用于提供自适应涡流喷射和点火的方法及装置的制造方法
【专利说明】用于提供自适应涡流喷射和点火的方法及装置
[〇〇〇1]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年11月19日提交的美国临时专利申请N0.61/728, 157,题为“用于提供自适应涡流喷射和点火的方法及装置”和2013年3月12日提交的美国非临时申请N0.13/797, 753,题为“用于提供自适应涡流喷射和点火的方法及装置”的权益，为所有目的，申请61/728, 157和13/797, 753的全部公开内容通过引用被结合于此。
【背景技术】
[0003]在具有低十六烷品级的替代燃料，例如氢气、甲烷、发生炉煤气和燃料醇，被用于替代在为压缩点火设计的发动机中的柴油燃料的情况下，提供强制点火以实现这些替代燃料的适当燃烧和应用是很有必要的。各替代燃料选择的优化应用需要变量的调整，例如燃料喷射和点火事件的正时以及用于对被输送的燃料进行增压并点火的能量总量。因此，存在对于燃料系统硬件和方法的需求，以促进与各种替代燃料的喷射和点火相关的变量的优化。
【附图说明】
[0004]设备、系统和方法的典型实施例参考下述各图得到描述，其中类似的参考数字所指的是贯穿各种视图中的类似的部分，除非有相反的明确指示。
[0005]图1是根据第一典型实施例的喷射器-点火器的横截面的侧正视图；
[0006]图2是图1中所示的喷射器-点火器的部分横截面的侧视图；
[0007]图3A是图1和图2中所示的阀座电极的透视图；
[0008]图3B是图1-3A中所示的阀座电极的透视图；
[0009]图4A是根据另一典型实施例的阀座电极的侧正视图；
[0010]图4B是图4A中的阀座电极的透视图；
[0011]图5是根据本技术说明一种典型的涡流模式的透视图；
[0012]图6是根据本技术说明另一种典型的涡流模式的透视图；
[0013]图7是根据本技术说明又一种典型的涡流模式的透视图；
[0014]图8是根据本技术说明还一种典型的涡流模式的透视图；
[0015]图9是根据本技术说明再一种典型的涡流模式的透视图；
[0016]图10是根据第二典型实施例的喷射器-点火器的部分横截面的透视图；
[0017]图11是根据第三典型实施例的喷射器-点火器的横截面的侧正视图；
[0018]图12是根据第四典型实施例的喷射器-点火器的横截面的侧正视图；
[0019]图13是根据第五典型实施例的喷射器-点火器的横截面的侧正视图；
[0020]图14是根据第六典型实施例的喷射器-点火器的横截面的侧正视图；
具体实施例
[0021]根据一些提供自适应涡流喷射和点火的典型的实施例，本文公开了喷射器-点火器。自适应涡流喷射和点火使较少的昂贵燃料的利用成为可能，例如氢气、甲烷、各种醇类和其它替代燃料。自适应涡流喷射和点火也使得燃烧的优化和分层热产生成为可能，相比典型的使用柴油燃料的压缩点火发动机而言，实现更高的空气利用效率。因此，可以显著减少或消除会引起反对的排放。
[0022]根据一些提供自适应涡流喷射和点火的典型的实施例，本文公开了喷射器-点火器。自适应涡流喷射和点火使得燃烧的优化和分层热产生能够实现改进的空气利用效率，从而减少会引起反对的排放、提高燃料经济性、增加发动机性能。在一个典型的实施例中，燃料喷射器-点火器包括壳体、致动器和阀。所述阀包括响应于所述致动器的激活，用于通过适当的向内或向外运动抵住阀座进行打开和关闭的阀头。所述阀座包括延伸到所述阀头以外且在所述壳体以内以形成至少一个像环形间隙这样的间隙的电极部分。位于所述壳体和电极部分之间的电流放电建立了等离子体和从所述间隙驱动所述等离子体的电磁力。所述喷射器-点火器可进一步包括一个或多个连接到所述壳体和工作时提供燃料阀操作和/或所述电流放电的阀座的电源。
[0023]在本文公开的本技术的一个方面，电极部分包括多个流动整形特征，例如围绕所述电极部分布置的多个翅片。在某些实施例中，所述翅片是扭曲的，从而运行时将旋转传递给等离子体或涡流。在本技术的其它方面，所述电极部分包括多个与环形间隙流动连通的部分。在本技术的还一些方面，所述电极部分包括磁性材料。
[0024]在另一实施例中，燃料喷射器-点火器包括壳体、电源、致动器、阀和阀座电极。所述阀座电极包括阀座和延伸到所述阀座以外且在所述壳体以内以形成环形间隙的电极部分。所述阀包括响应于所述致动器的激活，用于抵住所述阀座进行打开和关闭的阀头。所述电源运行时产生了位于所述壳体和电极部分之间的建立了等离子体和从环形间隙驱动等离子体的电磁力的电流放电。
[0025]本文还公开了在燃烧室中喷射并点燃燃料的方法。在一个典型的实施例中，所述方法包括将所述燃料引入两个电极之间的环形区域；提供穿过所述两个电极并通过所述燃料的电流以建立等离子体；维持穿过所述两个电极的所述电流以建立洛伦兹力，其驱动所述等离子体从所述环形区域进入所述燃烧室；以及当所述燃料和等离子体从所述环形区域被驱离时，在其上传递旋转。在一实施例中，所述方法进一步包括对所述两个电极施加电压的快速应用，借此避免了所述两个电极之间的离子化，从而引起电晕放电以延伸到所述燃烧室内。
[0026]在其它实施例中，所述燃烧室包含旋转的氧化剂，燃料和等离子体的旋转与所述旋转的氧化剂相反。在还有一些实施例中，燃料和等离子体的旋转与所述旋转的氧化剂方向相同。在某些实施例中，燃料和等离子体的旋转是通过布置在两个电极的至少一个上的多个流动整形特征给予的。在其它实施例中，旋转是由磁场感应的。
[0027]本技术的一些实施例的具体细节在以下被参考图1-14进行描述。为了避免在本技术的各种实施例的描述中出现不必要的模糊，其它描述众所周知的燃料系统组件的细节，例如关于燃料栗、调节器等，并未在以下的公开中进行陈述。图中所示的许多细节、维度、角度和其它特征仅仅是为了说明本技术的特定实施例。因此，在没有背离本技术的精神和范围的情况下，其它实施例也可拥有其它的细节、维度、角度和特征。所以，本领域的普通技术人员会相应地理解本技术的其它实施例可带有附加元素，或本技术可具有其它实施例，其没有参考图1-14的所示和所述的一些特征。
[0028]以下描述的本技术的一些方面可采取计算机可执行指令的形式，包括由可编程计算机执行的例程。相关领域的技术人员会理解本技术除了以下所示和所描述的那些，也可在计算机系统上执行。本技术可在被特殊编程、配置或架构以执行一个或多个以下描述的计算机可执行指令的专用计算机或数据处理器上实现，例如发动机控制单元(ECU)，发动机控制模块(ECM)，燃料系统控制器等。因此，正如通常所用的，本文的术语“计算机”、“处理器”或“控制器”是指任何数据处理器，并可包括发动机控制单元、发动机控制模块和模块组，以及互联网设备和手持设备(包括掌上计算机、可穿戴计算机、移动电话、多处理器系统、基于处理器或可编程的家用电子产品、网络计算机、迷你计算机等等)。这些计算机处理的信息可显示在任何适当的显示介质上，包括阴极射线(CRT)显示器、液晶显示屏(IXD)或专用显示设备或机械机构(例如量规)。
[0029]本技术也可在分布式环境中实现，其中任务或模块由通过通信网络连接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块或子例程可位于本地和远程存储器存储装置中。以下描述的本技术的多个方面可存储或分布于计算机可读介质上，包括磁性或光学可读或可移动计算机磁盘，以及通过网络电子分布式的。这样的网络可包括，例如且不限于，控制器区域网络(CAN)、本地互联网络(LIN)等。在特别实施例中，本技术的多个方面中的特殊数据结构和数据传输也可被包括在本技术的范围内。
[0030]图1和图2根据第一典型实施例示出了包含自适应涡流喷射和点火技术的喷射器-点火器102。喷射器-点火器102装备有微处理器或计算机101，以控制通过阀座电极112供应的燃料的喷射。虽然控制器101和点火器电路104、106被显示为单独的组件或部件，但是在其它实施例中控制器101和电路104、106的功能可集成到位于102部件的内部或外部的小型控制单元中。
[0031]喷射器-点火器102从合适的供给接收燃料，该供给例如管道或车载燃料系统(图中未显示)，其通过压强调节器117以变化的压强为喷射器-点火器提供燃料。如图2所示，燃料流经和/或绕过电枢118，沿着环形通道120和连接电枢118与阀头122的阀杆，到达阀座电极112。阀座电极112包括阀座124、电极部分116和用于连接到导体管128的套圈180。当被开动后，阀致动器118通过移动阀头122离开阀座124打开燃料计量阀，以允许燃料流经阀头122并通过一个或多个径向端口 126。径向端口 126通过邻近阀座124的电极部分116成形，并可位于电极特征115的任一边。如图所示，燃料流经径向端口 126并到达位于壳体110的电极部分114与阀座电极112的电极部分116之间的环形通道。
[0032]—旦燃料流入位于电极114、116、以及由电火花或电晕放电形成的导电等离子体之间的环形通道，燃料等离子体以及其它可能出现的气体被加速进入燃烧室132并由洛伦兹推动进行点燃。在说明性的实施例中，为了发动洛伦兹推动，电源104通过电缆108为导体管128提供持续时间相对长的电场，并通过电极阀座112 (包括电极部分116)产生足够的场强，用于初始在电极114和电极112-116的边缘或尖端特征115之间的燃料和/或空气的离子化。基于离子化的颗粒路径的建立，位于引起指向燃烧室132的洛伦兹推动的电极114与116之间的电阻下降、电流快速产生。通过洛伦兹推动的点火是本领域技术人员熟知的，并在美国专利N0.4122816中得到更具体的描述，该专利的全部通过引用被结合于此。若通过引用结合于此的前述专利和/或任何其它材料与本公开的内容有冲突，则以本公开为准。
[0033]对进入燃烧室132的形成电流的离子群以及其它被扫过颗粒的发射速度的自适应控制被通过如由在亚音速到超音速之间可调整的电路104所提供的电流确立。这