用于提供自適應渦流噴射和點火的方法及裝置的制造方法
【專利說明】用于提供自適應渦流噴射和點火的方法及裝置
[〇〇〇1]對相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年11月19日提交的美國臨時專利申請N0.61/728, 157,題為“用于提供自適應渦流噴射和點火的方法及裝置”和2013年3月12日提交的美國非臨時申請N0.13/797, 753,題為“用于提供自適應渦流噴射和點火的方法及裝置”的權(quán)益，為所有目的，申請61/728, 157和13/797, 753的全部公開內(nèi)容通過引用被結(jié)合于此。
【背景技術(shù)】
[0003]在具有低十六烷品級的替代燃料，例如氫氣、甲烷、發(fā)生爐煤氣和燃料醇，被用于替代在為壓縮點火設計的發(fā)動機中的柴油燃料的情況下，提供強制點火以實現(xiàn)這些替代燃料的適當燃燒和應用是很有必要的。各替代燃料選擇的優(yōu)化應用需要變量的調(diào)整，例如燃料噴射和點火事件的正時以及用于對被輸送的燃料進行增壓并點火的能量總量。因此，存在對于燃料系統(tǒng)硬件和方法的需求，以促進與各種替代燃料的噴射和點火相關(guān)的變量的優(yōu)化。
【附圖說明】
[0004]設備、系統(tǒng)和方法的典型實施例參考下述各圖得到描述，其中類似的參考數(shù)字所指的是貫穿各種視圖中的類似的部分，除非有相反的明確指示。
[0005]圖1是根據(jù)第一典型實施例的噴射器-點火器的橫截面的側(cè)正視圖；
[0006]圖2是圖1中所示的噴射器-點火器的部分橫截面的側(cè)視圖；
[0007]圖3A是圖1和圖2中所示的閥座電極的透視圖；
[0008]圖3B是圖1-3A中所示的閥座電極的透視圖；
[0009]圖4A是根據(jù)另一典型實施例的閥座電極的側(cè)正視圖；
[0010]圖4B是圖4A中的閥座電極的透視圖；
[0011]圖5是根據(jù)本技術(shù)說明一種典型的渦流模式的透視圖；
[0012]圖6是根據(jù)本技術(shù)說明另一種典型的渦流模式的透視圖；
[0013]圖7是根據(jù)本技術(shù)說明又一種典型的渦流模式的透視圖；
[0014]圖8是根據(jù)本技術(shù)說明還一種典型的渦流模式的透視圖；
[0015]圖9是根據(jù)本技術(shù)說明再一種典型的渦流模式的透視圖；
[0016]圖10是根據(jù)第二典型實施例的噴射器-點火器的部分橫截面的透視圖；
[0017]圖11是根據(jù)第三典型實施例的噴射器-點火器的橫截面的側(cè)正視圖；
[0018]圖12是根據(jù)第四典型實施例的噴射器-點火器的橫截面的側(cè)正視圖；
[0019]圖13是根據(jù)第五典型實施例的噴射器-點火器的橫截面的側(cè)正視圖；
[0020]圖14是根據(jù)第六典型實施例的噴射器-點火器的橫截面的側(cè)正視圖；
具體實施例
[0021]根據(jù)一些提供自適應渦流噴射和點火的典型的實施例，本文公開了噴射器-點火器。自適應渦流噴射和點火使較少的昂貴燃料的利用成為可能，例如氫氣、甲烷、各種醇類和其它替代燃料。自適應渦流噴射和點火也使得燃燒的優(yōu)化和分層熱產(chǎn)生成為可能，相比典型的使用柴油燃料的壓縮點火發(fā)動機而言，實現(xiàn)更高的空氣利用效率。因此，可以顯著減少或消除會引起反對的排放。
[0022]根據(jù)一些提供自適應渦流噴射和點火的典型的實施例，本文公開了噴射器-點火器。自適應渦流噴射和點火使得燃燒的優(yōu)化和分層熱產(chǎn)生能夠?qū)崿F(xiàn)改進的空氣利用效率，從而減少會引起反對的排放、提高燃料經(jīng)濟性、增加發(fā)動機性能。在一個典型的實施例中，燃料噴射器-點火器包括殼體、致動器和閥。所述閥包括響應于所述致動器的激活，用于通過適當?shù)南騼?nèi)或向外運動抵住閥座進行打開和關(guān)閉的閥頭。所述閥座包括延伸到所述閥頭以外且在所述殼體以內(nèi)以形成至少一個像環(huán)形間隙這樣的間隙的電極部分。位于所述殼體和電極部分之間的電流放電建立了等離子體和從所述間隙驅(qū)動所述等離子體的電磁力。所述噴射器-點火器可進一步包括一個或多個連接到所述殼體和工作時提供燃料閥操作和/或所述電流放電的閥座的電源。
[0023]在本文公開的本技術(shù)的一個方面，電極部分包括多個流動整形特征，例如圍繞所述電極部分布置的多個翅片。在某些實施例中，所述翅片是扭曲的，從而運行時將旋轉(zhuǎn)傳遞給等離子體或渦流。在本技術(shù)的其它方面，所述電極部分包括多個與環(huán)形間隙流動連通的部分。在本技術(shù)的還一些方面，所述電極部分包括磁性材料。
[0024]在另一實施例中，燃料噴射器-點火器包括殼體、電源、致動器、閥和閥座電極。所述閥座電極包括閥座和延伸到所述閥座以外且在所述殼體以內(nèi)以形成環(huán)形間隙的電極部分。所述閥包括響應于所述致動器的激活，用于抵住所述閥座進行打開和關(guān)閉的閥頭。所述電源運行時產(chǎn)生了位于所述殼體和電極部分之間的建立了等離子體和從環(huán)形間隙驅(qū)動等離子體的電磁力的電流放電。
[0025]本文還公開了在燃燒室中噴射并點燃燃料的方法。在一個典型的實施例中，所述方法包括將所述燃料引入兩個電極之間的環(huán)形區(qū)域；提供穿過所述兩個電極并通過所述燃料的電流以建立等離子體；維持穿過所述兩個電極的所述電流以建立洛倫茲力，其驅(qū)動所述等離子體從所述環(huán)形區(qū)域進入所述燃燒室；以及當所述燃料和等離子體從所述環(huán)形區(qū)域被驅(qū)離時，在其上傳遞旋轉(zhuǎn)。在一實施例中，所述方法進一步包括對所述兩個電極施加電壓的快速應用，借此避免了所述兩個電極之間的離子化，從而引起電暈放電以延伸到所述燃燒室內(nèi)。
[0026]在其它實施例中，所述燃燒室包含旋轉(zhuǎn)的氧化劑，燃料和等離子體的旋轉(zhuǎn)與所述旋轉(zhuǎn)的氧化劑相反。在還有一些實施例中，燃料和等離子體的旋轉(zhuǎn)與所述旋轉(zhuǎn)的氧化劑方向相同。在某些實施例中，燃料和等離子體的旋轉(zhuǎn)是通過布置在兩個電極的至少一個上的多個流動整形特征給予的。在其它實施例中，旋轉(zhuǎn)是由磁場感應的。
[0027]本技術(shù)的一些實施例的具體細節(jié)在以下被參考圖1-14進行描述。為了避免在本技術(shù)的各種實施例的描述中出現(xiàn)不必要的模糊，其它描述眾所周知的燃料系統(tǒng)組件的細節(jié)，例如關(guān)于燃料栗、調(diào)節(jié)器等，并未在以下的公開中進行陳述。圖中所示的許多細節(jié)、維度、角度和其它特征僅僅是為了說明本技術(shù)的特定實施例。因此，在沒有背離本技術(shù)的精神和范圍的情況下，其它實施例也可擁有其它的細節(jié)、維度、角度和特征。所以，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會相應地理解本技術(shù)的其它實施例可帶有附加元素，或本技術(shù)可具有其它實施例，其沒有參考圖1-14的所示和所述的一些特征。
[0028]以下描述的本技術(shù)的一些方面可采取計算機可執(zhí)行指令的形式，包括由可編程計算機執(zhí)行的例程。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解本技術(shù)除了以下所示和所描述的那些，也可在計算機系統(tǒng)上執(zhí)行。本技術(shù)可在被特殊編程、配置或架構(gòu)以執(zhí)行一個或多個以下描述的計算機可執(zhí)行指令的專用計算機或數(shù)據(jù)處理器上實現(xiàn)，例如發(fā)動機控制單元(ECU)，發(fā)動機控制模塊(ECM)，燃料系統(tǒng)控制器等。因此，正如通常所用的，本文的術(shù)語“計算機”、“處理器”或“控制器”是指任何數(shù)據(jù)處理器，并可包括發(fā)動機控制單元、發(fā)動機控制模塊和模塊組，以及互聯(lián)網(wǎng)設備和手持設備(包括掌上計算機、可穿戴計算機、移動電話、多處理器系統(tǒng)、基于處理器或可編程的家用電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡計算機、迷你計算機等等)。這些計算機處理的信息可顯示在任何適當?shù)娘@示介質(zhì)上，包括陰極射線(CRT)顯示器、液晶顯示屏(IXD)或?qū)Ｓ蔑@示設備或機械機構(gòu)(例如量規(guī))。
[0029]本技術(shù)也可在分布式環(huán)境中實現(xiàn)，其中任務或模塊由通過通信網(wǎng)絡連接的遠程處理設備執(zhí)行。在分布式計算環(huán)境中，程序模塊或子例程可位于本地和遠程存儲器存儲裝置中。以下描述的本技術(shù)的多個方面可存儲或分布于計算機可讀介質(zhì)上，包括磁性或光學可讀或可移動計算機磁盤，以及通過網(wǎng)絡電子分布式的。這樣的網(wǎng)絡可包括，例如且不限于，控制器區(qū)域網(wǎng)絡(CAN)、本地互聯(lián)網(wǎng)絡(LIN)等。在特別實施例中，本技術(shù)的多個方面中的特殊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸也可被包括在本技術(shù)的范圍內(nèi)。
[0030]圖1和圖2根據(jù)第一典型實施例示出了包含自適應渦流噴射和點火技術(shù)的噴射器-點火器102。噴射器-點火器102裝備有微處理器或計算機101，以控制通過閥座電極112供應的燃料的噴射。雖然控制器101和點火器電路104、106被顯示為單獨的組件或部件，但是在其它實施例中控制器101和電路104、106的功能可集成到位于102部件的內(nèi)部或外部的小型控制單元中。
[0031]噴射器-點火器102從合適的供給接收燃料，該供給例如管道或車載燃料系統(tǒng)(圖中未顯示)，其通過壓強調(diào)節(jié)器117以變化的壓強為噴射器-點火器提供燃料。如圖2所示，燃料流經(jīng)和/或繞過電樞118，沿著環(huán)形通道120和連接電樞118與閥頭122的閥桿，到達閥座電極112。閥座電極112包括閥座124、電極部分116和用于連接到導體管128的套圈180。當被開動后，閥致動器118通過移動閥頭122離開閥座124打開燃料計量閥，以允許燃料流經(jīng)閥頭122并通過一個或多個徑向端口 126。徑向端口 126通過鄰近閥座124的電極部分116成形，并可位于電極特征115的任一邊。如圖所示，燃料流經(jīng)徑向端口 126并到達位于殼體110的電極部分114與閥座電極112的電極部分116之間的環(huán)形通道。
[0032]—旦燃料流入位于電極114、116、以及由電火花或電暈放電形成的導電等離子體之間的環(huán)形通道，燃料等離子體以及其它可能出現(xiàn)的氣體被加速進入燃燒室132并由洛倫茲推動進行點燃。在說明性的實施例中，為了發(fā)動洛倫茲推動，電源104通過電纜108為導體管128提供持續(xù)時間相對長的電場，并通過電極閥座112 (包括電極部分116)產(chǎn)生足夠的場強，用于初始在電極114和電極112-116的邊緣或尖端特征115之間的燃料和/或空氣的離子化?；陔x子化的顆粒路徑的建立，位于引起指向燃燒室132的洛倫茲推動的電極114與116之間的電阻下降、電流快速產(chǎn)生。通過洛倫茲推動的點火是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，并在美國專利N0.4122816中得到更具體的描述，該專利的全部通過引用被結(jié)合于此。若通過引用結(jié)合于此的前述專利和/或任何其它材料與本公開的內(nèi)容有沖突，則以本公開為準。
[0033]對進入燃燒室132的形成電流的離子群以及其它被掃過顆粒的發(fā)射速度的自適應控制被通過如由在亞音速到超音速之間可調(diào)整的電路104所提供的電流確立。這