专利名称：压缩空气辅助喷射的高速汽化系统的制作方法
相关申请的相互参照本申请要求享有于1999年3月18申请的No.60/125,029、1999年3月22日申请的No.60/125.648和1999年5月10日申请的No.60/133，286的美国分案专利申请的优先权。
2.现有技术本发明涉及内燃机燃料喷射系统，更具体地说，涉及内燃机中低压喷射的控制。本发明应用的一个特殊领域是二冲程内燃机。所述特定应用是应用于小型高速二冲程发动机，诸如应用于手持动力装置，如叶片或鼓风机，纤维修剪机和树篱修剪机，也应用于轮式车辆，如机动自行车，摩托车和小型摩托车以及应用于船用小型舷外机。这种小型二冲程发动机具有许多所需要的适合于上述应用的特点，包括结构简单，制造成本低，高的功率重量比，高速运转性能，并在世界许多部分，易于以简单的设备保养。
简易的二冲程发动机的突出缺点是在扫气过程中，部分未燃新鲜燃料充量从气缸中流失。这导致燃料经济性差，更主要的是高的未燃碳氢化合物排放，这使简易的二冲程发动机不可能符合日渐严格的政府排污限制。这一缺点通过把用新鲜空气对气缸的扫气跟用燃料对气缸的充气分开的办法，可以得到减轻。这种分开通过将液体燃料喷入气缸，或更好地与新鲜空气扫气分开，利用压力空气源喷射燃料冲量使其雾化进入气缸的办法来达到。在本发明的一个优先实施例中，发明机排量的大小约16c.c到100c.c，但可以更大或更小。这些尺寸的发动机用于如纤维修剪机，链锯，叶片式鼓风机，以及其它的手持动力工具的使用场合。该发动机也可用于如草坪修剪机、吹雪机或机动船舷外机的设备上。
按照本发明的另一实施例，提供一种供与一内燃机一起使用的汽化器系统，包括一个构成二空气导管的构架；一个连于该构架将燃料输送到该二空气导管的燃料计量装置；和一个当发动机转速或负荷变化时，用以改变自燃料计量装置输送到该二空气导管的燃料量的燃料供给改变系统。该燃料供给改变系统适于对第一空气腔道增加燃料供应，大致同时对第二空气腔道减少燃料供应。
按照本发明的一种方法，提供一种将汽化器中的燃料供给内燃机的方法，包括以下步骤将燃料供给汽化器的第一空气腔道；将燃料供给汽化器的第二空气腔道；当对第二空气腔道增加燃料供应时，减少对第一空气腔道的燃料供应；其中，将燃料经第一和第二空气腔道供给二个各自间隔的地点，以供给发动机的同一气缸，并且经第一空气腔道对第间隔地点的每活塞循环的燃料供给流量率随着经第二空气腔道对第二间隔地点的每活塞循环的燃料供给流量率的增加而减少。
按照本发明的另一方法，提供一种将汽化器中的燃料供给一台二冲程内燃机的方法，包括如下步骤将燃料供给汽化器内的燃料与空气供应腔道；至少部分根据经汽化器主空气腔道由于空气被吸入发动机的曲轴箱所产生的负压，改变输送到该燃料与空气供应腔道的燃料量，其中基本上在该燃料和空气供应腔道内的全部燃料均被输入发动机的燃料室，而不经过曲轴箱。
按照本发明的另一实施例，提供一种内燃机，它包括一个曲轴箱；一个连于该曲同箱的气缸；一个连于该曲轴箱和气缸之间的压缩空气辅助燃料喷射系统，以及一个配置在气缸内的往复活塞头。其改进包括燃料供应系统具有二个汽化器，它们带有一根伸入该二汽化器部分的节流阀轴。
按照本发明的另一实施例，提供一种供与一内燃机一起使用的汽化器系统，该系统包括一个第一汽化器系统；一个第二汽化器系统；和一个穿过该两第一和第二汽化器部分的公用节流阀轴组件。该轴组件包括一个配量在第一汽化器部分的主空气通道内的节流阀盘和一根与节流阀盘连接的节流阀轴。该节流阀轴伸入第二汽化器的腔道内，并可转动，当该轴转动时增加或减少通至该腔道的流道。
按照本发明的另一种方法，提供一种控制内燃机汽化器系统内燃料/空气混合物供应的方法，包括以下步骤提供具有二个用以形成二种不同燃料/空气混合物的汽化器部分的汽化器系统，和一个穿过该两相应汽化器部分中的两分隔的导管的公用控制轴组件；转动该公用控制轴组件的开启或限制通向该两导管的通道，其中第一导管小于第二导管，该控制轴包括一个在第一导管内连接于该控制轴的盘和一个在第二导管内穿过该控制轴的孔，其中，当转动控制轴开启或限制经该孔和第二导管的通路时，该孔可与第二导管对齐或错开。
按照本发明的另一实施例，提供一种内燃机，它具有一个曲轴箱，一个连于该曲轴箱的气缸，一个连接于曲轴箱和气缸之间的压缩空气辅助燃料喷射系统和一个配置在气缸内的往复活塞头。其改进包括一个燃料供应系统，它具有两个汽化器部分，一节流阀轴组件和一阻风阀轴组件按操作关系连接于两汽化器部分的两空气流腔道。
图6B为沿6B-6B线所取的图6A中所示该轴的剖视图；图6C为图6A中所示的一部分节流阀轴的后视图；图7为该节流阀轴的一个替代实施例的剖视图；图8为汽化器中燃料分配系统的一个替代实施例的简图；图8A为沿图8中8A-8A线所取的节流阀轴的剖视图；图8B为本发明一个替代实施例的剖视图；图9A为
图1A中所示的燃料供应部件的简略剖视图；图9B为图9A中所示该部件的简略剖视图，其中节流阀轴处在大的节流阀开启位置；图10A为沿10A-10A线所取的在图9A中所示的该部件的简略剖视图；图10B为沿10B-10B线所取的在图9B中所示的该部件的简略剖视图；图11为本发明一个替代实施例的简略剖视图；图12为本发明另一个替代实施例的简略剖视图；图13为本发明一个实施例的简略图示；图14为图13中所示的该实施例的简略剖视图；图15为图14中所示的组合的热障和蓄压器组件的外侧视图；图16为图14中所示该适配器的剖视图；图17A为图14中所示的汽化器单元的内侧视图；图17B为图14中所示的汽化器单元的外侧视图；图17C为在图17A中所示的汽化器单元中在燃料计和两空气流腔道之间的燃料供应系统的简图；图18A为图17A中所示的座和节流阀轴组件在速位置局部剖视图；图18B为图18A中所示的局部剖视图，其中该节流阀轴组件处在大的节流阀开度位置；图19A为图18A中所示的座和阻风阀轴组件在非阻风位置的局部剖视图；图19B为图19A中所示的局部剖视图，其中阻风阀轴组件处在阻风位置。
优先实施例详述参照图1A，其中表示含有本发明特点的内燃机10的简图。虽然本发明将参照附图中所示的实施例加以说明，然而应当理解，本发明可以许多替代的实施例方式来实施。此外，可采用任何适当的另件或材料的尺寸、形状或型式。
发动机10为一台二冲程发动机，具有一气缸12，一活塞14，一曲轴16，一曲轴箱18和一燃油供应系统22，该系统具有一个第一汽化器19，一个第二汽化器20，和一个蓄压器34。本发明涉及内燃机中低压喷射的控制。本发明的一个特殊应用领域是一种二冲程内燃机。所述特定的应用为应用于小型高速二冲程发动机，诸如应用于手持动力设备，如叶片式鼓风机，纤维修剪机和树篱修剪机，也应用于轮式车辆，如机动自行车，摩托车和小型摩托车以及小型船用舷外机。该小型二冲程发动机具有许多适于上述应用的理想的特性，包括结构简单，造价低，功率重量比高，高速运转性能，且在世界的许多部分，易于用简单的设施来保养。
简易的二冲程发动机的突出缺点是在扫气过程中自气缸内损失一部分未燃的新鲜燃料充量。这导致燃料经济性差，更重要的是未燃的碳氧化合物排放量高，于是使该简易的二冲程发动机不可能符合日渐严格的政府排污限制。该缺点通过把用新鲜空气对气缸的扫气跟用燃料对气缸的充气分开的办法，可以得到减轻。这种分开可通过将液体燃料喷入气缸内或更好地通过将燃料充量与新鲜空气扫气分开利用压缩空气源喷射，将燃料喷雾到气缸内的办法来实现。这种方法公开在98年8月21日申请的美国专利申请No.09/138,244和2000年2月14日申请的美国专利No.09/____(代理人文档号NO.621-008147-US(101))中，它们作为一个整体被引入本文，作为参考。在本发明的一个实施例中，发动机排量尺寸约16c.c到约100c.c，但可更大或更小。这些尺寸的发动机用于纤维修剪机，链锯，叶片式鼓风机和其它手持动力工具。该发动机也可用在如草坪修剪机，吹雪机或机动船舷外机的设备上。气缸12有一个连接其顶部的火花塞(未示)；一个连接于曲轴箱18的底部；一个进气口24；一个燃烧室26；一个排气口28；和一个进入燃烧室的喷射口或进口30。该系统的优点在于对燃料供应系统无需高精度的定时或喷雾质量。可采用供给燃料液滴的较简单的计量系统。在图1A中所示的实施例中，喷射口30是一敞开式口；即没有进入燃烧室26的流动单向阀。然而，可提供一替代实施例，它在其喷射口有一流动单向阀，如在美国专利申请No.09/065,374中所公开的，该专利申请作为整体被引用在本文中供参考。然而，可利用任何适当的单向阀。该喷射口30配置在气缸12的侧壁上，其形状制成能将燃料和空气沿向上方向向气缸头的顶部输入。然而，在一个替代实施例中，输入口30可配置在气缸盖的顶部或其形状制成能将燃料导向活塞14的顶部。
燃料供应系统22是一个压缩空气辅助系统。在该实施例中，蓄压器34有一个可连通于曲轴箱18内压力的入口和一个在喷射口30处的出口。蓄压器34具有压缩空气收集器和临时储存区的功能。在该实施例中，压缩空气源是对曲轴箱18扫气的空气。活塞14依靠其向下冲程来压缩曲轴箱18内的空气。在一个优先实施例中，在气缸12上设有两孔30，38，一个在空气进口24之上，而另一个在空气进口之下。在该优先实施例中，两孔30，38是用活塞来开、闭通道口的。换言之，该活塞头40的尺寸和形状制成当活塞头40在气缸12内上、下往复时能借助孔30，38来开、闭入口。蓄压器34，在该实施例中，是一个在该两孔30，38之间的简单腔道。然而，在替代实施例中，可形成更为复杂的形状。腔道34可被局部机加工成气缸12的外表面，然后将一罩连接于该气缸，以形成且封闭具有仅两孔30，38的腔道34。然而，该蓄压器可构成一个连接于气缸12的单独部件。在该优先实施例中，第二汽化器20的出口配置在靠近喷射器30的腔道34内。
燃料供应系统22利用活塞头40来开闭其通道口30，38。通道口30，38的开、闭定时取决于其沿气缸12长度的位置。参照图1A-1E，现在说明供应系统的工作。在图1B-1E中仅出于清晰起见未表示两汽化器19，20。图1A表示活塞头40约在上止点后(ATDC)90°在气缸12内向下移动，如箭头C所示，离开活塞头的上止点位置。活塞头40阻塞输入口30，排出口28和进气口24，但孔38是开启的。当活塞头40移向曲轴箱18时，空气从曲轴箱18内部经孔38被推入蓄压器34，如箭头D所示。当活塞头40移自图1B中所示的位置时，孔30开始开启，当活塞头40露出孔30时，孔38开始关闭，因为活塞头40开始阻塞孔38。曲轴在TDC后转动约115°时，活塞头露出输入口30。在该实施例中，在输送腔道42开启，活塞头使入口通向输入通腔道42的大致相同时间内，活塞头40完全关闭该孔38(见图1C)。在孔30开启时，孔38由活塞头40基本上完全有效地关闭。
本发明采用蓄压器34和第二汽化器20来对燃烧室供应大部分燃油，这和美国专利申请No.09/138,244中所述一样，利用自曲轴箱18进入蓄压器34的压缩空气并利用蓄压器34中的反射压力波，借助真空，自第二汽化器20将燃料吸入蓄压器34内。当蓄压器34内的反射压力波自输入口30出来时，它使气缸12内的燃料和空气极大的扰动；实际上起冲击波的作用。这有助于燃料雾化，并使燃料在空气中分布得更均匀。此外该反射压力波有助于去除由于表面附盖力或表面张力可能附着在输入口30的端头或边缘的燃料液滴。该压力波向燃料自该表面上震下而进口气缸12。压缩空气44继续推出输入口30直到该输入口被活塞头再次关闭，如图1D所示。在输入口30关闭后，正好在IC之后蓄压器34内的剩余空气仍被加压。在废气出口28关闭之前，输入口30短时间完全关闭，在孔30关闭的大致同时，孔38开启。然而，在一些替代的实施例中，可将孔38设计成在孔30关闭之前或按一种方法在关闭之后开启。孔38的开启起到吹风口的作用，使蓄压器34内压缩空气的剩余压力往向卸压到曲轴箱18中，如图1D中箭头I所示。当输入口30关闭时自蓄压力34释放压力可防止过量的燃料在活塞头40和气缸内壁之间推出，这本来会加重碳氢化合物排放。
当活塞头40如图1D中箭头J所示，向TDC位置升高时，曲轴箱压力降到1大气压力之下。这样，当孔38开启时，不仅蓄压器34内的压力释放，而且在蓄压器34中产生真空压力。这一真空压力被用来从第二汽化器20中吸出燃料，从而有助于将燃料供入蓄压器。再参照图1E，表示活塞头40处在其TDC位置。空气输入口24开着。
第一汽化器19将燃料/空气混合物引入曲轴箱18内，该混合物经腔道42被压入燃烧室。第二汽化器20将要被夹带入或压入燃烧室26内的燃料直接供入腔道34。
参照图2，该汽化器19、20有一膜片驱动燃料计量系统54。燃料由燃料计量系统54供到两个地点，就该系统来说这是新颖的。燃料沿管路56被供到第二汽化器20。管路58通至第一汽化器19的主空气道60(图3A)。在该实施例中，燃料计量系统54具有一膜片55和一燃料输入口57。膜片55的相反侧经孔59’暴露于大气。杆54’以一端54a可摆动地安装在该座上，其所处位置能开闭燃料泵输入口57的通路，而另一端54b由一弹簧54c对膜片55进行偏压。燃料进入腔59，以便经管路56和58分配。
图3A表示第二汽化器20直接连于第一汽化器19。第一汽化器19有一根轴62，一汽化器盘64配置在主空气道60内。图3B表示轴62转动了75°。轴62伸入第二汽化器20，并有一孔66。从图3A、3B和4可以看出，当轴62转动时，孔66相对于燃料通道68可处在两个不同的位置；与通道68对中时形成开启位置，而不对中时形成关闭位置。在对中的开启位置，燃料可流经通道68。在非对中的关闭位置，燃料不流经通道68。在一个替代实施例中，在非中准位置，可允许少量燃料流经通道68，就像仅分部不对中的状况。在急怠转时经通道68可提供少量燃油流量，从而防止在怠速时空气经通道68进入燃料计量室。在一个替代的实施例中，通道68可以是一种混合的燃料和空气通道，此时轴62和孔66控制进入蓄压器34的燃料/空气混合物的流量。还可在进入蓄压器34的通道68的通路上设置一止回阀。
第一汽化器19在图3A中所示的怠速位置上，孔66不与腔道68对中。因此，没有燃料自第二汽化器20供到燃烧室。在该怠速位置上，燃料经输入口24，曲轴箱18和腔道42由第一汽化器仅输送到燃烧室。当轴62转到图3B中所示的大开度节流阀(WOT)位置时，燃料由第二汽化器20供应到蓄压器34。尤其是当轴62移到图3B和4的位置时，燃料自计量装置54的室59被真空吸入蓄压器34。由于板64处在开启位置，管路暴露于明显少于真空的吸力。因此，在大开度节流阀位置，相当少的燃料被供到主空气通道60。几乎所有的燃料由第二汽化器20供应。因此，本发明在怠速时的第一汽化器19和在大开度节流阀时的第二汽化器20之间转换燃料供应。在一个替代实施例中，诸如在并不抽走在两汽化器19、20之间的燃料的系统中，无须提供燃料供应的转换。下面参照图13说明一个这样的替代实施例。就具有如图3A，3B和4中所示的抽出燃料转变的系统而言，在大开度节流阀时，少量燃料/润滑油会通过主空气道60，以润滑曲轴箱18内的部件。在大开度节流阀时，管路56中的真空使管路58缺乏大部分燃料。当燃料供应系统在怠速和大开度节流阀工况之转换时，需要提供平滑的过渡。在大开度节流阀时，几乎只有纯空气进入曲轴箱18的入口24。发动机10可具有其它的或替代的润滑系统。
正如在本技术中已知的，对于小型二冲程发动机，多到1/3的时间可出现失火(而在燃烧室中不燃烧)。若在发动机10中出现失火，则一个压力波不会传入蓄压器34。本发明的一个特点是输入孔30的尺寸定得能防止蓄压器34完全排入气缸12。换言之，蓄压器34在输入口30开启的整个时间内被加压，致使当输入口30开启时，压缩空气连续地在输入口外施加压力。这种情况出与是否在燃烧或失火无关。因为活塞头40开启和关闭所述的通道/腔道24，28，30，38，42，因此发动机10通过变改通道/腔道24，28，30，38，42沿气缸长度的相对位置和/或沿气缸长度彼此相对的位置能产生不同的性能特点。这可改变蓄压器34内曲轴箱的压缩空气充气多久，蓄压器排气多久，蓄压器喷入气缸多久等等的时间定时。这还能改变压力变化率，例如输送腔道、排气出口或空气输入口在活塞循环中是否马上或稍晚开启。
现在参照图5，表示燃料供应系统一个替代实施例。该系统包括一个主汽化器100和一个辅助汽化器102。主汽化器100有一座104和一节流阀轴组件106。座104有一文丘利管108，一燃料供应导管110，一主空气腔道112和一辅助空气腔道114。节流阀轴组件106有一轴116和一节流阀板118。在此实施例中，轴116为一根具有中央导管120的管子。一堵头122盖住导管120的一头，而另一头是敞开的。轴116还有一个伸导管120内的孔124。当轴116在怠速和WOT位置之间转动时，孔124移入和移出跟辅助空气腔道114对中。在一个优先实施例中，孔124在怠速位置与腔道114对中，而在WOT位置，不与其对中或基本上不对中。腔道114的相反端115暴露于大气中，因此，当孔124与腔道114对中时，空气能经腔道114进入导管120。
第二汽化器102包括一个座126。该座126最好为一连接于座104的夹心板。座126有一主空气腔道128，一文丘利管130，一燃料供应导管132和一带有一O型环密封件136的安装座。两燃料供应导管110，132连接于燃料计量装置。安装座134适于安装在蓄压器34内(图1A)，靠近输入口30，主空气腔道112用来安装到输入口24。座126还有一个孔138。孔138有座104延伸到空气腔道128。节流阀轴116的一端配置在孔138内，其通入导管120的敞开端140配置在空气腔道128上。孔138处在文丘利管130和燃料供应管132的下游。
在怠速时抵消空气腔道128内的真空吸力强于在WOT时的真空吸力，在怠速时，使大气空气经导管120被抽吸到空气道128内。被抽吸的空气降低了在文丘利管130处的整个真空信号，这便减少了被引入空气道128内的燃料量，以保持适合的怠速燃料混合物。当轴116转到WOT时，该空气抽吸系统被关闭。然而，已表这类系统在怠速时有某些问题。
现参照图6，表示一替代实施例。在该实施例中，节流轴150为一个包括两根轴152、154和一个轴套156的组件。轴套156将两根轴152、154彼此连接在一起。轴150横穿过座126的腔道128。套156配置在腔道128内。同时参照图6A-6C，两轴152，154是实心的，而套156大致为管形。套156为一中空内部，一个在第一侧上的第一孔158和一个在第二侧上的第二孔160。在此实施例中，第一孔158为大致矩形，而当轴150转动时适于移入或移出与腔道128的对中。在WOT位置上，第一孔158面对文丘利管130。第二孔160在大致三角形。在WOT位置上，第二孔160面对输入口21，通向蓄压器。孔160的形状改变按预定模式流经套管156的空气和燃料量，该模式包含在怠速或接近怠速时特别低的燃料流量。三角形孔160允许对空气流量以面对流经腔道128的燃料流量具有比就图3A，3B和4所述的简单圆孔66更为渐进的控制。在一些替代的实施例中，孔158，160可具有任何适当的形状，以构成任何适当类型的空气流量限制模式。
现在参照图7，表示配置在辅助汽化器的主空气腔道128内的节流阀轴170的替代实施例。节流阀轴170具有一个穿过其间的第一孔172和一个穿过其间的第二孔。在实施例中，第一孔172大于第二孔174，该两孔以一交角彼此相交。在一优先实施例中，该角小于90°，这样，当轴170转动时，在第一孔172与腔道128完全不对中之前，第二孔174便与腔道128对中。在怠速时，第二小孔174与腔道128对中。这样，在怠速时，经腔道128可真空抽吸少量空气，以便自燃料供应系统抽吸少量燃料，从而有助于防止空气进入燃料供应系统和燃料计量室。在一替代实施例中，代替通孔174，节流阀轴可有一个沿周转/园周加工出的小凹口或环。该怠速回路(主汽化器)还能用于在WOT和怠速时将燃料供给到曲轴箱或从燃料供应系统将燃料真空抽吸到曲轴箱，作为防止空气在任何时刻从怠速回路进入计量室的一种手段。
参照图8，表示燃料供应系统的一个替代实施例。该系统包括一个阻风阀轴180，一个座186，二个止回阀188，189，一个高速燃料针阀190，和一个低速燃料针阀192。座186包括各种腔道，其中包含一个WOT主空气腔道194，一个怠速主空气腔道(未示)，一个怠速辅助空气腔道196，一个怠速槽198和4个燃料腔道200，201，202，203。在二空气腔道194，196之间可设置一横向流动腔气腔道204。怠速槽198具有进入延伸至曲轴箱的怠速主空气腔道(未示)的孔206。阻风阀轴180与二空气腔道194，196相交，其孔按照轴180的转动与腔道194，196对中或不对中。节流阀轴182根据轴182的转动，与二空气腔道194，196相交。图8A表示类同于图7的二孔208，209’。图8A表示一个实施例，其中轴182’有一通孔208’和一外侧槽209’，该槽与接近槽196的孔208’相交。当孔208’转动到不与腔道196对中时，空气仍能流经槽209’，以允许减少但不完终止空气流经腔道194。在一些替代实施例中，可提供任何适于减少怠速空气流量的系统。
燃料自燃料计量室184经止回阀189，腔道200，201和低速燃料针阀192供应到怠速槽198。在节流阀轴182在怠速位置时，孔208并不与腔道194对中，如图8B中所示，且孔210不与腔道196对中。这样，在怠速时，燃料自怠速槽198经孔206被吸入通至曲轴箱的怠速主空气腔道(未示)。当节流阀轴182转到WOT位置时，孔208’与腔道194对中，以产生大的真空吸力，将燃料从腔道203吸入腔道194。此外，孔210在WOT时与腔道196对中，以允许空气流入怠速槽198，其中少许燃料会从孔206中被真空轴吸出，被自腔道196进入槽198的空气代替。这样，槽198在WOT时比在怠速时供应较少量的燃料给曲轴箱。
现参照图9A，9B，10A和10B，图1A的二汽化器19，20被简略表示如单个汽化器组件300。汽化器组件300有一座302，一阻风阀轴组件304和一节流阀轴组件306。该座302有一主腔道308和一辅助腔道310。主腔道308连于输出口24。辅助腔道310连于输入口20。阻风阀轴组件304包括一轴312和一阻风盘314。轴312可转动地安装在座302上。轴312在一端有一通孔，处在辅助腔道310内。阻风盘314配置在主腔道308内。节流阀轴组件306通常包括一根轴318和一个节流阀盘320。节流阀轴318在一端有一通孔322，处在辅助腔道310内。节流阀盘320配置在主腔道308内。轴318也可转动地安装在座302上。汽化器300最好具有一些连杆(未示)，配置在座302外，并与轴312，318连接，以控制这些轴的转动。
图9A表示阻风阀轴组件304处在非阻风位置，而节流阀轴组件306处在怠速位置。在非阻风位置上，孔316与辅助腔道310对中，以允许空气通过孔316进入腔道310。同样在非阻风位置上，阻风阀盘314与主腔道308大致平行对中，以允许空气在阻风阀盘上下流过，进入主腔道308。阻风阀轴组件304可转动约75°，使孔316转动到至少部分地不与腔道310对中，并将阻风阀盘314移入阻风位置，以显著减少流入主腔道308内的空气流量。
再参照图10A，图9A和10A表示节流阀轴组件306处在其怠速位置。在怠速位置，节流阀盘320基本上阻断或限制通向主腔道308的空气流道。同样在怠速位置，孔322不与辅助腔道310对中。这样，便防止或基本上防止空气流经腔道310。同时参照图9B和10B，表示节流阀轴组件306转过约75°到达WOT位置。节流阀盘310已被移至大致平行于主腔道308轴线的位置，使主腔道308基本上开启，以允许空气较为自由地流经其间。孔322与辅助腔道310对中，以允许空气流经其间。
正如从图10A和10B中所看到的，汽化器300还有一导管系统324，将燃料自燃料计量装置326供应到腔道308，310。最好，该燃料计量装置为膜片驱动装置。然而，任何合适的计量装置均可采用。汽化器300有一高速燃料流量控制针阀328和一怠速燃料流量控制针阀330，以调节自计量装置326经导管系统324进入腔道308，310的燃料流量和流量率。然而，可设置任何适当的系统，用燃料供应到腔道308，310。
当节流阀轴组件306处在图9A和10A所示的怠速位置时，孔322不与腔道310对中。因此，没有燃料自腔道310和管路20从应到燃烧室(图1)。在此怠速位置，燃料仅由主腔道308经输入口24，曲轴箱18和腔道42供应到燃烧室。当轴318转动到图9B和10B中所示的WOT位置时，燃料由腔道310和管路20供应到蓄压器34。尤其是，当轴318移动到图9B和10B中所示的位置时，燃料自导管系统324的管路324A经孔322，输入管路20被真空抽吸到辅助腔道310，并进入蓄压器34。由于阀盘320处在开启位置，因此管路324B暴露于显著减小的真空吸力。这样，在WOT位置上，供给主空气道308的燃料显著减少。几乎所有的燃料被供到辅助腔道310。
这样，本发明在怠速时的主腔道308和在WOT时的辅助腔道310之间，至少部分地转换燃料供应。在WOT时，少量燃料/空气会通过主空气道308，以润滑曲轴箱18中的部件。在WOT时，管路324A中的真空使管路324B缺乏大部分燃料。当燃料供应系统在怠速和WOT工况之间转换时，形成平滑的过渡。在WOT时，几乎纯空气进入输入口24而至曲轴箱18。发动机10可有附加的或另外的润滑系统。
正如在该技术内所公知的，对于小型二冲程发动机，熄火(而在燃烧室内无燃烧)可出现1/3时间那么多。若在发动机10中出现熄火，则一压力波将不传入蓄压器34。本发明的一个特点是将输入孔30的尺寸定得能防止蓄压器34完全排入气缸12。换言之，蓄压器34在输入口30开启的整个时间内能被加压，使得当输入口30开启时，压缩空气连续地在输入口30外施加压力。这种情况的产生与是否已在燃烧或熄火无关。因为活塞头40开启和关闭所述的通道/腔道24，28，30，38，42，因此发动机10通过改变通道/腔道24，28，30，38，42沿气缸长度的相对位置和/或沿气缸长度彼此相对的位置能产生不同的性能特点。这可改变蓄压器由曲轴箱的压缩空气充气多久，蓄压器排气多久，蓄压器喷入气缸多久等等的时间定时。这还能改变压力变化率，例如输送腔道、排气出口或空气输入口在活塞循环中是否马上或稍晚开启。该两轴组件180，182或304，306或412，414(下面说明)可有选择地包括一些相互作用的连杆，诸如在于1999年10月4日申请的专利申请No.09/417,562所公开的，在本文中作为整体被引用，供参考。
现参照图11，表示一替代实施例的简略横剖面图。在该实施例中，汽化器332有一座334，一主节流阀盘336和一辅助节流阀盘338。该汽化器最好有一单独的阻风阀组件(未示)。座334有一主腔道340，一辅助腔道342和一燃料导管系统344。汽化器332还有一怠速燃料流量针阀346和一连于燃料导管系统344的高速燃料流量针阀348。
现在参照图12，表示另一替代实施例的简略横剖面图。汽化器352有一带主腔道356的座354，一辅助腔道358和一燃料导管系统360。该燃料导管系统有一“T”形分叉部362，它的相反两端终止于两腔道356，358。单个燃料流量调节针阀364连接于分叉部362的底部。当燃料一旦进入该分叉部362，燃料向腔道356，358的供给受该两腔道内不同的真空压力的控制。
本发明有助于免除对作为辅助汽化器的附加部件的需要。将该辅助的文丘利管制成标准立方体的现有汽化器座，经节流阀轴和阻风阀轴钻出进气通道，使燃料流量受同一节流阀和为起动发动机阻风该辅助汽化器部的装置的控制。该系统还可使内部文丘利管通过节流阀体上方的中心区来制造。通至辅助文丘利管的进气管将迂回通过汽化器铸件座并通过阻风阀轴的节流阀轴。文丘利管经阻风阀轴的节流阀轴钻入汽化器本体。在单个针阀结构的情况下，燃料在通过高速针阀或任何调节针阀后取自现在的调节器。这应按具有两个单独汽化器同样的方式工作，而无相对于第二汽化器座具有附加的阻断的复杂性。本发明通过使辅助汽化器部拼入主汽化器价格降低。本发明在辅助汽化器部还提供阻风机构，以便于发动机起动。
现在参照图13，简要说明另一替代实施例。在该实施例中，汽化器组件有一燃料泵404，它连接于一燃料源402，如汽油箱。该燃料泵经一燃料计406连接于两个空气流道408，410。第一空气流道408相对于第二小空气流道410较大。经该两流道408，410的空气流量借助于两轴组件，至少部分受到控制。如虚控制线416，418所示，阻风阀轴组件412适于至少部分控制流经两流道408、410的流量。同样，如虚控制线420，422所示，节流阀轴组件414适于至少部分控制流经两通道408，410的流量。在该实施例中，汽化器组件还包括一空气抽吸腔道或回路424和一加速泵426。空气抽吸腔道424被用作该旁道怠速回路的一部分。当汽化器自怠速位置移到WOT位置时，加速泵426用来自汽化器组件泵送燃料充量。在此实施例中，空气抽吸腔道424，借助两个由虚控制线428，430所示的控制轴组件，至少部分地受控制。在一个替代实施例中，空气抽吸腔道424可仅受该两轴组件中的一个控制。而且，在一个替代的实施例中，空气抽吸回路424可被固定而不是可变的。如控制线432所示，节流阀轴组件414至少部分地控制加速泵426。在一替代实施例中，无需设置加速泵。或者，该加速泵可受某些其它型式的控制器的控制。在所示的实施例中，节流阀轴组件414适于控制至少四个功能流经腔道408，410，424和加速泵426的一个腔道的流量。与此类同，阻风阀轴组件412适于控制至少三个功能流经三腔道408，410和424的流量。该两控制轴组件还能有选择地相互连接，如美国专利申请No.09/417,562中所述。
再参照图14，表示包括图13中所示的系统的发动机100一部分的简略剖视图。在此实施例中，汽化器组件434包含一块汽化器适配器板436和一个组合的热障与蓄压器组件438，后者将汽化器组件434连接到发动机气缸440和曲轴箱442上。一空气滤清器444连接于汽化器组件434的外侧。
再参照图15，该组合的热障和蓄压器组件438大致包括一座446，一止回阀448、和一蓄压器管450。该座446包括一主空气输入腔道452，二导管部分454，455和一输入口456。该主空气输入腔道452连接于输入口24。下导管部454连接于通道38。上导管部455连接于输入口456，后者连接于通道30，通入气缸440的燃烧室。管450连接两导管部454，455彼此连接。单向阀448有一出口，通入上导管部455。夹子449将止回阀448夹持在座446上。通道30是由活塞开闭的。因此，止回阀448允许燃料和空气通过抽吸自曲轴箱通道38被吸入蓄压器腔道454，450，但基本上防止热燃烧气体自气缸通过该止回阀448，同时基本上防止蓄压器中的燃料/空气充量当被从曲轴箱经通道38进入的空气推出蓄压器时，重新被夹带回到该止回阀448。该座446还包括三个安装孔460，和紧固件(未示)一起使用，以便将组件438固定到气缸440上；还包括二个穿通的安装孔462和一条在外侧466上的腔道464，适配器436便和它顶靠配置。腔道464经孔465与曲轴箱压力连通。
再参照图16，适配器436包含二穿通的安装孔(未示)，类同于孔462；一个穿通的流体孔468(图14)；一个穿通的压力孔470(图14)；和一条延伸到通道474的腔道472。主流道468与组合的热障和蓄压器组件458的主腔道452对中。穿通的压力孔470与组件438外侧466上的腔道464上部对中。腔道472在一端由支柱474和一小管件476和止回阀448连接。进入腔道472的入口478与小空气流道410对中(图13和17A)。主流道468还与主空气流道408对中。
再参照图17A和17B，分别表示汽化器组件434面向内和面向外的侧视图。面向外侧482有空滤器444贴靠它配置。两空气流道408，410在两侧面480，482之间延伸，而第一流道最好在其内有一文丘利管。燃料泵404配置在座484的上部。燃料输入口连接器486将燃料管(未示)自汽油箱(未示)连接到燃料泵404。燃料泵最好为一膜片驱动泵，它受曲轴箱压力驱动。然而，可设置任何适合的燃料泵。通过座484的一条内导管(未示)将燃料自泵404供给到燃料计406。燃料计406连接于座484的下部。
正如由图17C简略表示的，通过座484的两导管56，58自燃料计406的同一燃料腔59延伸。汽化器组件434包含连接于座484(图17A)和导管56，58相交的两燃料混合针阀螺丝492和494。导管56，58通过针阀螺丝492，494延伸到空气流道408，410。
除了流量孔408，410外，座484包括一条自内侧面480进入泵404的腔498的腔道496(图14和17A)。腔道496，470，464和465将腔498连通到曲轴箱442内的曲轴箱压力，以驱动泵404的膜片500。监测孔502(图17A)与组件438内的孔462及适配器436内的通孔(未示)对中，以允许紧固件(未示)将该三部件434，436，438连接于气缸440。
再参照图18A和18B，座484有一节流阀轴孔504。该轴孔504穿过两空气流道408，410，并还穿过空气抽吸腔道424的一部位424a及构成加速泵426的腔道426a的一部位(图17A)。节流阀轴组件414大致包括一轴506，一节流阀盘508，一弹簧510和一控制杆512。控制杆512最好由一控制钢索连接到用户致动的节流阀起动器(未示)。弹簧510将节流阀轴组件偏置在怠速位置。节流阀盘508固定地连接于轴506，并配置在主空气腔道408内。节流阀轴506包含两通孔514，516和一切口部518(图18B)。在一个优先实施例中，轴506还有一圆环槽520，位于第一通孔514处。在一优先实施例中，在槽520的相反两侧，在座484和轴506之间设有0型环密封件505。图18A表示节流阀轴组件414处在怠速位置。在怠速位置上，轴505阻断加速泵腔道426a及空气抽吸腔道424的部位，并基本上阻断小空气流道410(允许少量空气和燃料流过槽520)。盘508部分地限制空气和燃料流过腔道408。图18B表示那时节流阀轴组件414已移到WOT位置。第一通孔514现在与腔道410对中，以允许较大量的空气和燃料经止回阀448被吸入蓄压器(图14)。第二通孔516与空气抽吸腔道424的部位424a对中。切口部518打通从加速泵腔道426a和致动加速泵的轴506出来的通路。节流阀盘508移到开启位置，以允许更多的空气通过腔道408，这也减小了对导管58的吸力，从而使得在WOT时比怠速时较少的燃料进入腔道408。在WOT时进入腔道408的燃料主要用于曲轴箱内各部件的润滑，而非燃烧。这样，在WOT时，腔道408基本上不是用作一汽化器，而主要用作空气输入器和润滑剂供应导管。在WOT时，节流阀轴组件414可与腔道408一起主要用作一空气节流阀，而不是燃料/空气节流阀。在怠速时若几乎所有的燃料由蓄压器和空气腔道410供应，这可能也是确切的。然而，若怠速时用作燃烧的燃料由大腔道408供应，则最好允许至少一些空气和燃料在怠速时通过小腔道410，以使该小燃料供应系统保持在湿态中的蓄压器。
现再参照图19A和19B，座484包含一阻风阀轴孔530。孔530穿过两腔道408，410及空气抽吸腔道424的部位424a。阻风阀轴组件412大致包括一根轴532，一阻风阀盘534，和一使用者致动控制杆或手把536。阻风阀盘534配置在主腔道408内。轴组件412在图19B中所示的阻风位置和图19A中所示的非阻风位置之间可转过约75°。阻风阀轴532有一固定连接于它的阻风阀盘534，还包括两通孔538和540。当阻风阀轴532在其阻风和非阻风位置间转动时，第一孔538与小腔道410分别错开和对中。同样，当阻风阀轴532在其阻风和非阻风位置间转动时，第二孔540与空气抽吸腔道424的部件424a分别错开和对中。这样，阻风阀轴组件412除了阻塞该两空气腔道408，410外，还能开启和阻断空气抽吸腔道424。与轴506类同，轴532最好具有一条在孔538处环绕它的圆环槽539，使得当阻风阀轴组件处在阻风位置时，有少量空气可通过该槽539。
应当理解，以上对本发明的说明仅仅是示例性的。业内人士在不背离本发明的情况下可能推出种种替代和改进方案。因此，本发明要包涵所有这些落在所附权利要求书的范围内的替代，改进和变更。
权利要求
1.一种内燃机，具有一个曲轴箱，一个连于该曲轴箱的气缸，一个连于曲轴箱和气缸之间的压缩空气辅助燃料喷射系统，和一个配置在气缸内的往复活塞头，其改进包括提供一种具有两个汽化器的燃料供应系统，它们根据发动机转速转换燃料供应到两个不同的局位，并采用一蓄压器，利用活塞开闭通道，在大开度节流阀位置时，反射扫气压缩空气的压力波传递来供应燃料。
2.一种与内燃机一起使用的汽化器系统，包括一个构成两空气导管的座；一个连接于该座用以将燃料供给该两空气导管的燃料计量装置；一个燃料供应改变系统，当发动机转速或负荷变化时，用以改变自燃料计量装置供应给该两空气导管的燃料量，其中该燃料供应改变系统适于对该两空气腔道中的第一空气腔道增加燃料供应，而大致同时减少对第二空气腔道的燃料供应。
3.权利要求2的汽化器系统，其特征在于第一空气腔道的流道横截面面积显著大于第二空气腔道的流道横截面面积。
4.权利要求2的流化器系统，其特征在于还包括一个连接干燃料计量装置的燃料室的燃料泵。
5.权利要求4的流化器系统，其特征在于该燃料腔与第一和第二两个空气腔道连通，使该燃料腔为第一和第二两空气腔道共同燃料腔。
6.权利要求2的流化器系统，其特征在于燃料供应变化系统包括一个根据发动机曲轴箱内的负压用以将燃料从燃料计量装置吸入第二空气腔道的系统，和一个用以减小由曲轴箱内的负压施加的负压力施加到燃料计量装置上的负压力的系统。
7.权利要求6的流化器系统，其特征在于用以减小负压力的系统包括一根穿过第二空气腔道的可旋转轴，其通孔当该轴转动时与第二空气腔道对中或错开。
8.权利要求7的流化器系统，其特征在于该轴为节流阀轴，一节流阀盘配置在第一空气腔道内，并连于该节流阀轴，其中，当流经节流阀轴内通孔的燃料流量增加时，经第一空气腔道的空气流量能增加，而经第一空气腔道的燃料流能减小。
9.权利要求2的流化器系统，其特征在于该燃料供应变化系统包括一可旋转轴，该轴具有一个贯穿它的通孔，大致横向于该轴的纵轴线。
10.权利要求2的流化器系统，其特征在于还包括一个连接于该轴的空气流量盘，该盘配置于第一空气腔道内。
11.权利要求9的流化器系统，其特征在于该轴还包括一条在该轴外侧表面的槽，接近该通孔。
12.一种将汽化器内的燃料从应给内燃机的方法，包括以下步骤将燃料供给汽化器的第一空气腔道；将燃料供给汽化器的第二空气腔道；当对第二空气腔道的燃料供应增加时，减少对第一空气腔道的燃料供应；其中燃料经第一和第二空气腔道供应到为输送到发动机同一气缸的两个相互间隔的部位，当经第二空气腔道供给该两间隔部位中的第二部位的每活塞循环的燃料流量率增加时，经第一空气腔道供给该两间隔部位中的第一部位的每活塞循环的燃料流量率减小。
13.权利要求12的方法，其特征在于还包括当发动机处在WOT工况时，基本上停止对第一空气腔道的所有燃料供应，因此对第二空气腔道的燃料供应处在每活塞循环的最大流量率。
14.权利要求12的方法，其特征在于还包括当发动机处在怠速工况时，基本上停止对第二空气腔道的所有燃料供应，因此对第一空气腔道的燃料供应处在每活塞循环的最大流量率。
15.权利要求12的方法，其特征在于对第二空气腔道供应燃料的步骤包括利用发动机曲轴箱的负压将燃料吸入第二空气腔道。
16.权利要求15的方法，其特征在于减少对第一空气腔道燃料供应的步骤包括使将燃料吸入第二空气腔道的吸力增加，以便至少部分地使第一空气腔道缺乏来自如第一和第二空气腔道所共有的燃料计量系统的燃料。
17.权利要求12的方法，其特征在于当对第二空气腔道的燃料供应增加时减少对第一空气腔道的燃料供应的步骤包括转动节流阀轴组件的单根轴，以增加经第一和第二两空气腔道的空气流量。
18.一种将汽化器内的燃料供给二冲程内燃机的方法，包括如下步骤将燃料供给汽化器中的一燃料和空气供应腔道；至少部分地根据由经汽化器的主空气腔道被吸入发动机曲轴箱内的空气产生的负压，改变被供应到该燃料和空气供应腔道的燃料量，其中该燃料和空气供应腔道内的基本上所有的燃料被输入发动机燃料室而不通过曲轴箱。
19.权利要求18的方法，其特征在于将燃料供给该燃料和空气供应腔道的步骤包括利用负压将燃料吸入该燃料和空气供应腔道。
20.权利要求19的方法，其特征在于所述改变燃料量的步骤还包括增加通至该燃料和空气供应腔道的燃料流道的横断面流通面积。
21.权利要求18的方法，其特征在于所述改变燃料量的步骤包括转动汽化器节流阀轴组件，以允许流经该燃料和空气供应腔道及主空气腔道两者的空气流量增加。
22.在具有一曲轴箱，一连于该曲轴箱的气缸，一连于曲轴箱和气缸之间的压缩空气辅助燃料喷射系统和一配置于气缸内的往复活塞头的内燃机中，其改进包括一个具有两汽化器的、燃料供应系统，一节流阀轴伸入该两汽化器部分。
23.一种和内燃机一起使用的汽化器系统，包括一个第一汽化器部分；一个第二汽化器部分；一个穿过第一和第二两汽化器部分的公共节流阀轴组件，该轴组件包括一个配置在第一汽化器部分的主空气流道内的节流阀盘和一个其上连接该节流阀盘的节流阀轴，该节流阀轴穿入第二汽化器部分的一腔道内，并可旋动，以增加和减小通向该腔道的流道。
24.权利要求23的汽化器系统，其特征在于该节流阀轴包括至少一个在该腔道处穿通该轴的通孔，当该轴转动时，该孔能至少部分地与该腔道对中和错开。
25.权利要求24的汽化器系统，其特征在于该通孔包括一个横断面尺寸，它大约相同于该腔道的横断面尺寸。
26.权利要求24的汽化器系统，其特征在于该节流阀轴还包括一条在该腔道的轴外表面上的槽。
27.权利要求24的汽化器系统，其特征在于该节流阀轴包括至少两个尺寸不同的通孔。
28.权利要求23的汽化器系统，其特征在于还包括一个穿过第一和第二两汽化器部分的共用阻风阀轴组件。
29.权利要求28的汽化器系统，其特征在于该阻风阀轴组件包括一个阻风阀轴和一个连接于该阻风阀轴的阻风阀盘，该阻风阀盘配置在第一汽化器部分的主空气流道内，而该阻风阀轴穿入第二汽化器部分的腔道内。
30.权利要求29的汽化器系统，其特征在于该阻风阀轴包括一个通孔，当该阻风阀轴转动时，能与第二汽化器部分的腔道对中的错开。
31.权利要求23的汽化器系统，其特征在于该节流阀轴组件经该汽化器系统的座穿过一空气抽吸导管，并当节流阀轴转动时，适于至少部分地开、闭通至该空气抽吸导管的通路。
32.权利要求31的汽化器系统，其特征在于该节流闭轴组件穿过所述座内的一加速泵导管，并当节流阀轴转动时，适于至少部分地开、闭通至加速泵导管的通路。
33.一种控制内燃机汽化器系统中燃料/空气混合物供应的方法，包括以下步骤提供具有两汽化器部分和一公共控制轴组件的汽化器系统，该两汽化器部分用于产生两种不同的燃料/空气混合物，该公共控制轴组件穿过相应两汽化器部分中的两单独导管；转动该公共控制轴组件以开启或限制通至该两导管的通路，其中该两导管中的第一个导管小于其中的第二个导管，该控制轴包括一个连接于在第一导管内的控制轴的盘和一个在第二导管处通至控制轴的孔，当控制轴转动时，该孔能与第二导管对中和错开，以开启或限制通至该孔和第二导管的通路。
34.如权利要求33的方法，其特征在于包括转动控制轴组件来开启或限制汽化器系统的座中的空气抽吸导管和加速泵导管的步骤。
35.如权利要求33的方法，其特征在于还包括转动第二公共控制轴以开启或限制通至该两导管的通路，其中第二控制轴包括一个连接于在第一导管内的第二控制轴上的第二盘和一个通至第二导管的第二控制轴的第二孔，当第二控制轴转动时，第二控制轴的第二孔能与第二导管对中或错开，以开启或限制通至该第二孔和第二导管的通路。
36.在具有一曲轴箱，一连于该曲轴箱的气缸，一连于曲轴箱和气缸之间的压缩空气辅助燃料喷射系统和一配置于气缸内的往复活塞头的内燃机中，其改进包括包括具有两汽化器部分的燃料供应系统，一节流阀轴组件和一阻风阀轴组件按操作关系与该两汽化器部的两空气流道相连接。
37.权利要求36的发动机，其特征在于该两空气流道中的第一流道的横断面流通面积小于其中的第二流道的横断面流通面积。
38.权利要求37的方法，其特征在于这些轴组件中的至少一个包括一根轴，一通道通过配置在该两空气流道中的第二流道处的该轴，当该轴转动时，该通道能与第二空气流道对中或错开。
39.权利要求36的方法，其特征在于该两空气流道中的第一流道与发动机曲轴箱连接，该两空气流道中的第二流道与在发动机曲轴箱和气缸之间延伸的蓄压器连接。
40.一种二程冲内燃机，包括一个曲轴箱；一个连于该曲轴箱的气缸；一个连接于该气缸的燃料供应系统；一个配置在气缸内可移动的往复活塞；一个组合的空气节流阀和曲轴箱润滑系统，用以将混合的空气和润滑剂供应到发动机曲轴箱，其中，该燃料供应系统将大部分燃料直接供应到该气缸的燃烧室内，而不使该大多数燃料经过曲轴箱，被供到曲轴箱的带有润滑剂的空气基本上用来从燃烧室中扫除已燃的气体。
全文摘要
一种内燃机(10),具有一曲轴箱(18),一连于该曲轴箱的气缸(12),一连于曲轴箱(18)和气缸(12)之间的压缩空气辅助燃料喷射系统,和一配置于气缸(12)内的往复活塞头(14)。其改进包括:提供一个具有两汽化器(19,20)的燃料供应系统(22),它们根据发动机的转速,转换燃料供应到两个不同的部位。该系统采用一蓄压器(34),利用活塞开闭通道,在大开度节流阀位置时,反射扫气空气的压力波传递来供应燃料。
文档编号F02M13/00GK1351692SQ00807696
公开日2002年5月29日 申请日期2000年3月10日 优先权日1999年3月18日
发明者S·阿亚巴里, S·R·肖 申请人:迪尔公司