塞迫使燃料流出所述/每 個(gè)燃料噴射器。
12.如權(quán)利要求11所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述/每個(gè)燃料噴射器包括具有燃料室和燃料 出口的本體，所述隔膜的撓曲迫使燃料通過(guò)所述燃料出口流出所述燃料室，所述/每個(gè)燃 料噴射器還具有燃料入口，燃料通過(guò)該燃料入口弓I入所述燃料室，所述/每個(gè)燃料噴射器 還具有單向入口閥和單向出口閥，所述單向入口閥可操作以允許燃料從所述燃料入口流入 所述燃料室，同時(shí)防止燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，所述單向出口閥可操作 以允許燃料流出所述燃料室至所述燃料出口，同時(shí)防止燃料從所述燃料出口回流到所述燃 料室。
13.如權(quán)利要求11或12所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，該內(nèi)燃機(jī)包括凸輪控制裝置，該凸輪控制 裝置能夠使所述凸輪面的一個(gè)或多個(gè)凸輪波瓣不可操作，所述控制器使用所述凸輪控制裝 置控制在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中有多少個(gè)凸輪波瓣使所述隔膜撓曲并迫使燃料流出所述燃料 噴射器。
14.一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括可變?nèi)莘e的燃燒室；用于將充入空氣輸送至所述燃燒室的進(jìn)氣系統(tǒng)；用于將充入空氣輸送至所述燃燒室的排氣系統(tǒng)；用于將燃燒后的氣體從所述燃燒室傳送到大氣的排氣系統(tǒng)；以及用于將燃料輸送至所述充入空氣以與該充入空氣一起在所述燃燒室中燃燒的燃料噴 射系統(tǒng)；其中所述燃料噴射系統(tǒng)包括多個(gè)燃料噴射器，每個(gè)燃料噴射器用作正排量泵，并配送對(duì)于該噴射器的每次操作固 定的燃料量，所述多個(gè)燃料噴射器中的至少第一燃料噴射器配送與所述多個(gè)燃料噴射器中的第二燃料噴射器配送的第二設(shè)定量不同的第一設(shè)定量的燃料；以及控制器，該控制器控制所述多個(gè)燃料噴射器中的每一燃料噴射器的操作，其中 在至少大部分發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的每一循環(huán)中，所述燃料噴射器被所述控制器操作多次； 響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的增加，所述控制器通過(guò)增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作所述 燃料噴射器的次數(shù)而增加每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量；響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的減少，所述控制器通過(guò)減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作所述 燃料噴射器的次數(shù)而減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量；每個(gè)燃料噴射器被凸輪面機(jī)械驅(qū)動(dòng)，每個(gè)燃料噴射器包括通過(guò)偏壓彈簧作用并且可 通過(guò)所述凸輪面變位的活塞，該活塞沿一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)將燃料吸入所述燃料噴射器的燃料 室，該活塞沿另一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)迫使燃料流出所述燃料室，所述凸輪面包括多個(gè)凸輪波瓣， 每個(gè)凸輪波瓣可在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間驅(qū)動(dòng)所述活塞，并且所述控制器控制在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī) 循環(huán)中有多少個(gè)所述凸輪波瓣使所述活塞迫使燃料流出各個(gè)燃料噴射器；每個(gè)燃料噴射器包括燃料出口和燃料入口，所述活塞迫使燃料通過(guò)該燃料出口流出所 述燃料室，燃料通過(guò)所述燃料入口被引入所述燃料室，每個(gè)燃料噴射器還具有第一單向閥 和第二單向閥，所述第一單向閥可操作以允許燃料從所述燃料入口流入所述燃料室，同時(shí) 防止燃料流出所述燃料室而回到所述燃料入口，所述第二單向閥可操作以允許燃料流出所 述燃料室至所述燃料出口，同時(shí)防止燃料從所述燃料出口回流到所述燃料室；并且每個(gè)燃料噴射器的所述單向入口閥可被所述控制器禁用，并且在禁用時(shí)允許燃料流出 所述燃料室而回到所述燃料入口，在所述第一單向閥被禁用時(shí)所述活塞的運(yùn)動(dòng)僅用于將燃 料從所述燃料入口吸入所述燃料室，然后將燃料排出所述燃料室回到所述燃料入口。
15.如權(quán)利要求14所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述單向入口閥設(shè)有由所述控制器電子控制 的控制螺線(xiàn)管，該控制螺線(xiàn)管作用在可與所述第一單向閥接合以迫使該第一單向閥打開(kāi)的 超越樞軸上。
16.如權(quán)利要求14或15所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所有凸輪波瓣的高度相同。
17.如權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述凸輪波瓣設(shè)置在也具有半 徑恒定部分的輪上。
18.如權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述/每個(gè)燃料噴射器的所述 活塞具有凸輪從動(dòng)件，該凸輪從動(dòng)件是與所述凸輪面接合并與所述凸輪面隨動(dòng)的滾子從動(dòng) 件。
19.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，該內(nèi)燃機(jī)具有進(jìn)氣通道、設(shè)置在該 進(jìn)氣通道中的文丘里管、位于所述進(jìn)氣通道中的節(jié)氣門(mén)和將空氣輸送至所述節(jié)氣門(mén)下游的 所述進(jìn)氣通道的旁路通道，空氣通過(guò)所述進(jìn)氣通道輸送至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，其中所述/ 每個(gè)燃料噴射器將燃料輸送至混合室，燃料被來(lái)自所述旁路通道的空氣帶入該混合室中， 然后混合的燃料和空氣經(jīng)由噴嘴輸送至所述文丘里管的喉管。
20.如權(quán)利要求19所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述空氣旁路通道連接到大氣。
21.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，該內(nèi)燃機(jī)具有進(jìn)氣通道、設(shè)置在該 進(jìn)氣通道中的文丘里管、位于所述進(jìn)氣通道中的節(jié)氣門(mén)和將排氣或空氣和排氣的混合物輸 送至所述節(jié)氣門(mén)下游的所述進(jìn)氣通道的旁路通道，空氣通過(guò)所述進(jìn)氣通道輸送至所述發(fā)動(dòng) 機(jī)的燃燒室，其中所述/每個(gè)燃料噴射器將燃料輸送至混合室，燃料被來(lái)自所述旁路通道的空氣帶入該混合室中，然后混合的燃料和空氣經(jīng)由噴嘴輸送至所述文丘里管的喉管。
22.如權(quán)利要求19至21中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述噴嘴是音速?lài)娮臁?br> 23.如權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述噴嘴是具有非圓形孔口的 霧化噴嘴。
24.如權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述噴嘴是具有孔口陣列的霧 化噴嘴。
25.一種操作如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的方法，該方法包括在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中使用所述/每個(gè)燃料噴射器將多個(gè)燃料脈沖輸送至所述燃燒室；以及響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的變化，使燃料脈沖數(shù)因發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)而異，從而控制在 每個(gè)循環(huán)中輸送至所述燃燒室的燃料總量。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的燃料脈沖數(shù)在緊隨發(fā)動(dòng)機(jī)起 動(dòng)之后的階段內(nèi)保持第一高水平，然后在隨后的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中降低至較低水平直到該發(fā)動(dòng) 機(jī)的下一次起動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)，包括可變?nèi)莘e的燃燒室；將充入空氣輸送至燃燒室的進(jìn)氣系統(tǒng)；將燃燒后的氣體從燃燒室傳送到大氣的排氣系統(tǒng)；將燃料輸送至充入空氣以與其一起在燃燒室中燃燒的燃料噴射系統(tǒng)包括多個(gè)燃料噴射器，每個(gè)均用作正排量泵，并配送對(duì)于該噴射器的每次操作固定的燃料量，至少第一燃料噴射器配送與第二燃料噴射器配送的不同設(shè)定量的燃料；控制器，控制每一燃料噴射器的操作。在至少大部分發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的每一循環(huán)中，燃料噴射器被控制器操作多次；響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載的增加/減少，控制器通過(guò)增加/減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)操作燃料噴射器的次數(shù)而增加/減少每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)輸送的燃料量。
文檔編號(hào)F02M51/06GK101956621SQ20101051719
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者杰弗里·艾倫 申請(qǐng)人:賽昂噴霧有限公司