专利名称：内燃机中燃料的直接喷射的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机中燃料的直接喷射。更具体地说，本发明涉及一种用于将燃料直接喷射到火花点火内燃机中的装置和方法。本发明也涉及用于火花点火内燃机的组合燃料喷射和点火装置。
背景技术：
对于燃料直接喷射到燃烧室中的火花点火内燃机，非常理想的是将燃料以有助于实现可靠并可重复点火的形式引入燃烧室内。典型地，这要求存在于燃烧室内跳火间隙处的燃料颗粒为适宜的尺寸以便提供理想的点火条件，并避免限定跳火间隙的各电极中任一个或二者被燃料抑制以及各电极中任一个或二者被燃料绝缘。在特定的用途中这个要求难于实现，尤其是，在燃料喷射器与点火装置组合成一个单独的组件的情况下。
涉及组合燃料喷射及点火装置的结构示例公开于US 4,967,708(Linder等人的)、EP 0632198(Suzuki)、US5,497,744(Nagaosa等人)以及US5,730,100(Bergsten)中。
Bergsten公开了一种在往复活塞式发动机中用于燃料喷射和点燃燃烧室内所形成的空气-燃料混合物的喷射器结构。该喷射器结构包括阀体、阀针、以及阀门元件，他们都由导电材料制成并一起形成居中定位于喷射器结构中的电极，从而构成单极火花塞。第二电极可操纵地连接到活塞或活塞在其中往复运动的气缸上。通过这种结构，喷射器将燃料传送到燃烧室中，而在喷射器上的电极与燃烧室内的电极的协同作用产生跳火间隙，在该间隙处可以按照发动机工作的时间顺序产生点火火花。这种结构能够使燃料作为燃料颗粒的喷雾或云形式的单一流体传送到燃烧室中，但不需要以调节燃料相对跳火间隙的分散和流动以便利于可靠的点火过程并避免电极抑制的方式传送燃料。
此外，由于物理限制，经常是不可能或是难于将适宜的点火装置的跳火间隙布置在燃烧室内最佳的点处。例如，在特定应用中，点火的最佳区域为传统点火装置力所不及的。由此这需要特别改进的点火装置，如远程火花塞(long reach spark plug)或火花塞在发动机的气缸盖内独特地定向。随之，这会导致成本增高以及难于克服的其他工程和耐久性问题。
针对这种情况，以及与其相关联的问题和难点，已经研制出本发明。尤其是，本发明的目的是提供一种燃料输送喷射器，该喷射器以提供有助于实现可靠的点火的方式将燃料传送到跳火间隙处。
发明内容
本发明提供了一种用于火花点火内燃机的燃料输送喷射器，该燃料输送喷射器包括限定流动路径的装置，以用于将夹带于气体中的燃料传送到发动机的燃烧室中，该流动路径具有输送口，燃料通过该输送口作为燃料颗粒和蒸汽的喷雾被传送到燃烧室中，输送口限定于阀座和相对于阀座可移动以开启和关闭输送口的阀门元件之间，输送喷射器被构造成影响燃料喷雾的轨迹，由此使燃料喷雾中较小的燃料颗粒和蒸汽流向紧靠近输送口下游端的跳火间隙，并由此不会使较大的燃料颗粒如此以流向跳火间隙。
优选地是，燃料输送喷射器包括流动控制装置，该装置在燃料喷雾的喷射方向上从输送口向外设置，该流动控制装置被构造并定位成影响燃料喷雾的轨迹，由此使燃料喷雾中较小的燃料颗粒和蒸汽流向控制装置附近的跳火间隙。
通过这种结构，跳火间隙能够位于输送口下游的区域内，在该区域小的燃料颗粒和蒸汽占优势，这个区域和如此的条件对于可靠并可重复的点火更有利。实际上，在跳火间隙处更易于阻碍点火进程的较大的燃料颗粒与在气流中较小的颗粒分离开，较大的颗粒借助于他们的动量继续沿着他们从输送口排出时建立的轨迹。
替换地或另外，流动控制装置可以包括或进一步包括输送口。
优选地是，流动控制装置包括流动控制突起，该突起支撑在阀门元件上并从阀门元件向外延伸而超过输送口。较小的颗粒和蒸汽由突起的外廓根据附壁(Coanda)效应被引导，也就是说，较小的颗粒和蒸汽被朝向突起的表面而向内牵引，从而出现一定程度的燃料喷雾颈缩现象(necking in)。然而，应指出的是，在特定用途中，即使没有设置在阀门元件下游的流动控制突起，也可以出现类似的效应。在这种情况下，认为是小的燃料颗粒和蒸汽随着他们被输送到燃烧室中由于刚好在燃料输送喷射器的阀门元件之下存在的低压区而被向内牵引。
例如，该突起可以具有美国专利US5,551,638或美国专利第US5,833,142号中所公开的外廓。二者已经转让给本申请人，并且其内容合并与此作为参考。
突起可以与阀门元件一体形成，或例如借助于螺纹连接其可以从后者上拆卸。
在喷射器形成为组合的喷射及点火装置的一部分的情况下，控制突起可以限定第一电极，该电极与第二电极一同限定跳火间隙。由控制突起限定的第一电极优选地为主电极，在这种情况下，第二电极限定了次级电极。两个电极可以相对彼此设置成它们之间限定的跳火间隙可以提供径向间隙或轴向间隙。如果需要的话，可以具有多于一个所述第二电极，在该情况下，第二电极可以方便地围绕由控制突起限定的主电极或中心电极圆周方向间隔开。在阀门元件下游未设置突起的某些用途中，或在作为存在控制突起的替换性结构中，阀门元件本身可以被构造成第一电极，而跳火间隙设置在喷射器的阀门元件和第二电极之间。
通过使跳火间隙由突起或阀门元件限定，有效地确保了跳火间隙在由燃料输送喷射器所形成的小燃料颗粒和蒸汽区域中的位置。这是由于输送口和/或流动控制突起的作用，其利于将燃料喷雾中的小燃料颗粒和蒸汽向紧靠近输送口下游端的区域吸引，而跳火间隙布置在该区域中。
在跳火间隙被构造为突起或阀门元件与次级电极之间的径向间隙的情况下，对于喷射器来说可以实现一定的益处。首先，由于不需要将任何元件设置于控制突起下游以提供跳火间隙，因而组合的喷射及点火装置一般其整体长度较短，其次，由于空燃比的范围或变化剖面易于基本上垂直于燃料流入气缸的方向存在，因此穿过径向间隙的火花潜在地更易于横穿更大量的空燃比，并由此增大发生燃料-空气可燃混合气点燃的可能性。这尤其适用于分层填充或稀混合气发动机，在该情况下，这种空燃比的范围易于存在于由喷射器输送到燃烧室中的燃料喷雾中。
优选地是，燃料-空气可燃混合气在燃烧室内的点火能够直接离开由输送喷射器喷射的燃料喷雾而发生，也就是说，在实现点火之前，不需要使燃料喷雾被燃烧室内的其他元件，如活塞凹顶(piston bowl)反射或折射。方便的是，点火偏离燃料喷雾的内部发生，即，与其他零件或燃料喷雾的四周相比，点火在紧靠近控制突起或燃烧室中心区域的区域内实现。
优选地是，燃料输送喷射器被布置成将夹带于气体中的燃料直接输送到发动机的燃烧室内。这种气体或空气辅助的喷射特别利于分层燃料-空气分布在燃烧室内的建立。便利地是，输送喷射器为向外开口或提升阀型。优选地是，输送口包括在夹带于气体的燃料的流动方向上扩散的环形通道。对于环形通道特别优选地是将输送口限定为包括收缩部分和扩散部分的结构，该收缩部分限定了最小节流区域，而扩散部分在收缩部分的下游，限定了扩散喷嘴。这种结构有助于在从喷射器排出的燃料喷雾中形成小的燃料颗粒。这种结构可以通过将阀座设置为截圆锥形的环形表面以便提供扩散特性而予以实现。阀门元件可以设置与阀座面对的弧形形式的密封面。
燃料输送喷射器也可以包括阀体，阀体限定了具有阀杆的阀门，阀门元件安装在阀杆的一端上。阀杆可以容放在阀体内的孔中。便利地是，阀座在阀体的燃烧室端围绕该孔设置。
本发明也提供了用于火花点火内燃机的组合的燃料喷射及点火装置，该组合的燃料喷射和点火装置包括限定流动路径的装置，用于将夹带于气体中的燃料输送到发动机的燃烧室内，流动路径具有输送口，燃料通过该输送口作为燃料颗粒和蒸汽的喷雾而输送到燃烧室内，输送口被限定于阀座和相对阀座可移动以用于开启和关闭输送口的阀门元件之间，该组合的燃料喷射和点火装置还包括用于与第二电极协作以形成跳火间隙的第一电极、以及流动控制装置，流动控制装置用于影响从输送口喷出的燃料喷雾的轨迹，由此使燃料喷雾中的小的燃料颗粒和蒸汽向跳火间隙流动，并由此使较大的燃料颗粒不向跳火间隙流动。
流动控制装置可以包括流动控制突起，该突起设置于阀门元件上并在燃料喷雾喷射的方向上向输送口外延伸。替换地是或另外，流动控制装置可以包括或进一步包括输送口。
第二电极可以形成为组合的燃料喷射及点火装置的一部分，或其可以与后者单独地存在。在第二电极设置为组合的燃料喷射及点火装置的一部分的情况下，第二电极优选地被构造并定位成提供径向跳火间隙。由此，这种双极火花塞可以使点火直接偏离所喷射的燃料喷雾的内部区域进行。
本发明也提供了一种用于火花点火内燃机的组合的燃料喷射及点火装置。组合的燃料喷射及点火装置包括限定流动路径的装置，以用于将夹带于气体中的燃料传送到发动机的燃烧室内。流动路径具有输送口，燃料通过该输送口以燃料液滴和蒸汽形式喷雾状输送到燃烧室中，输送口限定于阀座和相对于阀座可移动以用于开启和关闭输送口的阀门元件之间，所述组合燃料喷射及点火装置还包括流动控制突起，该突起布置在阀门元件上并在燃料喷雾的喷射方向上从输送口向外延伸，该流动控制突起限定第一电极，该电极与另一个电极相配合以形成跳火间隙，输送口和/或控制突起被构造并定位成影响燃料喷雾的轨迹，由此使燃料喷雾中的小液滴和蒸汽向跳火间隙流动，并由此使较大的燃料液滴不向跳火间隙流动。
本发明也提供了一种将燃料喷射到内燃机中的方法，该内燃机具有燃烧室和用于将输送到燃烧室内的燃料火花点燃的跳火间隙，该方法包括以下动作将夹带于气体中的计量量的燃料通过可选择性开启的输送口输送到燃烧室内，以在输送口开启时提供从其喷出的燃料喷雾；并且控制燃料喷雾，以使燃料蒸汽和较小的燃料液滴向跳火间隙流动，而不这样影响较大的液滴，从而较大的液滴持续其轨道，该轨道不通向跳火间隙。
燃料喷雾可以通过使其受到定位于输送口下游的流动控制装置的影响而得以控制。燃料喷雾也可以或另外借助于输送口的构型加以控制。
本发明将通过参照对附图中所示的其特定实施例的描述加以理解。图中图1是根据第一实施例的组合的喷射及点火装置的排出端的局部示意图，示意性示出了从其喷出的燃料喷雾的流动图形；图2是类似于图1的视图，除了它是关于根据第二实施例的组合喷射及点火装置的之外；图3也是类似于图1的视图，除了它是关于根据第三实施例的组合喷射及点火装置的之外；图4是根据第四实施例的组合喷射及点火装置的侧视图；图5是图4中线5-5上的剖面图；以及图6是根据第五实施例的组合喷射及点火装置的排出端的局部示意图。
具体实施例方式
参照附图中的图1，根据第一实施例的装置10包括用于往复活塞式火花点火内燃机(未示出)的组合燃料喷射及点火装置，该内燃机具有一个或多个燃烧时，燃料通过双流直接喷射过程(dual fluid direct injection process)输送到其内。
装置10包括具有输送端部14的主体13，和外螺纹构造(未示出)以允许装置10螺纹连接到发动机缸盖内的传统火花塞孔中，同时使输送端部14开口到燃烧室内。主体13容纳陶瓷绝缘体15，该绝缘体15围绕具有中心孔19的阀体17。阀门21容放在阀体17的中心孔19中。阀门21在阀杆25的一端具有阀门元件23。阀杆25被适宜的装置(未示出)导引而在孔19内往复运动。阀杆25尺寸小于孔19，从而在阀杆25和孔19的侧壁之间限定了环形通道27。环形通道27限定了用于将夹带于气体中的燃料传送到发动机燃烧室内的流动路径28。其内夹带燃料的气体优选地为诸如空气的氧化剂，在其中燃料夹带于空气中加以输送的双流体燃料喷射系统的工作例如在本申请人的美国专利第4,693,224号和美国专利RE36,768中有所公开，其内容合并与此作为参考，并且该内容在此不再进一步描述。
阀门元件23与设置在阀体17中、流动路径28的输送端处的阀座31协作。阀门元件23与阀座31协作以限定输送口30。阀座31包括截圆锥形式的环形表面或面33。装置10的阀门元件23向外开口或为提升阀型，尽管其它适宜的结构也同样可以使用。然而，这种向外开口的阀门尤其适于本发明和双流体燃料喷射系统，在于相对于从输送口30喷出的燃料喷雾，能够使他们提供更理想的燃料散布和分配效应。
阀门元件23具有密封面35，该密封面可以移动而与阀座31形成密封结合或与阀座31脱离密封结合，以用于开启和关闭输送口30。通过这种结构，夹带于气体中的被计量量的燃料通过选择性打开的输送口30输送到燃烧室内，以在输送口30开启时提供从输送口30喷出的燃料喷雾。
从输送口30喷出的燃料喷雾的方向和形状部分由阀门元件23的环形表面33和面35的结构确定，面35和表面33一起作用为在燃烧室内产生具有圆锥或钟形构型的燃料烟流。以下将进一步解释该方面。
输送口30由阀门元件23相对于阀座31的运动而开启和关闭。设置了驱动单元(未示出)以用于操纵阀门21，从而移动阀门元件23而与阀座31形成接合及脱离接合。驱动单元例如可以包括设置在主体13内的电磁装置，该装置可操纵地连接到阀杆25上，由此，阀门元件23随着电磁装置被选择性地供能和断开能量而移动以开启及关闭口30。可以使用其他任何适宜形式的驱动单元或驱动系统，例如包括压电、液力和机械结构。
输送口30包括在阀座31的环形面33和阀门元件23的弧形密封面35之间的环形通道。通过这种结构，限定输送口30的环形通道为包括收缩部分37和扩散部分39的结构，收缩部分37限定了最小节流区域，而扩散部分在收缩部分37的下游，限定了扩散喷嘴。
流动控制突起41设置在阀门元件23上并在阀门元件23的下游。流动控制突起41在来自输送口30的燃料喷雾的喷射方向上从阀门元件23轴向延伸。该流动控制突起41可以通过任何适宜的装置固定到阀门元件23上，在图1的实施例中，该突起41通过颈缩部分(necked-in portion)40连接到阀门元件23上。
流动控制突起41具有呈现出如上述美国专利第5,551,638中所公开的外部表面的外廓。通过这种外廓，流动控制突起41影响从输送口30喷出的燃料喷雾的轨迹，如后面更详细描述的那样。当然可以使用其它适宜的外廓，并且一些替换方案例如在上述美国专利第5,833,142中加以公开。
流动控制突起41的最外端限定了主电极45，该主电极45与次级电极47一起在其间限定了跳火间隙49。在本实施例中跳火间隙49相对于流动控制突起41轴向设置。设置了高压电路(未示出)以选择性地在主电极45和次级电极47之间建立电势差，由此产生穿过跳火间隙49的点火火花。用于在主电极处建立电势的高压电流通过阀门21传导到电极上。于是，阀门21和阀体17由陶瓷绝缘体15绝缘。次级电极47可以形成为装置10的一部分，然而，其也可以替换地布置在发动机的其它适宜部件或元件上，例如布置在缸盖上。
如上所述，环形面33和密封面35的结构，更具体地说流动控制突起41的结构影响了从输送口30喷出的燃料喷雾的轨迹。在燃料喷雾中的蒸汽和较小的燃料液滴如图1中流线51示意性描绘的那样被拉向流动控制突起41，并由此导引到跳火间隙49附近的区域。燃料喷雾被引向流动控制突起41并遵循由突起41的外廓限定的路径，如流线51所示的那样。这种对燃料喷雾轨迹的影响是由公知为附壁(Coanda)效应的流体流动现象产生的，如前述美国专利5,551,638中所讨论的。小的燃料液滴的轨迹由于他们的表面积对体积的比较大而受到流动控制突起41的影响，这种液滴一般存在于用数字1.0表示的单位数量级的气液比中。
在气液比较低，如数字0.1表示的数量级时，燃料液滴足够大而借助于他们的动量抵抗流动控制突起41的影响，并遵循流线53所描绘的轨迹。由此，在具有较大的气液比的从输送口30喷出的燃料喷雾中，流动控制突起41对燃料烟流成形的作用更显著，相反，在具有较小气液比的燃料喷雾中，输送口30的排出表面对燃料烟流的成形具有更显著的作用。
于是，燃料液滴和蒸汽被引向跳火间隙49附近的区域，而较大的燃料液滴被排斥在进入该区域之外，在该区域内他们易于撞击到电极上，尤其是撞击到恰好在跳火间隙49附近的次级电极47上。由此突起有利于恰好在输送口30的下游区域内建立理想的可重复气/液比。这有利于实现可重复并可靠的点火过程，在于避免了较大燃料液滴的绝缘和抑制效应。
图1所示其中跳火间隙49轴向设置的实施例结构的特别优点在于间隙49的尺寸在输送口30开启时减小而在输送口30关闭时增大，由于跳火间隙49在喷射器触发时接近而特别有益。于是，放电点火电弧所需的电势降低，在输送口30接近和跳火间隙49开启到其最大程度时，电弧易于持续建立。
如上所述，图1所示的流动控制突起41的外廓被认为是特别有利的，虽然其他流动控制突起的外廓也有一定的可能。这种其他外廓中的一种在图2所示的装置10中加以说明。图2所示的结构的进一步区别在于由流动控制突起41限定的主电极45和次级电极47之间的跳火间隙49为径向设置，与图1所示的实施例中的轴向设置相反。在特定用途中，径向跳火间隙49的设置实际上比轴向间隙更理想。这尤其在取决于所使用的流动控制突起41的形状和构造的情况下。由于较小的燃料液滴和蒸汽向突起41的表面吸引(如前面所阐明的)，在一定的工作条件下，一些液滴和燃料蒸汽会接触到该表面并沿着该表面向突起41的最下端流动。这会导致在突起41的最下端形成较重的燃料液滴，这在跳火间隙49相对于突起41轴向设置的情况下会撞击到电极45、47上。于是，在这种用途中提供径向跳火间隙49将是优选的，是由于这会避免沿着突起41的表面流动的流体薄层所产生的任何有害效应。
此外，并如上面所阐述的，径向跳火间隙的设置可以确保火花横穿在气缸中所存在的一定范围的空燃比。由此，这种结构会增大点火事件发生的可能性。
在第一和第二实施例中，跳火间隙49位于流动控制突起41的最下端附近。替换的结构示于图3中，其中次级电极47靠近输送口30定位，以便也有利于减轻燃烧沉积物，而后者会形成在扩散喷嘴39的附近，扩散喷嘴39形成在输送口30处。在这个实施例中，沉积物由跳火间隙49的火花的作用而形成的电腐蚀去除。为此目的，也可以设置多于一个次级电极47，以增强这种腐蚀效果。在具有多个次级电极47的情况下，他们可以方便地围绕主电极45在圆周方向设置。沉积物的形成以这种方式减轻或去除作用保持输送口30的阀门排出表面的完整性。
此外，在装置10上未设置流动控制突起41并且跳火间隙设置于次级电极47和阀门元件23之间的特定用途中，图3所示的次级电极47的位置为其一种可能的结构，该结构有利于实现可靠并可重复的点火。在这种结构中，即使没有设置突起，从输送口30喷出的燃料喷雾的两种流体特性和输送口30排出表面的特征将导致燃料喷雾在喷嘴下游颈缩(neck-in)，这是由于恰好在阀门元件23之下及附近存在低压区。这会由双流体输送喷射器所提供的燃料液滴的精细雾化得以促进。此外，主要使在阀门元件23之下的区域免受较大、较重燃料液滴(的影响)，并由此大致能够确保恰在输送口30下游区域内建立有利于点火的可重复空/燃比。
在图1、2和3所示的实施例中，夹带于气体中的燃料沿着有通道27限定的流动路径被输送到燃烧室内，该通道27围绕阀杆25设置。然而，其它适宜的结构也是有可能的。这种其他结构中的一种示于图4和图5所说明的实施例中。在该实施例中，阀杆25为中空的，以便提供流动通道61，燃料和/或气体可以沿着该通道输送。开口63可以设置在阀杆25的壁内，以允许气态流体从通道61流动到外部区域65中，在输送口30开启时该流体可以从在该区域中输送。这种具有中空阀杆的燃料输送喷射器例如在本申请人的美国专利RE 36,768中描述，该内容合并于此作为参考。
图6所示的实施例类似于图4和图5所示的实施例，除了次级电极47描绘与各个可能的位置以外。在图4、5和6的每一个中，类似的附图标记用于与图1、2和3的实施例中所描述的部件相对应的部件。
在前面所描述的各个实施例中，由流动控制突起41限定的主电极45可以容纳电阻线圈，或其可以整个由固定到阀门元件23上的电阻材料形成，由此在点火事件过程中各电极之间电弧发电时可以降低电流和电压的变化率。由于这可以减小与附近的电路或电子系统相干涉的电磁辐射或干扰而是有益的。在一特定的结构中，电极可以包括带有5到50kΩ数量级的电阻的部分导电陶瓷。典型地将金属涂层设置到陶瓷电极的端部。考虑到由火花电弧的腐蚀球形或其它适宜形状的贵金属(如铂或铱)可以焊接到金属涂层上而提供所需的寿命。
此外，次级电极47可以通过如图1所示的电阻路径或元件54连接到次级电势上，这种电阻路径在点火事件过程中电弧放电时可以类似地限制跳火间隙49处的电压和电流的变化。
由上面可以看出根据各个实施例的组合喷射及点火装置提供了以提供有利于可靠和可重复点火过程的条件的方式将燃料输送到跳火间隙的非常有效的结构。尤其是，如上所述的组合喷射及点火装置的优点在于它能够使装置10的跳火间隙49布置在促使或导致蒸汽和较小的液滴流动的区域中。此外，使不利于可靠点火建立的条件的较大的液滴避开跳火间隙49。于是，根据本发明的装置使跳火间隙49能够设置在输送口30的下游，在该处存在对点火较大的容限。结果，与现有技术结构相比可以实现特定的优点，在现有技术结构中，在将适宜的火花装置设置于这种较高点火容限区域内方面产生明显的困难。即，本发明对于跳火间隙49可以定位的地方提供了相当大的灵活性。尤其是，基于双流体燃料喷射过程起作用的如上所述的组合喷射及点火装置适应于在装置下游的跳火间隙49位置方面的较宽的变动，这是由于恰好在其下游区域内产生的理想的可重复的空/燃比而实现的。
同样值得注意的是通过本发明，点火远离燃料喷雾烟流的中部发生，与远离其外部相反，(即，跳火间隙靠近燃料输送喷射器的轴向轴线定位)。这从图1和2的考虑中可以清楚地理解。这总地不同于现存的现有技术结构，在后者中，点火一般远离燃料喷雾烟流的外部或四周发生(即，从输送喷射器的轴向中心线向外或进一步径向间隔开)。此外，根据本发明的结构也能够使点火直接远离已经从输送口30排出的初始燃料喷雾烟流实现，也就是说，在很多现有技术结构中，点火事件直到燃料的空气燃料混合气已经由燃烧室内的其他部件(例如，活塞顶部的空腔或碗形)折射或反射后才发生，如上所述，根据本发明的结构允许点火在被计量量的燃料从输送口30传送后立即发生。
当然，组合喷射及点火装置的特征不限于此前描述的各个实施例中所示的结构，而不同构造的其它适宜结构当然可以被采用。例如，组合喷射和点火装置可以为双部分结构，如本申请人的同时待审的澳大利亚临时专利申请PQ3501和PQ3502中所描述的结构，该申请在1999年10月18日提交，并且该内容合并与此作为参考。
然而，应理解的是本发明的内容不限于所述各实施例的范围内。尤其是，应理解为本发明不限于提供了组合燃料喷射及点火装置的装置中。例如，本发明可以仅提供一种燃料喷射装置，该装置与独立的点火装置，如适宜的火花塞相关联地工作。此外，虽然主要相对于向外开口或提升阀型输送喷射器结构加以讨论，可以构想本发明的特定方面可以应用于适宜地设计的向内开口或枢轴型输送喷射器或阀门结构中。
此外，应理解的是本发明对于由其输送的主要为液态燃料或气态燃料(如LPG、LNG和CNG)来说是同样适用的。
虽然本发明的各方面主要参照单路径组合点火和喷射装置加以描述，在该装置中然料(或空气)和高压点火电流大致遵循相同路径，但应理解的是本发明对于燃料和高压点火电流不遵循共同的路径通过点火及喷射装置的情况同样适用。
本发明适用于所有类型的内燃机，不论是两冲程还是四冲程的，但是对于直喷四冲程发动机具有特别的可应用性，在该发动机中，在容纳各种部件、零件及特征的缸盖内可用的所限制空间方面经常存在各种要克服的困难。明显地是，本发明的实施例避免了在于发动机燃烧室相对应的缸盖内具有单独的燃料输送喷射器和单独的点火装置的需要。
遍及本说明书，除非上下文需要，否则词“包括”或其变形将被理解为暗示包含一定的整数或整数组，但并不排除其他任何整数或整数组。
权利要求
1.一种用于火花点火内燃机的燃料输送喷射器，该燃料输送喷射器包括限定流动路径的装置，以用于将夹带于气体中的燃料传送到发动机的燃烧室中，该流动路径具有输送口，燃料通过该输送口作为燃料液滴和蒸汽的喷雾被传送到燃烧室中，输送口限定于阀座和相对于阀座可移动以开启和关闭输送口的阀门元件之间，输送喷射器被构造成影响燃料喷雾的轨迹，由此使燃料喷雾中较小的燃料颗粒和蒸汽流向紧靠近输送口下游端的跳火间隙，并由此不会使得较大的燃料颗粒流向跳火间隙。
2.如权利要求1所述的燃料输送喷射器，还包括流动控制装置，该装置在燃料喷雾的喷射方向上从输送口向外设置，该流动控制装置被构造并定位成影响燃料喷雾的轨迹，由此使燃料喷雾中较小的燃料颗粒和蒸汽流向控制装置附近的跳火间隙。
3.如权利要求2所述的燃料输送喷射器，其中，流动控制装置包括设置于阀门元件上并从阀门元件上延伸而超过输送口的流动控制突起。
4.如权利要求3所述的燃料输送喷射器，其中，流动控制突起安装于阀门元件上。
5.如权利要求4所述的燃料输送喷射器，其中，流动控制突起可以拆卸地连接到阀门元件上。
6.如权利要求3所述的燃料输送喷射器，其中，流动控制突起被构造为阀门元件的一部分。
7.如权利要求3到6中任一项所述的燃料输送喷射器，其中，流动控制突起被构造并定位成使较小的液滴和蒸汽由突起的外廓导引。
8.如权利要求1所述的燃料输送喷射器，其中，在使用中，大致低压区恰好在燃料输送喷射器的阀门元件之下形成，并且，较小的液滴和蒸汽随着他们被输送到燃烧室内由于大致低压区的存在而向内朝向跳火间隙引导。
9.如上述权利要求中任一项所述的燃料输送喷射器，其中，流动控制突起限定了第一电极，该电极用于与第二电极协作以限定跳火间隙。
10.如权利要求1到8中任一项所述的燃料输送喷射器，其中，阀门元件被构造为第一电极，用于与第二电极协作以限定跳火间隙。
11.如权利要求9或10所述的燃料输送喷射器，其中，第一电极为主电极。
12.如权利要求9、10或11所述的燃料输送喷射器，其中，第一和第二电极相对彼此设置成它们之间限定的跳火间隙提供一轴向间隙。
13.如权利要求9、10或11所述的燃料输送喷射器，其中，各电极相对彼此设置成它们之间限定的跳火间隙提供一径向间隙。
14.如权利要求13所述的燃料输送喷射器，其中，多个所述第二电极围绕第一电极圆周方向间隔开。
15.如上述权利要求中任一项所述的燃料输送喷射器，其布置成直接将夹带于气体中的燃料输送到发动机的燃烧室内。
16.如上述权利要求中任一项所述的燃料输送喷射器，其中，喷射器为向外开口或提升阀型。
17.如上述权利要求中任一项所述的燃料输送喷射器，其中，在跳火间隙处的点火紧接在从输送口喷射出燃料喷雾后发生。
18.如权利要求17所述的燃料输送喷射器，其中，点火偏离燃料喷雾的内部而发生。
19.如上述权利要求中任一项所述的燃料输送喷射器，其中，输送口包括在夹带于气体中的燃料流动方向上扩散的环形通道。
20.如权利要求19所述的燃料输送喷射器，其中，限定输送口的环形通道包括收缩部分和扩散部分，收缩部分限定了最小节流区域，而扩散部分在收缩部分下游，限定了扩散喷嘴。
21.如权利要求20所述的燃料输送喷射器，其中，阀座具有截圆锥形的环形表面，以提供扩散部分。
22.如权利要求20或21所述的燃料输送喷射器，其中，阀门元件具有与阀座面对的弧形形式的密封表面。
23.一种用于火花点火内燃机的组合燃料喷射及点火装置，该组合燃料喷射及点火装置包括限定流动路径的装置，以用于将夹带于气体中的燃料传送到发动机的燃烧室内，流动路径具有输送口，燃料通过该输送口以燃料液滴和蒸汽形式输送到燃烧室中，输送口限定于阀座和相对于阀座可移动以用于开启和关闭输送口的阀门元件之间，所述组合燃料喷射及点火装置还包括与第二电极协作以形成跳火间隙的第一电极，以及流动控制装置，该流动控制装置用于影响从输送口喷出的燃料喷雾的轨迹，由此使燃料喷雾中的小液滴和蒸汽向跳火间隙流动，并由此使较大的燃料液滴不向跳火间隙流动。
24.如权利要求23所述的组合燃料喷射及点火装置，其中，流动控制装置包括流动控制突起，该突起设置在阀门元件上并在燃料喷雾喷出方向上从输送口向外延伸。
25.如权利要求24所述的组合燃料喷射及点火装置，其中，流动控制突起限定了所述第一电极。
26.如权利要求23所述的组合燃料喷射及点火装置，其中，流动控制装置包括输送口。
27.如权利要求24或25所述的组合燃料喷射及点火装置，其中，流动控制装置还包括输送口。
28.如权利要求26或27所述的组合燃料喷射及点火装置，其中，阀门元件限定所述第一电极。
29.如权利要求23到28中任一项所述的组合燃料喷射及点火装置，还包括所述第二电极。
30.如权利要求23到29中任一项所述的组合燃料喷射及点火装置，其中，在跳火间隙处的点火紧接在从输送口喷射出燃料喷雾后发生。
31.如权利要求30所述的组合燃料喷射及点火装置，其中，点火偏离燃料喷雾的内部而发生。
32.一种用于火花点火内燃机的组合燃料喷射及点火装置，该组合燃料喷射及点火装置包括限定流动路径的装置，以用于将夹带于气体中的燃料传送到发动机的燃烧室内，流动路径具有输送口，燃料通过该输送口以燃料液滴和蒸汽形式输送到燃烧室中，输送口限定于阀座和相对于阀座可移动以用于开启和关闭输送口的阀门元件之间，所述组合燃料喷射及点火装置还包括流动控制突起，该突起布置在阀门元件上并在燃料喷雾的喷射方向上从输送口向外延伸，该流动控制突起限定第一电极，该电极与第二电极相配合以形成跳火间隙，输送口和/或控制突起被构造并定位成影响燃料喷雾的轨迹，由此使燃料喷雾中的小液滴和蒸汽向跳火间隙流动，并由此使较大的燃料液滴不向跳火间隙流动。
33.一种将燃料喷射到内燃机中的方法，该内燃机具有燃烧室和用于将输送到燃烧室内的燃料火花点燃的跳火间隙，该方法包括以下动作将夹带于气体中的计量量的燃料通过可选择性开启的输送口输送到燃烧室内，以在输送口开启时提供从其喷出的燃料喷雾；并且控制燃料喷雾，以影响燃料蒸汽和较小的燃料液滴使其向跳火间隙流动，而不这样影响较大的液滴，从而较大的液滴持续其不通向跳火间隙的轨道。
34.如权利要求33所述的方法，其中，燃料喷雾可以通过使其受到定位于输送口下游的流动控制装置的影响而得以控制。
35.如权利要求33或34所述的方法，其中，燃料喷雾可以由输送口的构型加以控制或进一步控制。
全文摘要
一种用于火花点火内燃机的燃料输送喷射器,该输送喷射器形成了提供用于发动机的组合燃料喷射和点火装置的装置(10)的一部分。燃料喷射器包括限定流动路径(28)的装置,以用于将夹带于气体中的燃料传送到发动机的燃烧室中,该流动路径(28)具有输送口(30),燃料通过该输送口作为燃料液滴和蒸汽的喷雾被传送到燃烧室中,输送口(30)限定于阀座(31)和相对于阀座(31)可移动以开启和关闭输送口的阀门元件(23)之间。输送喷射器被构造成影响燃料喷雾的轨迹,由此使燃料喷雾中较小的燃料颗粒和蒸汽流向紧靠近输送口下游端的跳火间隙(49),并由此不会如此影响较大的燃料颗粒以流向跳火间隙(49)。燃料喷雾的轨迹由于流动控制装置的存在或输送口的构型而得以控制。在利用流动控制装置的情况下,其可以包括流动控制突起(41),该突起设置在阀门元件(23)上并从其向外延伸而超过输送口(30)。在装置(10)提供了组合燃料喷射器及点火装置情况下,装置(10)设置有主电极(48),该主电极与次级电极(47)协作以限定跳火间隙(49)。流动控制突起(41)被利用为限定主电极(48)。还描述并要求保护提供组合燃料喷射及点火装置的装置(10)。
文档编号F02M61/00GK1379847SQ00814373
公开日2002年11月13日 申请日期2000年10月18日 优先权日1999年10月18日
发明者迈克尔·L·麦凯, 马克·D·阿彻 申请人:轨道发动机公司(澳大利亚)有限公司