喷射点火发动机的加热催化的燃料喷射器的制作方法

专利名称：喷射点火发动机的加热催化的燃料喷射器的制作方法
技术领域：
0001本发明广义地涉及燃料喷射系统，并更具体地涉及喷射器点火
发动机的加热催化的燃料喷射器。
背景技术：
0002大量的世界能耗用于供应基于内燃的车辆。大多数汽油和柴油汽 车发动机的效率仅为20-30%，这样大部分烃燃料被浪费，由此在产生过量 污染物和温室气体的同时耗尽全球的资源。如图1 (现有技术)所示，常规 发动机所使用能源的大约三分之一证实其本身为冷却系统中的废热(冷却 剂负荷4)，而另一大约三分之一的能源排出排气尾管(排气焓2)，留卜 三分之一或者更少的能源提供有用功(制动力6)。以国内标准(at the internal level)，这些低效率是由于这样的事实在火花点火汽油发动机或者压縮 点火柴油发动机内常规的燃烧过程与活塞和曲轴的旋转动力(即发动机的 作功行程)相比用时太久。
0003图2 (现有技术)图示了在高效的直接喷射欧式柴油发动机循环 内典型的热释放图7，其包括点火延迟阶段8、预混合的燃烧阶段IO、混 合控制的燃烧阶段12以及后燃烧阶段14。在大约180。的循环旋转(上 止点)之前的燃烧导致增加的废热负荷，而来自后燃烧阶段14 (在大约 200°之后)中的燃烧的大部分能量作为排出热被浪费。换句话说，在从 活塞在它的行程顶部起始并向下旋转大约20度(从180°到200°)的时间 段中的热释放提供了最大比例的有用功。在上止点之前的热释放引起对 抗旋转的回推，其最终证实其本身是冷却套管中的废热。在气体燃料发 动机和柴油发动机中必须提早开始点火，因为与发动机的旋转时间相比， 它需要充足的时间量来完全地进行。在后燃烧阶段14中，燃料继续燃烧，超过作功行程的有用界限，由此将废热排到排气系统。

发明内容
0004本发明涉及用于主要或基本仅在内燃机的作功行程期间分配燃料 的一个或者多于一个的加热催化的燃料喷射器的使用。这种喷射器通过从 电加热器或者其它装置进行外部施加热，在超临界蒸气相中轻微地使燃料 氧化。该喷射器可以操作用于包括汽油、柴油和各种生物燃料在内的宽范 围的液体燃料中。另外，该喷射器可以在室压以及高达内燃机的实际压縮 极限下点燃。由于该喷射器可以不依赖火花点火或者压縮点火进行操作， 所以它的操作在此称作"喷射点火(injection-ignition)"
0005根据本发明，内燃机的优选的喷射器点火燃料喷射器包含用于 将下一个燃料加料分配到加压室中的输入燃料计量系统；包括用于压縮加 压室内燃料加料的加压撞锤(pressurizationram)的加压撞锤系统，其中燃 料加料在有催化剂存在的情况下在加压室中加热；以及用于将加热催化的 燃料加料喷射到内燃机的燃烧室中的喷射器喷嘴。喷射器喷嘴置于加压室 和燃烧室之间。根据一些实施方式，燃料喷射器基本仅在内燃机的作功行 程期间分配燃料加料。举例而言，催化剂可以选自镍、镍-钼、"氧化铝、 二氧化铝硅、其它的空气电极氧还原催化剂以及其它的用于烃裂解的催化 剂组成。在一个实施方式中，燃料加料被加热到大约750°F的温度。喷射 器点火喷射器可在大气压下点燃；但是，在本发明的优选实施方式中，喷 射器在高压下点燃。
0006内燃机在发动机控制单元(ECU)的指令下执行操作，发动机 控制单元(ECU)可以控制发动机操作的各个方面，例如，(0每个发 动机循环喷入每个汽缸中的燃料量，(ii)点火定时，(iii)可变凸轮定 时(VCT) ， (iv)各种外围设备，以及(v)内燃机操作的其它方面。 ECU通过由包括MAP (歧管绝对压力)传感器、节气门位置传感器、空 气温度传感器、发动机冷却液温度传感器以及其它传感器在内的传感器 监视发动机，确定燃料量、点火时间以及其它参数。
0007本发明的喷射器点火喷射系统加热液体燃料，较多地超过它们 的室压沸点。但是，与水一样，大多数烃燃料和酒精随着压力升高而具有升高的沸点，这样当在压力下加热液体，液体将在它的正常的大气沸 点之上许多保持液体形式，并且如果液体在低压下蒸发并随后被迅速地 加压，它将再液化到液相。但是，存在不可能再维持液相或者再压縮到 液相的压力和温度点。该点通常地称作临界点，并且包括临界温度和临 界压力。在临界温度和临界压力之上，不可能再形成液体，所以即使分 子可被压縮超过相应液体的密度，分子也是在气相中相互作用。按照CRC
手册第87版本，庚烷(汽油的主要成分)的临界温度是512。F，临界压力 是397psi(磅/每平方英寸)。
0008本发明的喷射器-点火系统利用主要在气相或者超临界流体相发 挥作用的氧还原催化剂。该催化剂将按重量计在0.1%到5%范围内的可用 氧与在燃料混合物内的一种或者多于一种的成分结合，以形成高度反应 性的、部分氧化的自由基，该自由基一旦暴露于主燃烧室的更富含氧的 环境，将非常迅速地继续氧化。非常快的燃烧(在100微秒范围或者更少) 所需的这种活性自由基的实际数量是非常少的，并且很大程度取决于分 子的平均自由路程和在主燃烧室反应区域内的反应波面传播延迟 (reaction wavefront propagation delay)。例如，在大气压下，并且在适合的 温度和氧浓度条件下，燃烧波面以近似声速的速度移动，声速在典型的 环境下大约是每毫秒l英尺。因此，对于10毫秒的主室燃烧延迟，表明这 些自由基需要间隔大约0.1英寸或者更近地分散，基于每立方英寸分子的 很大数量，这要求这些自由基具有极小浓度。
0009类似地，在燃料喷射器中形成的每个自由基利用来自燃料的化 学键能，使得在主燃烧室中的化学键能减少了该量。因此非常有优势的 是，将形成的自由基的数量最小化至足以确保非常高速率点火的高水平， 但足以最小化喷射燃料的能含量衰减的低水平。另外，大多数氧还原催 化剂也用作热裂解催化剂，特别是当氧还原催化剂被加热到1000。F范围 和更高的高温时。在喷射器中燃料的热裂解是高度不希望的，因为它导 致最初污染催化剂表面的碳形成，并且如果允许碳形成继续，实际上阻 碍了燃料流经喷射器。另外，短链裂解的成分典型地具有比辛烷和庚烷 较高的自燃温度和较高的蒸发热，这样在普遍发生的实验室条件下，过 量加热喷射器将实际上增加点火延迟，超过了上述理想的情况，并也导致碳迅速形成。
0010考虑到上述事项，在此阐述的喷射器-点火喷射器优化地利用高 度分散的(例如低浓度)氧还原催化剂，其在大多数燃料成分处于超临 界相的温度和压力下具有适度活性。已发现镍是这样的一种催化剂，并
且在100巴下在600-750。F范围内操作。
0011根据本发明的原理，通过谨慎地控制加热的外部来源以及燃料 流动速率和燃料催化剂接触表面积，可以最小化输入到燃料的所需热， 从而在不允许催化氧化过程显著地供应热能到反应区域的情况下产生适 当数量的自由基。这种附加的热能量会快速地导致热驱散，并潜在地消 耗所有可用的氧，由此较大地减少了最终燃料的能量并促进了碳形成。 由于商品化的燃料可含有1%到10%的充氧剂，所以这点是特别关注的。
0012根据本发明，输入燃料计量系统包含管路上的燃料过滤器、计 量螺线管以及液体燃料针阀，液体燃料针阀包含将下一个燃料加料分配 到加压室中的电磁或者压电触发的针阀。通过燃料喷射器的热区，在加 压室中烘烤输入燃料计量系统所分配的燃料加料，其中催化剂开始使燃 料裂解并引起燃料与一个或者多于一个的内部氧源反应。例如， 一个或 者多于一个的内部氧源可以包括(i)标准的燃料充氧剂，例如甲基叔丁 基醚(MTBE)、乙醇、其它辛烷值和十六垸值增进剂和其它的燃料充氧 剂，(ii)在发动机的排气循环期间，通过打开喷射器喷嘴销阀并收回加 压撞锤引入的热的排气，和/或(iii)经由与加压室相联系的空气入口孔 引入的新鲜空气。
0013根据燃料喷射器的优选的执行方式，喷射器喷嘴包含喷射器喷 嘴销阀、校直燃料加料的准直管以及销阀执行器。喷射器喷嘴销阀在循 环旋转的大约180。打开从而将校直的燃料加料分配到燃烧室中。另外， 可以使用在喷射器喷嘴上排列的镍铬合金加热构件电加热喷射器喷嘴。 销阀执行器可以包含操作销阀驱动轴以喷射下一个燃料加料经由喷射器 喷嘴销阀进入燃烧室中的销阀螺线管。根据一体燃料喷射器构造，销阀 驱动轴被置于加压撞锤的孔内，这样销阀驱动轴可以在加压撞锤内同轴 地滑动。在一体喷射器中，销阀驱动轴的操作不依赖加压撞锤。另外， 在发动机起动操作的期间，反复地运用加压撞锤和销阀驱动轴从而净化和清洁燃料喷射器。根据线性燃料喷射器构造，销阀驱动轴被相对于加 压撞锤以一定角度放置。
0014根据本发明，加压撞锤系统可以包含用于使加压撞锤在完全收 回位置和完全排出位置之间移动的加压撞锤驱动器。特别地，当加压撞 锤处于完全收回位置时下一个燃料加料进入加压室，并且当燃料从液体 转变为气体并随后达到它的临界点并超过临界点——此时成为非常稠密 的蒸汽时，加压撞锤压縮燃料。加压撞锤可以包含磁活性部分、绝缘部 分以及热区相匹配部分，当加压撞锤处于完全排出位置时热区相匹配部 分被大体置于燃料喷射器的热区内。当加压撞锤处于完全收回位置时， 它可以在加压室中形成局部的真空或者减小的压力，允许输入燃料计量 系统将下一个加料作为相对冷的液体注入。另外，加压撞锤驱动器可以 包括多个包含收回螺线管和加压螺线管的多个绕组螺线管线圈系统。可 选择地，加压撞锤驱动器可以包括用于驱动加压撞锤的线性歩进电机。
0015根据发明的进一步的实施方式，内燃机的热轨道系统(hot rail system)包含接纳低压燃料并通过一个或者多于一个的相等长度供应路径 将处于高压的燃料泵入一个或者多于一个的燃料喷射器的高压发动机从 动泵，其中每个燃料喷射器包含(i)用于将下一个燃料加料分配到加压 室中的输入燃料计量系统，(ii)包括用于压縮加压室内燃料加料的加压 撞锤的加压撞锤系统，其中燃料加料在有催化剂存在的情况下在加压室 中加热；以及(iii)用于将加热催化的燃料加料喷射到内燃机的燃烧室中 的喷射器喷嘴。该热轨道系统可以进一步包含用于每个燃料喷射器的电 力预加热器，其中每个预加热器配置来在燃料进入燃料喷射器之前将燃 料预加热到大约400。F。
0016根据一个实施方式，热轨道系统包含与四个相等长度供应路径 和四个预加热器联结的四个燃料喷射器。在其它的实施方式中，系统包 含与八个相等长度供应路径和八个预加热器联结的八个燃料喷射器。可 以用通过净化入口引入到高压供应泵的惰性气体或者惰性液体净化热轨 道系统。可以在关闭期间进行净化，同时系统冷却到周围环境温度。
0017在本发明的优选的热轨道系统中，每个喷射器喷嘴包含喷射器 喷嘴销阀、用于校直燃料加料的准直管以及销阀执行器，其中喷射器喷嘴销阀在循环旋转的大约180。打开从而将校直的燃料加料分配到燃烧室 中。销阀执行器可以包含操作销阀驱动轴以喷射下一个燃料加料经由喷 射器喷嘴销阀进入燃烧室中的销阀螺线管。


0018图l (现有技术)是示意图，图示在火花点火汽油发动机或者压 縮点火柴油发动机内，常规燃烧过程的低效率；
0019图2 (现有技术)是示意图，图示在高效直接喷射欧式柴油发动 机循环内的典型热释放曲线；
0020图3是示意图，图示在常规气体燃料发动机中点火和在具有根据 本发明原理的燃料喷射器的内燃机中点火之间的区别；
0021图4是示意图，图示具有根据本发明原理的燃料喷射器的内燃机 的热释放曲线；
0022图5描绘了本发明内燃机的燃烧室，其包括大体安装在气缸顶部 中心的加热催化的燃料喷射器；
0023图6描绘了根据本发明的原理构建的优选的加热催化的喷射器-点火燃料喷射器；
0024图7是示出燃料入口和出口子系统的图6中加热催化的喷射器点 火燃料喷射器的截面0025图8A是其中撞锤处于完全排出位置的图6中燃料喷射器的截面 图，而图8B是其中撞锤处于完全收回位置以允许液体燃料进入压縮室的 图6中燃料喷射器的截面0026图9A是包含线性燃料喷射器的本发明可选燃料喷射器的截面图， 而图9B是为了热轨道变型而改良的图9A线性燃料喷射器的截面图。
0027图10是示意图，图示具有一个或者多个图9的加热催化的线性燃 料喷射器的热轨道系统。
具体实施例方式
0028在下面的段落中，将通过举例并参考附图，详细地阐述本发明。 遍及本说明书，所示的优选实施方式和实施例应该视作示例，而不作为对本发明的限制。如在此使用的，"本发明"指在此阐述的本发明任何一 个实施方式和任何等效物。进一步，对遍及该文件的"本发明"的各种特 征(一个或多个)的提及并不意味着所有要求保护的实施方式或者方法 必须包括提及的特征(一个或多个)。
0029根据本发明的原理，提供内燃机的喷射器点火燃料喷射器。该 燃料喷射器可以包含(i)用于将下一个燃料加料分配到加压室中的输入
燃料计量系统，(ii)包括用于压縮加压室内燃料加料的加压撞锤的加压
撞锤系统，其中燃料加料在有催化剂存在的情况下在加压室中加热；以 及(iiO用于将加热催化的燃料加料喷射到内燃机的燃烧室中的带有喷射 销和执行器的喷射器喷嘴。
0030爆震构成一种可选择的燃烧形式，其提供异常快的燃烧，并被 普遍地证实为失调汽车发动机中的常见爆震。常规的内燃机在点火之前 将它们全部的燃料负荷放置在气缸中。爆震引起全部燃料负荷的很大部 分在几微秒内点火，由此产生可能损坏发动机部件的过量压力上升。这 些状况典型地发生在失调发动机中未受控制的方式中，引起燃料在某些 时间爆震，该时间对于产生作功行程不适合。另外，这种类型的爆震取 决于点火延迟，从而压縮了空气供给并蒸发燃料。
0031参考图3，提供了示意图，其图示在常规气体燃料发动机中缓慢 燃烧和在包括在具有根据本发明原理的燃料喷射器的内燃机中爆震的快 速燃烧之间的区别。具体地，在常规的气体燃料发动机中，点火基本发 生在低燃料密度下的缓慢燃烧区20。相反，在具有在此阐述的燃料喷射 器的内燃机中，点火基本发生在高燃料密度下的快速燃烧区22。在快速 燃烧区22，燃料加料的前沿表面在大概几微秒内完全燃烧。
0032参考图4，提供了示意图，其图示具有根据本发明原理的燃料喷 射器的内燃机的热释放曲线26。具体地，热释放曲线26叠加在图2图示的 直接喷射欧式柴油发动机循环的典型热释放曲线7之上，热释放曲线7包 括点火延迟阶段8、预混合燃烧阶段IO、混合控制的燃烧阶段12以及后燃 烧阶段14。对比于直接喷射欧式柴油发动机，在此提出的燃料喷射器(具 有热释放曲线26)精确地计量，在适合的曲轴转角下即刻点燃燃料，以 产生最优作功行程。具体地，燃料喷射器基本仅在作功行程期间以精确的方式迅速地分配燃烧的燃料，由此很大程度地减少在发动机内的前端 (冷却负荷)和后端(排气焓)的热损失。根据本发明的一些实施方式，
常规的低辛垸值加油站汽油被计量到燃料喷射器中，其中燃料喷射器加
热、蒸发、压縮和适度地氧化燃料加料，并随后将其作为相对低压的气
柱分配到燃烧室的中心。0033参考图5，图示了包含常规的汽车柴油强涡流高压縮燃烧室的内
燃机燃烧室28。具体地，燃烧室28包括大体安装在气缸顶部32中心的本 发明加热催化的喷射器-点火燃料喷射器30。随着热气的燃料柱36被喷入 燃烧室28中，它的前沿表面37自爆震，其将燃料柱36以箭头40指示的方 向径向地分配到涡流38型式中。前沿表面37代表爆震界面，而涡流38代 表分散的气体和空气产生的快速稀燃。这种燃烧室构造提供相当常规的 稀燃烧环境，其中通过高温和高压的使用，0.1%到5%的燃料在燃料喷射 器30中被预氧化。图5的风扇形状构件41图示了径向扩展的燃料加料的旋 转运动，它在燃烧室28内旋动。燃料加料可以对称地扩展或者可以由一 个或者多于一个的喷射偏移行组成，每行包括多个喷射(例如四个喷射)。 本领域的技术人员将认识到，在不偏离发明范围的情况下可以形成任何 数量的喷射。
0034进一步参考图5，在加热催化的燃料喷射器30内的预氧化可以包 含在喷射器室壁上的表面催化剂以及包括标准的氧化剂的氧源。可选择 地，预氧化可以进一步包含少量的附加氧，例如，来自空气，或者再循 环排气形式的最后燃烧物。这种轻微氧化的燃料包含R(V和ROOH'形式 的自由基，其是来自初始燃料的高度反应性、部分氧化、裂解的烃链。 因此，喷射的燃料在分配的燃料柱36内提供相对低温的自燃部位，有助 于在与常规的汽车发动机构造材料相匹配的温度和压力范围内引发表面
自爆震和随后的稀燃。
0035根据本发明原理，现在将阐述在燃烧室28内的燃烧过程的缸内 动力学，这独立于喷射器设计细节。具体地，燃烧过程最初涉及喷射相 对低压的气体(例如100巴)的柱36，其被加热高于它的自燃温度(例如 750°F)之上较多。柱36可以包含RO2'和ROOH'形式的大约0.1。/。到5。/。的 预燃烧自由基，该自由基是来自初始燃料的高度反应性、部分氧化、裂解的烃链。气体的柱36当暴露于自燃温度之上的热气源时，在燃烧室28
中空气燃料界面处自发地自爆震。与进行中的分配器驱动相结合，爆震 爆燃前沿将剩余的弓I入燃料分散于更广阔的几何体积中。
0036将剩余的引入燃料分散于在燃烧室28内的更广阔几何体积中有 利于缓慢的持续燃烧，因为这很大程度减小了燃料对空气的比率。另外， 这产生比常规的稀燃烧速率高得多的燃烧，这是由于(i)燃料的初始预 氧化和(ii)初始爆震前沿的残余物引起的高浓度赋能点火源。这种系统 可以在从大气压至往复式发动机压縮的实际界限下操作，其中对于最优 的热力学效率，优选20:1的压縮比。正如在常规的轻型汽车柴油机中通常 实施的，通过高涡流燃烧几何结构(例如，如图5所示)的并入，可以很 大程度地提高爆震引起的燃料扩散。连同本发明的燃料喷射器使用的燃 料系统可以包括用于以任何适合的比率混合高辛垸值和高十六烷值燃料 的燃料箱。
0037根据本发明，基于在此阐述的技术的加热催化的燃料喷射器30
可以安装替代在小型汽车柴油发动机上的常规直接柴油机喷射器。该改 装的柴油发动机可以依靠汽油运转并在16:1到25:1范围内的高压縮比下
操作。为了实现高压縮比，发动机优选地利用压縮加热点火而不是传统 的火花点火。如本领域的技术人员所了解的，在不偏离发明的范围的情 况下，本发明的燃料喷射器可以用于其它的燃料，例如，柴油以及十六 烷、庚烷、乙醇、植物油、生物柴油、酒精、植物提取物的各种混合物， 和它们的组合。但是，在许多应用中比起柴油，优选使用烃长度短得多 的汽油进行操作，因为它几乎不产生碳微粒物质。
0038参考图6，本发明优选的加热催化的喷射器点火燃料喷射器30包 含加热催化的一体化喷射器-点火喷射器，其包括燃料输入44、输入燃料 计量系统46、电连接器48、喷嘴销阀驱动器50、加压撞锤驱动器52、可 选的空气入口孔54、安装凸缘56、热区58以及喷射器喷嘴60。喷射器-点 火燃料喷射器30在现实世界保持自由的环境中支持燃料的蒸发、加压、 活化和分配。本发明喷射器-点火燃料喷射器30的特征操作压力为大约100 巴，分配到具有燃料负荷的20:1压縮比的发动机(20巴)中，其产生40 巴的峰值。在优选的实施中， 一体燃料喷射器30包括内部镍钼催化剂，其放置在燃料喷射器30的热区58内，靠近喷射器喷嘴60。该催化剂可以 通过在大约750。F的温度下操作喷射器体而活化。当然，如本领域的技术 人员所了解的，在不偏离本发明的范围的情况下，可以利用其它的催化 剂和喷射器操作温度。
0039参考图7，现在将阐述本发明的一体喷射器点火燃料喷射器30的 输入燃料计量系统46。具体地，输入燃料计量系统46包括用于过滤燃料 的管路上的燃料过滤器66、用于计量下一个包括预定量燃料的燃料加料 的计量螺线管68以及用于将下一个燃料加料分配到燃料喷射器30的加压 室72中的液体燃料针阀70。液体燃料针阀70优选地包含电磁或者压电触 发的针阀，其响应于发动机控制单元(ECU)中的前瞻计算机控制算法， 将下一个燃料加料分配到加压室72中。输入燃料计量系统46可以从标准 的汽油燃料泵或者普通的轨道分送系统接收燃料。
0040进一步参考图7， 一体燃料喷射器30的喷射器喷嘴60置于车辆的 加压室72和燃烧室28之间。通过围绕室72的燃料喷射器30的热区58，在 加压室72中烘烤输入燃料计量系统46所分配的燃料加料。更具体地，在 处于压力并存在催化剂的情况下，在加压室72中加热燃料加料，这开始 使燃料裂解并引起燃料与内部氧源反应。喷射器喷嘴60包含喷射器喷嘴 销阀74、准直管75以及销阀执行器71。具体地，喷嘴销阀74在大致上止 点中心(循环旋转180。)打开，允许热的加压气体进入燃烧室28。销阀 执行器71可以包含操作销阀驱动轴118以便将下一个燃料加料注入喷射 器喷嘴销阀74中的销阀螺线管。
0041在一体燃料喷射器实施方式中，销阀驱动轴118位于加压撞锤92 的孔的内部，这样销阀驱动轴118可以在加压撞锤92内同轴地滑动。但是， 销阀驱动轴118独立于加压撞锤92操作。在加压撞锤92的顶端上的0形密 封119阻挡这两个轴之间的泄漏通路。喷射器喷嘴60的几何构造基本上不 同于典型的液体燃料喷射器喷嘴，因为喷射器喷嘴60包括用于对准加热 的燃料并将对准的、相对低压的热气体加料分配到气缸中的销阀74和准 直管75。具体地，燃料喷射器30的喷射器喷嘴60被电加热，例如，使用 在喷射器喷嘴60上排列的常规的镍袼合金加热构件114。
0042喷射器喷嘴60的销阀执行器71可以包含快速响应的电磁驱动或者压电驱动。在它的最简单的形式中，随着加压撞锤92将全部热气柱从
加压室72推到燃烧室28，以达到喷射器体积的完全排出，喷射器喷嘴销 阀74打开至100%。如本领域的技术人员将了解的，在不偏离本发明的范 围的情况下，可以利用模拟驱动信号和/或数字脉冲信号，采用销阀和撞 锤驱动调整的许多结合，从而在不同的节气和载荷情况下产生各种热释 放曲线。
0043参考图8A和8B， 一体的喷射器-点火燃料喷射器30的其它组件包 含加压撞锤系统，其包含加压撞锤92、加压撞锤驱动器52以及燃料喷射 器30的热区58——用于在喷射之前在加压室72中加热下一个燃料加料。 具体地，图8A描绘了加压撞锤系统的第一构造，其中加压撞缍92处于完 全排出位置。
0044图8B描绘了加压撞锤系统的第二构造，其中加压撞锤92处于完 全收回位置以允许液体燃料进入加压室72。当燃料从液体转变为气体并
随后达到它的临界点并超过临界点——此时成为非常稠密的蒸汽，加压 撞锤92压縮燃料。加压撞锤92包含大体置于加压撞锤驱动器52内的磁活 性部分96、绝缘部分97以及热区相匹配部分98，当加压撞锤92处于完全 排出位置时热区相匹配部分98被大体置于热区58内。加压撞锤92的静止 位置位于图8A所示的完全排出位置。加压撞锤92可以进一步包含一个或 者多于一个防止液体泄漏的O形密封IOO。
0045继续参考图8B，当加压撞锤92收回时，它可以在加压室72中形 成局部的真空或者减小的压力，由此允许输入燃料计量系统46将下一个 加料作为相对冷的液体注入。加压撞锤92具有相对长的行程并且可以并 入防热区，以保护输入燃料计量系统46免受靠近热区58的高温。置于加 压撞锤驱动器52内的多个巻扬螺线管线圈系统106、 108包括收回螺线管 106和加压螺线管108。多个巻扬螺线管线圈106、 108可被用于驱动加压 撞锤92的线性步进电机代替。
0046本发明燃料喷射器30固有地是安全的，因为它仅需在自燃温度 之上的单一点火，其可被包含在直接连接到发动机气缸(在其中通常发 生燃烧)的坚固金属外壳中。以这种方式，燃料喷射器30的热区58可被 视作只是现有的发动机燃烧室28的扩展。举例而言，可以通过在热区58排列的常规镍铬合金加热构件116电加热燃料喷射器30的热区58。0047在ECU的电子控制下，应用充足的磁场加压燃料负荷达到与下 一次点火相当的预定水平，如操作者的节气位置所指定的。在压力下、 有催化剂存在的情况下，在加压室72中烘烤燃料加料(通过热区58)， 这开始使燃料裂解并引起燃料与内部氧源反应。这种内部氧源通过内置 的抗爆震剂和冬季充氧剂如MTBE、乙醇、其它的辛烷值和十六烷值增进 剂以及其它的燃料充氧剂。柴油普遍地也包括十六垸值增进剂形式的氧 源。根据本发明，热区催化剂可以包括但不限于(1)镍；(2)镍-钼； (3) o;氧化铝；(4) 二氧化铝硅；(5)其它的空气电极氧还原催化剂(例 如，用在燃料电池阴极和金属空气电池阴极中的)；以及(6)其它的用 于烃裂解的催化剂。
0048根据优选的实施方式，热区58的操作温度大约750。F，其充分地 最小化普通结构材料如316不锈钢和油硬化工具钢的腐蚀和热相关的强 度损失。相反，典型的压縮点火操作温度在1000。F以上。热区58可以进 一步包含镍铬合金加热线。根据另外的实施方式，氧可被抽入燃料喷射 器30的热区58中。
0049再次参考图7，喷射器-点火燃料喷射器30可以在发动机的排气循 环期间，通过打开喷射器喷嘴销阀74并收回加压撞锤92，引入热的排气。 在正常的情况下，热的排气将仍具有未反应的氧，其可选择地与燃料的 内部充氧剂相结合使用，从而轻微地氧化燃料。另外，燃料喷射器30可 以配置，以包括与加压室72相联系的空气入口孔54，这样当加压撞锤92 被置于完全收回位置时新鲜空气形式的附加氧可被添加到热区58。空气 入口孔54可以配备如球阀(未示出)的单向阀，以在加压行程期间阻止 燃料蒸气泄漏。另外，可以利用各种其它形式的空气，例如排气。0050根据本发明的一些实施方式，加热催化的燃料喷射器30固有地 自净化和自清洁。具体地，可以在发动机起动操作的期间，反复地运用 加压撞锤92和喷嘴销阀驱动轴118，由此(i)允许在起动时从长期的发动 机工作台清除空气和湿气，和(ii)允许形成的任何碳通过相对大的喷射 器喷嘴60除掉。与常规的燃料喷射器不同，加压撞锤92在相对长的行程 距离(0.25英寸或者更大)移动，并能够在它的完全伸展位置消除在喷嘴区域74中的任何空隙体积。
0051现在转到发动机控制单元(ECU)，可以使用一个点火循环前 瞻算法(look ahead algorithm),控制本发明的燃料喷射器30。可以使用存 在于ECU上的计算机软件程序执行该算法，该软件程序包含控制燃料喷 射的机器可读或者可解释指令。根据该算法，如下所述，下一次发动机 点火的准备在上一次发动机点火完成后立即启动。在上一次点火结束时，
(i)燃料喷射器30没有燃料，(ii)加压撞锤92处于完全排出位置，(iii) 喷射器喷嘴销阀74关闭，以及(iv)热区58基本处于它的操作温度。在最 简单形式的控制中，ECU将节气阀输入与预先的设定(例如，上一次节 气阀输入、发动机负荷、RPM、空气入口温度以及其它的设定)和电子 燃料控制相比较。使用这些信息，ECU确定燃料负荷和到下一次点火的 估计时间。
0052下一次点火循环在适当的延迟之后开始，从而最小化在热区58
中的燃料保持时间，由此最小化燃料的过度裂解。首先，下一次点火循 环包括收回加压撞锤92，这允许输入燃料计量系统46将液体燃料的气溶 胶分配到热区58中。加压撞锤92随后在两个步骤循环中对燃料加压，包 括(1)当燃料正在加热和蒸发时保护输入液体燃料喷射器30，和(2) 将燃料加压到目标喷射压力和温度。在第二步骤中，加热燃料以使其蒸 发并达到目标喷射压力和温度。在预定保持时间(从下一上止点中心事 件逆向设计)之后，喷射器喷嘴销阀74打开，并且加压撞锤92将燃料蒸 气柱推入燃烧室28中，这样加压撞锤92到达图8A所示的紧急制动位置。 喷射器喷嘴销阀74随后关闭，并且系统现在为下一次点火命令作好准备。 在不偏离本发明范围的情况下，关于这个循环的各种变型是可能的，具 体地，关于加压撞锤92和喷射器喷嘴销阀74的交互式操作，以调整具体 的热释放曲线。由于作功行程的主要部分仅是720。四个行程循环的30。旋 转，所以实际喷射仅占据可用操作时间的大约4%。0053参考图7，操作喷射器喷嘴60所需的能量理论上可小至驱动燃料 的能含量的百分之二；但是，如果仅由电气系统动力驱动，实际的发动 机设计考虑因素例如高温绝缘的尺寸限制可引起加热需求升高到轴输出 功率的若干百分比。由于燃料喷射器30在操作期间非常接近一个或者多于一个的发动机排气口，因此可很容易地利用非常有效的废热源。可将 本发明的燃料喷射器30直接装入可选择地控制通过排气阀的气流的多阀 发动机的排气口中。另外，可以利用各种从排气区引入热的有源和/或无 源热管构造，以减小提供给加热器的电输入。
0054各种汽车可以在它们的直接喷射汽油动力装置上使用三种或者 多种喷射器，其包括(1)用于空转的节气体喷射器；(2)用于低速 操作的普通轨道进气口喷射器；以及(3)用于高速操作的直接喷射器。 类似地，在此阐述的燃料喷射器30可以单独使用或者与节气体和普通的 轨道喷射器广泛结合使用，可以带有或者不带有选择性操作的火花点火 源。另外，燃料喷射器30可以以纯蒸气模式操作或者可以分配蒸气和液 体的混合物。在高RPM和高装载罕见的应用中(例如，典型的经济型车)， 可期望使用带有相对低热的加热能力的燃料喷射器，这样纯蒸气操作限 于车辆定度行驶操作，例如，在大约3600RPM。这种燃料喷射器渐进地 使在预定节气负荷设置之上的更多液体通过，渐进地导致较低效率的操 作，但处于比纯蒸气设计点高得多的动力水平。
0055参考图9A，根据本发明的可选择的实施方式，上述一体燃料喷 射器几何结构被展开为加热催化的线性燃料喷射器30'，其包含液体燃料 计量系统46'、收回螺线管106'、加压螺线管108'、加压撞锤92'、喷射器 喷嘴60'、销阀驱动螺线管71，、喷嘴销阀驱动轴118，以及热区58'。这种燃 料喷射器构造简化了销阀驱动轴118'在加压撞锤92'内同轴放置的相当复 杂和精确的需求。换句话说，销阀驱动轴118，未置于加压撞锤92'内并且 不在销阀驱动轴118'内同轴地滑动。取而代之，加压撞锤92'被相对于销 阀驱动轴118，以一定角度放置，如图9所示。但是，注意，这种线性构造 降低了一体几何结构的自净化和自清洁作用，因为加压撞锤92'现在偏置 于一侧并且不再能清洁和净化围绕喷射器喷嘴60'的空隙体积。这种构造 利用与图7和图8所示的一体喷射器相同的ECU时间控制。在操作中，在 压力下并在有催化剂存在的情况下，通过热区58'烘烤由输入燃料计量系 统46，所分配的燃料加料，这开始裂解燃料并引起燃料与内部氧源反应。 在大致上止点中心处，销阀驱动轴118'通过喷射器喷嘴60'将热的加压气 体喷入燃烧室。0056图9B图示了为了本发明的热轨道变型而改良的加热催化的线性 燃料喷射器30'(例如就图9A所阐述)。更具体地，热轨道匹配的线性燃 料喷射器30'包含喷射器喷嘴60'、销阀驱动螺线管71'、喷嘴销阀驱动轴 118'、热区58'、燃料入口125，以及可选的预加热器127，。与图9A的实施 方式不同，热轨道匹配的喷射器不包括液体燃料计量系统46'、收回螺线 管106'、加压螺线管108'以及加压撞锤92'。在操作中，来自高压泵(例 如至少100巴)的燃料经由燃料入口127'分配到喷射器30，中。随后在压力 和存在催化剂的情况下通过热区58'烘烤燃料，这开始使燃料裂解并引起 燃料与内部氧源反应。在接近上止点中心时，销阀驱动轴118'通过喷射器 喷嘴60'将热的加压气体喷射到燃烧室中。
0057参考图IO，示出热轨道系统130，其显示一个或者多于一个的图 9实施方式的加热催化的线性燃料喷射器30'。具体地，热轨道系统130包 含通过泵入口133接纳低压燃料(例如，大约l-5巴)并通过一个或者多于 一个的相等长度供应路径134将燃料泵入一个或者多于一个的线性燃料 喷射器30，的发动机从动泵132。在一些实施方式中，泵132包含通过相等 长度供应路径134将燃料泵送入一个或者多于一个的图9A线性燃料喷射 器30，中的中压泵(例如，500磅/平方英寸范围)。在这种实施方式中， 对每个燃料喷射器30'提供电力预加热器136，以便在充分低的温度(如 400°F)下将燃料维持在蒸气形式，从而最小化烃裂解和分解。根据进一 步的实施方式，泵132包含通过相等长度供应路径134将在高压(例如， 从大约100巴到大约1000巴)下的燃料泵送入一个或者多于一个的图9B线 性燃料喷射器30'的高压发动机从动泵。
0058在图示的实施方式中，热轨道系统130包括与四个相等长度供应 路径134和四个预加热器136联结的四个燃料喷射器30'。本领域的技术人 员将认识到，在不偏离本发明的范围的情况下，可以利用任何数量的喷 射器和相应的供应路径和加热器。例如，图10的四个喷射器系统可适合 用于四缸发动机，而串联的两组这种系统可适合用于8缸发动机。在操作 中，高压供应泵132通过匹配长度的供应管道134，供应单独封装的预加 热器136。在一些实施方式中，匹配长度的供应管道134可用高压岐管代 替。0059根据本发明，图10的热轨道系统130可以包含如赛车发动机的高 发动机旋转速度应用的优选的燃料喷射系统。这些应用因为相对大量的 加热和加压的燃料，可能需要特别防护，例如坚固的抗撞装备和保护性 外壳。在一些实施方式中，可以用惰性气体如氮或者惰性液体如水净化 包括燃料喷射器30'的热轨道系统130，其中通过净化入口138将净化气体/ 液体引入到高压供应泵132中。净化喷射器30'，从而防止在操作的起始和 关闭阶段期间因燃料热裂解引起的碳堆积。例如，可以在关闭期间和/或 同时系统冷却到周围环境温度时进行净化。为了净化和最小化燃料加热 中的变化，由于相等长度供应路径134，热轨道系统130的ECU优选地能 够产生相等的或者匹配的燃料和净化液体的流动速率(以及由此的流动 长度)。
0060通过用中压、中温供给系统替换基于液体的输入燃料计量系统， 一体燃料喷射器30和线性喷射器30'两者均可在较高的RPM和较小的物
理尺寸下操作。这种可被发动机上的所有喷射器共享的系统可以利用中 压泵(例如，在500磅/平方英尺的范围)和预加热线圈，以便在充分低的 温度(如400下)下将燃料维持在蒸气形式，从而最小化烃裂解和分解。 在操作中，预热、预蒸发的燃料加料在驱动撞锤的进入点被引入上述喷 射器构造的任何一个，由此减少了撞锤的所需位移、尺寸以及热输入， 因此允许较高速度操作。
0061根据本发明的另外实施方式，经由单向阀供给预加热线圈的外 部高压液体供给泵可以取代上述中压泵。可以使用小直径毛细管和配件 以减小热区中的体积。可在系统关闭时清洁系统，从而最小化来自过度 裂解燃料的碳堆积。可以组合上述泵实施方式组件的各种结合。例如， 基于发动机尺寸、气缸数量、燃料回收系统几何构造和其它因素，可以 广泛地改变泵台的数量和泵的位置。
0062作为燃烧过程的一个实例，通过常规汽车的普通轨道燃料喷射 器，可以将10毫克实验室级庚烷的加料分配到大约750。F的热室中，其中
热室排列有小百分比的镍和钼。热室具有相当于小于燃料重量的百分之
五的残留氧。随着燃料蒸发，撞锤将燃料加料渐进地压縮至大约ioo巴，
随后燃料被分配到对在海平面的大气开放的3"直径乘2"深度的杯的中心。与杯正切地，计算机控制的加热喷枪将大约750。F的空气提供在每秒
大约30转的涡流型式中。在喷射后，通过朝向0.10"直径准直管开口的 0.040"直径喷嘴所形成的气柱在1"的喷嘴尖端自爆震，将剩余的燃料加料 侧向地分散到涡流中，从而使防护杯充满稀燃烧。防护杯(containment cup) 代表典型的500cc气缸，如在2升、4气缸高涡流汽车柴油发动机中常见的。
0063由红外传感器和声冲击波的热释放分析显示，在相同的压力和 空气温度下，对于常规的庚院气溶胶喷射，燃烧率比实验室燃烧罐数据 快至少100倍。在l大气压下的自燃显示，这种燃烧方案可用于空转时的 常规空气节气(奥托循环)发动机，此时气缸峰值压力仅大约l大气压。 标准的实验室燃烧罐数据显示，将压縮比增至20:1将使燃烧时间加速大约 因数IOO，由此产生大于足够用于全开节气门(狄塞尔循环)发动机中的 燃烧速率。这表明，上述燃烧方案可以在多种模式的往复活塞内燃机中 与最小点火延迟一起使用，这些模式包括O)节气的、可变燃烧压力
(奥托循环)模式；(2)全开节气门固定燃烧压力(狄塞尔循环)模式； 以及(3)混合的循环模式。
0064在燃烧过程的另一个实例中，商业化的单气缸直接喷射柴油发 动机(Yanmar L48V)装备有根据在此提出的原理的电子控制的燃料喷射 器。该发动机在大约23:1的峰值压縮下排量为220立方厘米。该喷射器喷 嘴匹配具有喷嘴的成批生产的柴油机燃料喷射器，所述喷嘴具有四个相 同尺寸和方向的放射状喷口，这样实验室喷射器在室温喷射器操作下模 拟该成批生产的柴油机燃料喷射器。所用的燃料由按体积计大约60%实验
室十六烷、30%庚烷以及10%乙醇组成。喷射压力大约100巴，并且发动 机操作由光学的上止点中心传感器、Delphi汽车压电爆震传感器以及基于 热电偶的排气温度传感器监控。发动机在1200RPM下通过电运转，并随 后转到1800RPM。执行四次试运转(情形I-IV)，并确定每种情况下燃料
加料喷射相对于上止点中心的优选电子时间控制。0065在情形I中，在室温喷射器操作下(即不在加热的条件下)， 测试商业化的单气缸直接喷射柴油发动机(包括本发明的电子控制燃料 喷射器)。为了使燃烧点火开始，电子定时必须提前在上止点中心(循 环旋转的180。)之前至少四毫秒(ms)。另外，作为成批生产的柴油发动机的特征，发动机不规律地起动并且缓慢地加速，伴有浓烟产生。优
选的电子定时被定为超前约3.5ms。换句话说，燃料加料的喷射应该发生 在上止点中心之前的大约3.5ms。
0066在情形II中，通过将喷射器体在约750。F的温度下操作，活化燃 料喷射器的内部镍钼催化剂。在操作中，发动机立即点火并在宽范围的 定时条件下迅速加速。优选的电子定时确定为在上止点中心之前的大约 0.7ms，并且优选的定时对发动机的预热不敏感。另外，排气的温度充分 地低于情形I的温度，显示了更高的发动机效率。
0067在情形III和IV中，将燃料混合物改变为按体积的大约30%实验室 十六烷、60%庚烷以及10%乙醇。在情形III (类似于情形I )中，在室温 喷射器操作(例如，不在加热的条件下)下，测试包括本发明燃料喷射 器的柴油发动机。在室温下，该发动机不与这种燃料混合物一起操作。
0068在情形IV中(类似于情形n)，通过将喷射器体操控在大约750。F 的温度，活化燃料喷射器的内部镍钼催化剂。发动机立即点火并在宽范 围定时条件下迅速加速。优选的电子定时确定为在卜.止点中心之前约0.7
毫秒(类似于情形n)，并且优选的时间控制仍对发动机的预热不敏感。 另外，排气的温度充分地低于情形n的温度，显示了更高的发动机效率。
0069因此可见，提供了喷射器-点火发动机的加热催化的燃料喷射器。
本领域的技术人员将了解，通过不同于各种实施方式和优选实施方式的 其它实施方式，可以实施本发明，各种实施方式和优选实施方式呈现在 本说明书中，用于说明目的而不是限制目的，本发明仅由所附的权利要 求限定。注意，本说明书中阐述的具体实施方式
的等效物也可以实施该 发明。
0070虽然上面已阐述本发明的各种实施方式，但是应该了解，它们
仅以举例方式而非限制方式呈现。类似地，各个图可描绘本发明的示例 结构或者其它构造，这么做有助于理解可包含在发明中的特征和功能。 本发明并不限于所说明的示例结构或者构造，而是可以应用多种可选择 的结构和构造，实现期望的特征。事实上，本领域人员明了，如何可以
实施可选择的功能、逻辑或者物理的部分和构造，以实现本发明的期望 特征。而且，可以对各个部分应用许多不同于在此所述的不同组成部件的名称。另外，关于流程图、操作的阐述和方法权利要求，除非文中另 外指出，在此展示的步骤的顺序不要求以相同的顺序实施各个实施方式 以实现所陈述的功能。0071虽然上面就各个示例性实施例和实施方式阐述了本发明，但是 应该理解，在一个或者多于一个的个别实施方式中阐述的各个特征、方 面和功能不限于应用到阐述它们的具体实施方式
，而是可以单独或者以 多种结合应用于一个或者多于一个的本发明的其它实施方式，不论这种 实施方式是否被阐述，也不论这种特征是否作为阐述的实施方式的一部 分被展现。因此本发明的宽度和范围不应该受到任一上述示例性实施方 式的限制。
0072除非另外特别地声明，在这个文本中使用的术语和短语及其变
型应该解释为与限制性相反的开放边界。如前述的实例术语"包括"应
该视作"无限制地包括"或者类似的含意；术语"实例"用于提供论述事项的 示例性例子，而非它们的穷尽的或者限制性的列举；术语"一个"应该视 作"至少一个"、"一个或者多于一个"或者类似的含义；如"常规的"、"传 统的"、"正常的"、"标准的"、"公知的"修饰语和类似含义的术语不应该 解释为将阐述的事项限制在特定时间阶段或者事项在特定时间内可用， 而应该视作包含现在或者在将来任何时间可用或者获知的常规的、传统 的、正常的或者标准的技术。类似地，在该文本涉及本领域技术人员明 了或者公知的技术的地方，这些技术包含现在或者在将来任何时间技术 人员明了或者公知的内容。0073
一组与连接词"和"相联系的事项不应该视作要求在组中展现该 事项中的每个和每一个，除非另外特别声明，否则应该读作"和/或"。类 似地， 一组与连接词"或"相联系的事项不应该视作需要在组中相互排他， 除非另外特别声明，否则应该视作"和/或"。进一步，虽然本发明的事项、 构件或者组件可以以单数阐述或者主张权利，但是除非特别声明限于单 数，否则认为复数在本发明范围内。
0074出现的扩展词语和短语，例如，在一些例子中的"一个或者多于 一个"、"至少"、"并不限于"或者其它类似的短语，不应该被视作意味着 这种扩展词语可能存在的例子中打算或者需要范围更窄的实例。术语"模块"的使用并不暗示，作为模块的一部分阐述或者主张权利的组件或者功 能均以普通的封装配置。事实上，模块的各个组件的任何一个或者全部， 无论控制逻辑或者其它组件，可以以单一封装结合或者分开地保持，并 可以进一步分布在多个位置。
0075另外，按照示例性方框图、流程图和其它图，阐述了在此提出
的各个实施方式。在阅读该文本之后，本领域技术人员明了，可以不受 所图示实施方式的限制，实施所图示的实施方式和它们的各种可选择的 实施方式。例如，方框图和它们的附随说明不应该解释为要求特殊的结 构或者构造。
权利要求
1. 用于将燃料分配到内燃机的燃烧室中的喷射器点火燃料喷射器，所述燃料喷射器包含用于将下一个燃料加料分配到加压室中的输入燃料计量系统；包括用于压缩在所述加压室内的所述燃料加料的加压撞锤的加压撞锤系统，其中所述燃料加料在有催化剂存在的情况下在所述加压室中加热；以及用于将加热催化的燃料加料喷射到所述内燃机的所述燃烧室中的喷射器喷嘴。
2. 如权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述燃料喷射器基本仅在 所述内燃机的作功行程期间分配所述燃料加料。
3. 如权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述催化剂选自镍、镍-钼、 a氧化铝、二氧化铝硅、其它的空气电极氧还原催化剂以及其它的用于烃裂 解的催化剂。
4. 如权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述燃料加料被加热到 600°F到750°F之间的温度。
5. 如权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述输入燃料计量系统包 含管路上的燃料过滤器、计量螺线管以及液体燃料针阀。
6. 如权利要求5所述的燃料喷射器，其中所述液体燃料针阀包含将 所述下一个燃料加料分配到所述加压室中的电磁或者压电触发的针阀。
7. 如权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述喷射器喷嘴被置于所 述内燃机的所述加压室和所述燃烧室之间。
8. 如权利要求1所述的燃料喷射器，其中通过所述燃料喷射器的热区，在所述加压室中烘烤所述输入燃料计量系统所分配的所述燃料加料。
9. 如权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述催化剂开始使所述燃料 裂解并引起所述燃料与一个或者多于一个的内部氧源反应。
10. 如权利要求9所述的燃料喷射器，其中所述一个或者多于一个的 内部氧源选自MTBE、乙醇、其它辛烷值和十六烷值增进剂和其它的燃料 充氧剂。
11. 如权利要求9所述的燃料喷射器，其中所述一个或者多于一个的 内部氧源包括在所述发动机的排气循环期间通过打开所述喷射器喷嘴销阀 并收回所述加压撞锤引入的热的排气。
12. 如权利要求9所述的燃料喷射器，其中所述一个或者多于一个的 内部氧源包括经由与所述加压室相联系的空气入口孔引入的新鲜空气。
13. 如权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述喷射器喷嘴包含喷射 器喷嘴销阀、校直所述燃料加料的准直管以及销阀执行器。
14. 如权利要求13所述的燃料喷射器，其中所述喷射器喷嘴销阀在循 环旋转的大约180°打开，以将校直的燃料加料分配到所述燃烧室中。
15. 如权利要求13所述的燃料喷射器，其中所述销阀执行器包含操作 销阀驱动轴以喷射所述下一个燃料加料经由所述喷射器喷嘴销阀进入所述 燃烧室中的销阀螺线管。
16. 如权利要求15所述的燃料喷射器，其中所述销阀驱动轴被置于所 述加压撞锤的孔内，使得所述销阀驱动轴可以在所述加压撞锤内同轴地滑动。
17. 如权利要求15所述的燃料喷射器，其中所述销阀驱动轴被相对于所述加压撞锤以一定角度放置。
18. 如权利要求15所述的燃料喷射器，其中所述销阀驱动轴的操作不 依赖所述加压撞锤。
19. 如权利要求15所述的燃料喷射器，其中在发动机起动操作的期间反复地运用所述加压撞锤和所述销阀驱动轴，以净化和清洁所述燃料喷射器。
20. 如权利要求l所述的燃料喷射器，其中使用在所述喷射器喷嘴上 排列的镍铬合金加热构件电加热喷射器喷嘴。
21. 如权利要求13所述的燃料喷射器，其中所述销阀执行器包含快速 响应电磁驱动或者压电驱动。
22. 如权利要求l所述的燃料喷射器，其中所述加压撞锤系统进一步 包含使所述加压撞锤在完全收回位置和完全排出位置之间移动的加压^童 锤驱动器。
23. 如权利要求22所述的燃料喷射器，其中当所述加压撞锤处于所述 完全收回位置时所述下一个燃料加料进入所述加压室，并且其中当所述 燃料加料从液体转变为气体并随后达到它的临界点并超过临界点——此 时成为非常稠密的蒸汽时，所述加压撞锤压縮所述燃料加料。
24. 如权利要求22所述的燃料喷射器，其中所述加压撞锤包含磁纟舌'性 部分、绝缘部分以及热区相匹配部分，当所述加压撞锤处于所述完全^l^出 位置时所述热区相匹配部分被大体置于所述燃料喷射器的热区内。
25. 如权利要求22所述的燃料喷射器，其中当所述加压撞锤处于戶万述 完全收回位置时，它可以在所述燃烧室中形成减小的压力，允许所述f俞入 燃料计量系统将所述下一个加料作为相对冷的液体注入。
26. 如权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述加压撞锤驱动器包括多个包含收回螺线管和加压螺线管的绕组螺线管线圈系统。
27. 如权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述加压撞锤驱动器包括用 于驱动所述加压撞锤的线性步进电机。
28. 如权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述燃料喷射器被直接安装 在所述内燃机的排气口内。
29. 如权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述燃料喷射器依靠高辛烷 值燃料、高十六垸值燃料以及气体发动机燃料和柴油发动机燃料的混合物运转。
30. 如权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述燃料喷射器依靠汽油、 柴油以及十六烷、庚垸、乙醇、植物油、生物柴油、酒精和植物提取物的 各种混合物运转。
31. 用于将燃料分配到内燃机的燃烧室中的热轨道系统，所述燃料喷射 器包含接纳低压燃料并通过一个或者多于一个的相等长度供应路径将处于 高压的所述燃料送入一个或者多于一个的燃料喷射器的高压发动机从动泵，其中每个燃料喷射器包含用于将下一个燃料加料分配到加压室中的输入燃料计量系统； 包括用于压縮在所述加压室内的所述燃料加料的加压撞锤的加压撞锤系统，其中所述燃料加料在有催化剂存在的情况下在所述加压室中加热；以及用于将加热催化的燃料加料喷射到所述内燃机的所述燃烧室中的喷 射器喷嘴。
32. 如权利要求31所述的热轨道系统，进一步包含用于每个燃料喷射器的电力预加热器。
33. 如权利要求32所述的热轨道系统，其中每个预加热器配置为在进 入燃料喷射器之前将所述燃料预加热到大约400。F。
34. 如权利要求31所述的热轨道系统，其中所述系统包含与四个相等 长度供应路径和四个预加热器联结的四个燃料喷射器。
35. 如权利要求31所述的热轨道系统，其中所述系统包含与八个相等 长度供应路径和八个预加热器联结的八个燃料喷射器。
36. 如权利要求31所述的热轨道系统，其中用通过净化入口引入到所 述高压供应泵的惰性气体或者惰性液体净化所述热轨道系统。
37. 如权利要求36所述的热轨道系统，其中在关闭期间进行净化，同 时所述系统冷却到周围环境温度。
38. 如权利要求31所述的热轨道系统，其中所述喷射器喷嘴包含喷射 器喷嘴销阀、用于校直所述燃料加料的准直管以及销阀执行器。
39. 如权利要求38所述的热轨道系统，其中所述喷射器喷嘴销阀在大 约上止点中心打开，以将校直的燃料加料分配到所述燃烧室中。
40. 如权利要求38所述的热轨道系统，其中所述销阀执行器包含操作 销阀驱动轴以喷射所述下一个燃料加料经由所述喷射器喷嘴销阀进入所述 燃烧室中的销阀螺线管。
41. 如权利要求40所述的热轨道系统，其中所述销阀驱动轴被置于所 述加压撞锤的孔内，这样所述销阀驱动轴可以在所述加压撞缍内同轴地滑 动。
42. 如权利要求40所述的热轨道系统，其中所述销阀驱动轴被相对于所述加压撞锤以一定角度放置。
43. 如权利要求40所述的热轨道系统，其中所述销阀驱动轴的操作不 依赖所述加压撞锤。
44. 如权利要求31所述的热轨道系统，其中每个燃料喷射器依靠高辛 垸值燃料、高十六烷值燃料以及气体发动机燃料和柴油发动机燃料的混 合物运转。
45. 如权利要求31所述的热轨道系统，其中每个燃料喷射器依靠汽油、 柴油以及十六垸、庚烷、乙醇、植物油、生物柴油、酒精和植物提取物的 各种混合物运转。
全文摘要
本发明提供内燃机的喷射器点火燃料喷射器，其包含用于将下一个燃料加料分配到加压室中的输入燃料计量系统；包括用于压缩在加压室内燃料加料的加压撞锤的加压撞锤系统，其中燃料加料在有催化剂存在的情况下在加压室中加热；以及用于将加热催化的燃料加料喷射到内燃机的燃烧室中的喷射器喷嘴。
文档编号F02B3/00GK101415918SQ200780011727
公开日2009年4月22日 申请日期2007年3月28日 优先权日2006年3月31日
发明者M·C·谢凯 申请人:超音速燃烧公司