专利名称：用于改善燃烧的火花点火直接喷射流几何形状的制作方法
技术领域：
本公开涉及发动机燃料系统，更具体地，涉及火花点火直 接喷射发动机中燃料喷射流的几何形状。
背景技术：
本部分中的陈述仅是为了提供与本公开有关的背景信息， 可能并不构成现有技术。直接喷射燃料系统可包括直接将燃料喷射到发动机汽缸 膛中用于燃烧。燃料被喷射到汽缸中的方式可控制汽缸膛内燃料支 出。最终，燃料支出影响燃烧事件。
发明内容
—种zt动'机组件可包括限定了汽缸,瞠的.发动积i本体、置于 膛内的活塞和火花点火直接喷射燃料系统。活塞可置于膛内对应于至 少50%活塞进气冲程的位置处。活塞和汽缸膛可部分地限定燃烧室。 火花点火直接喷射燃料系统可包括燃料喷嘴，其在进气沖程中提供燃 料流到燃烧室。燃料流可包括具有角跨度的羽流(plume )。羽流可具 有与其相关联的燃料量并可在角跨度内维持燃料量的至少30%。羽流 可延伸进入到汽缸膛中对应于活塞位置的距离。火花点火直接喷射燃料系统可包括燃料喷嘴，其提供燃料 流到由发动机中汽缸膛限定的燃烧室。燃料流可包括具有角跨度的羽 流。羽流可具有与其相关联的燃料量，并可在角跨度内维持燃料量的 至少30%。羽流可延伸进入到汽缸膛中对应于被布置在膛内大于50% 活塞进气冲程的活塞位置的距离。
—种方法可包括提供与内燃机的燃烧室连通的直接喷射 燃料喷嘴，所述内燃机的燃烧室由发动机本体中的汽缸膛和布置用于 在汽缸膛中往复运动的活塞限定。方法可进 一 步包括当活塞在第 一 位 置时，在活塞的进气沖程中将燃料流从燃料喷嘴喷射到燃烧室。燃料 流可包括具有角跨度的羽流。羽流可具有与其相关联的燃料量。在进 气沖程中当活塞在第二位置时喷射可继续。第二位置可对应于至少
50%进气沖程。喷射可包括当羽流延伸到汽缸膛中对应于活塞第二位 置的距离时，在角跨度内维持燃料量的至少30%。适用性的进一 步方面从本文提供的描述中将变得显而易 见。应当理解的是描述和具体例子仅用于举例说明目的，而不试图限 制本公开的范围。
本文中给出的附图4又用作举例i兌明的目的，而无意以任何 方式限制本公开的范围。图1是根据本公开的发动机组件的示意图；图2是图1的发动机组件的发动机、燃料系统和点火系统
的示意性剖视图；和图3是图1的发动机组件的发动机、燃料系统和点火系统
的替换的示意性剖视图。
具体实施例方式下面的描述实际上仅为示例性的，而不试图限制本公开、 及其应用或使用。应当理解的是，在全部附图中相应的附图标记代表 相似或相应的零部件或特征。现在参照图1,示意性示出了示例性发动机组件10。发动 机组件10可包括发动才几12,所述发动才几12与进气系统14、燃料系 统16、点火系统18和排气系统20连通。进气系统14可包括进气歧 管22,其提供气流(由箭头25表示)至发动机12。燃料系统16可 控制燃料流至发动机12，且点火系统18可点燃由进气系统14和燃料 系统16提供给发动机12的空气/燃料混合物。排气系统20可包括排 气歧管26,所述排气歧管与点燃空气/燃料混合物产生的排气(由箭头27表示)连通。尽管发动机12作为直列式四缸发动机示出，但是 应当理解的是，发动机12的布置仅为示例性的，且本公开可应用于 各种发动机构造，所述发动机构造具有任意数量的气缸和布置(包括 但不限于直列式和V形发动机)。另外参照图2和3，发动机12可包括顶部28、气门装置 30、本体32和活塞34。顶部28可包括分别与进气歧管22和排气歧 管26连通的进气口 36和排气口 38。气门装置30可包括进气阀40和 排气阀42。进气阀40可置于进气口 36内，排气阀42可置于排气口 38内。进气阀40和排气阀42通过与凸轮轴43的接合可在打开和关 闭位置之间替换。本体32可限定气缸膛44，活塞34置于膛中。活塞34可 包括上表面46，上表面46具有在其中限定凹部的碟面48。可替换地， 上表面46可为大体上平的或可具有凸的形状。活塞34可置于气缸膛 44中，用于在上死点(TDC)和下死点(BDC)位置之间移动。更具 体地，活塞34的移动可包括进气沖程、压缩沖程、动力沖程和排气 沖程。在进气沖程中，进气阀40可在打开位置(见图2和3 )。 活塞34在进气沖程中可从第一位置(图2)移动到第二位置(图3)。 在进气沖程中，第二位置可在第一位置之后。第一位置通常可对应位 于TDC (进气冲程开始)和对应于30%进气沖程的位置二者之间的位 置。第二位置通常可对应位于70%进气沖程和BDC (进气沖程结束) 之间的位置。顶部28、汽缸膛44和活塞34通常可限定用于发动4几12 的燃烧室50。燃料系统16可包括燃料喷嘴52，其延伸至顶部28之 内并固定到顶部28。喷嘴52可相对于垂直汽缸月堂44的平面以角6 1 放置。角6 1通常可在15度到30度之间。例如，6 1可约为23度。 喷嘴52可提供燃料流54到燃烧室50。点火系统18可包括延伸至燃 烧室50内的火花塞56,其选择性地点燃其中的空气/燃料混合物。燃料流54可包括限定了中心轴线58和外边界的流图案， 其包括放射状内部分60和外部分62。燃料流54的流图案通常可为圆 锥形的。放射状内部分60通常可被限定为燃料流54的一部分，其接 近汽缸膛44上大体上周向与喷嘴52对齐的部分。放射状外部分62通常可相对于放射状内部分60而被限定。在进气沖程中，喷嘴52当活塞34在第一位置时(图2) 可开始提供燃料流54,并当活塞34在第二位置时(图3)终止燃料 喷射。可替换地，喷嘴52可超过进气沖程的BDC额外地继续提供燃 料，直到进入压缩沖程中。当活塞34在第一位置和第二位置时，燃 料流54可被引导向上表面46。更具体地，当活塞34在第一位置时和 活塞34在第二位置时，燃料流54可被引导向碟面48。当活塞34在 第一位置和第二位置时，燃料流54可直接撞击上表面46。更具体地， 燃料流54在整个进气沖程喷射事件中可直接撞击上表面46。换而言之，当活塞34在第一位置和第二位置时，中心轴 线58可与上表面46相交，更具体地与^莱面48相交。中心轴线58可 相对于汽缸膛44周向与喷嘴52对齐的部分呈角6 2延伸。角度6 2 通常可在25度到40度之间。例如，6 2可约为33度。另外，当活塞34在第一位置和第二位置时，分别沿放射 状内部分60和外部分62延伸的轴线64、 66可与上表面46相交，更 具体地与碟面48相交。更具体地，轴线64可相对于汽缸膛44周向 与喷嘴52对齐的部分呈角6 3延伸。角6 3通常可在5度到25度之 间。例如，6 3可约为16度。这样，在整个进气沖程喷射事件中，燃 料流54可被引导向上表面46，更具体地引导向石采面48，而不是直接 被导向汽缸膛44。另外，在进气沖程中，当进气阀40在打开位置时，燃料 流54可被引导离开进气阀40。接近进气阀40的燃料流54的外边界 与进气阀40可以具有一定间距。更具体地，当进气阀40在打开位置 时，；故射状外部分62可从进气阀40》文射性地向外间隔。因此，中心 轴线58也可与进气阀40间隔开。这样，燃料流54可被引导离开进 气阀40和汽缸膛44,并且通常可被引导向活塞34的上表面46。燃料流54可包括通常形成圆锥形流图案的一系列羽流 68。每个羽流68可具有角64的角跨度，且每个均包括相互之间间隔 分开的边界来提供它们之间的空隙。角64通常可小于或等于IO度， 更具体地，在5度到10度之间。例如，64可约为7度。燃料流54 可包括限定燃料流54的角跨度的伞状角6 5。伞状角6 5通常可被限 定为放射状内部分60和外部分62之间的角。伞状角6 5通常可小于或等于40度。例如，6 5可约为33度。中心轴线58的角6 2和伞状角6 5的结合通常可提供燃料 流54向活塞34的上表面46的导向目标。在进气沖程中，角6 2、 6 5的结合还可提供在燃料流54和进气阀40之间的间距。羽流68的特 征可对上述引导目标与间距具有额外贡献。每个羽流68可具有流体速度，其对于给定的发动机速度 在进气沖程中大于活塞34的平均速度。例如，当发动机12以大于2000 RPM的速度运行时，更具体地以大于4000 RPM的速度运行时，羽流 68的流体速度可大于活塞34的平均速度。羽流角6 4和与每个羽流68相关联的燃料流动速度的结 合可保持羽流68的完整性。羽流角6 4和燃料流动速度可防止每个羽 流中包含的燃料散布到周围的燃烧室50中。 一直到汽缸膛44内对应 于50%进气沖程的位置，每个羽流68可保留燃料流54中至少50%它 们各自的喷射燃料量。更具体地， 一直到汽缸膛44内对应于80%进 气沖程的位置，羽流68可保留燃料流54至少30%的喷射燃料量。对 于给定羽流68，羽流68内的燃料保持力通常可包括羽流角64内的 保持力。因此，羽流68通常可在进入燃烧室50的一段距离中保持惰 性，而不是让燃料流54分散在在燃烧室50内。更具体地，当活塞34处于汽缸膛44内对应于50%进气冲 程的位置时，每个羽流68可保留燃料流54至少50%的喷射燃料量， 直到活塞34的上表面46和羽流68之间发生撞击。当活塞34处于汽 缸膛44内对应于80%进气沖程的位置时，每个羽流68可保留燃料流 54至少30%的喷射燃料量，直到活塞34的上表面46和羽流68之间 发生撞击。因此，当活塞34处于汽缸膛44内对应于50%进气冲程的 位置时，与每个羽流68相关联(因而和燃料流54相关联)的燃料量 的至少50%可直接撞击活塞34的上表面46。当活塞34处于汽缸膛 44内对应于80%进气冲程的位置时，与每个羽流68相关联(因而和 燃料流54相关联)的燃料量的至少30%可直接撞击活塞34的上表面 46。维持羽流68的完整性可有助于导向活塞34的上表面46。 角64和羽流68的燃料流动速度可限制从被导向的活塞34的上表面46散布的燃料量。在进气冲程中，角64和羽流68的燃料流动速度 可限制向进气阀40散布的燃料量。限制流向进气岡40的燃料量，通 常可限制在进气阀40上的燃料累积量。这样，燃烧事件被从进气阀 40移走，导致了进气阀40上烟尘积累的减少。本领域的技术人员现在可从上述描述中认识到本公开广 泛的教导可以各种形式被实施。由于通过学习附图和说明书，其它修 改对于技术人员将变得显而易见，所以尽管本公开结合具体例子描 述，但本公开的真实范围不应被限制于此。
权利要求
1.一种发动机组件，包括发动机本体，其限定了汽缸膛；活塞，其置于膛内对应于至少50％所述活塞进气冲程的位置处，所述活塞和所述汽缸膛部分地限定了燃烧室；和火花点火直接喷射燃料系统，其包括燃料喷嘴，燃料喷嘴在所述进气冲程中提供燃料流到所述燃烧室，所述燃料流包括具有角跨度的羽流，所述羽流具有与其相关联的燃料量并在所述角跨度内维持所述燃料量的至少30％，且延伸到所述汽缸膛中一对应于所述活塞位置的距离。
2. 根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述羽流直接撞击所述活塞的上表面。
3. 根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述角跨度小于或等于10度。
4. 根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述燃料流由 一 系列相互间隔分开的羽流限定，所述燃冲牛流具有25度到40度之间的角跨度。
5. 根据权利要求4所述的发动机组件，其特征在于，所述燃料流形成大体上圆锥形的流图案。
6. 根据权利要求4所述的发动机组件，其特征在于，所述羽流之间的所述间距形成邻近羽流之间的空隙。
7. 根据权利要求5所述的发动机组件，其特征在于，每个所述羽流具有5度到10度之间的角跨度。
8. 根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，当所述发动机以大于2000 RPM的发动机速度运行时，所述羽流的流体速度大于所述活塞的平均速度。
9. 一种火花点火直接喷射燃料系统，包括燃料喷嘴，燃料喷嘴提供燃料流到由发动机中的汽缸膛限定的燃烧室，所述燃料流包括具有角跨度的羽流，所述羽流具有与其相关联的燃料量并可在所述角跨度内维持所述燃料量的至少30%，且延伸到所述汽缸膛中对应于被布置在所述膛内大于所述活塞的进气沖程50%的活塞位置的距离。
10. 根据权利要求9所述的燃料系统，其特征在于，所述角跨度小于或等于io度。
11. 根据权利要求9所述的燃料系统，其特征在于，所述燃料流由一系列相互间隔分开的羽流限定，所述燃料流具有25度到40度之间的角跨度。
12. 根据权利要求11所述的燃料系统，其特征在于，所述燃料流形成大体上圆锥形的流图案。
13. 根据权利要求11所述的燃料系统，其特征在于，所述羽流之间的所述间距形成邻近羽流之间的空隙。
14. 根据权利要求13所述的燃料系统，其特征在于，每个所述羽流具有5度到IO度之间的角跨度。
15. 根据权利要求9所述的燃料系统，其特征在于，当所述发动机以大于2000 RPM的发动机速度运行时，所述羽流的流体速度大于所述活塞的平均速度。
16. —种方法，包括提供与内燃机的燃烧室连通的直接喷射燃料喷嘴，所述内燃机的燃烧室由发动机本体中的汽缸膛和布置用于在所述汽缸膛中往复运动的活塞限定；当所述活塞在第 一 位置时，在所述活塞的进气沖程中将燃料流从所述燃料喷嘴喷射至'j所述燃烧室，所述燃料流包括具有角跨度的羽流，所述羽流具有与其相关联的燃料量；和当活塞位于所述进气冲程中对应于至少50%所述进气冲程的第二位置时，继续所述喷射，所述喷射包括当所述羽流延伸到所述汽缸膛中对应于所述活塞第二位置的距离时，在所述角跨度内维持所述燃料量的至少30%。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述喷射包括直接撞击所述活塞的上表面的所述羽流。
18. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述角跨度小于或等于10度。
19. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述燃料流由一系列相互间隔分开的羽流限定，所述燃料流具有25度到40度之间的角跨度。
20. 根据权利要求16所述的发动机组件，其特征在于，当所述发动才几以大于2000RPM的发动机速度运行时，所述喷射包括以大于所述活塞的平均速度的流体速度喷射所述羽流。
全文摘要
本公开涉及用于改善燃烧的火花点火直接喷射流的几何形状。具体地，提供了一种发动机组件，其可包括发动机本体，其限定汽缸膛；活塞，其置于膛内；火花点火直接喷射燃料系统。活塞可置于膛内对应于活塞进气冲程至少50％的位置处。活塞和汽缸膛可部分地限定燃烧室。火花点火直接喷射燃料系统可包括燃料喷嘴，所述燃料喷嘴在进气冲程中提供燃料流到燃烧室。燃料流可包括具有角跨度的羽流。羽流可具有与其相关联的燃料量并在角跨度内维持燃料量的至少30％。羽流可延伸到汽缸膛中对应于活塞位置的一段距离。
文档编号F02B23/10GK101514653SQ200910007889
公开日2009年8月26日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年2月22日
发明者A·R·扎德 申请人:通用汽车环球科技运作公司