專利名稱：用于改善燃燒的火花點(diǎn)火直接噴射流幾何形狀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系統(tǒng)，更具體地，涉及火花點(diǎn)火直 接噴射發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料噴射流的幾何形狀。
背景技術(shù)：
本部分中的陳述僅是為了提供與本公開有關(guān)的背景信息， 可能并不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。直接噴射燃料系統(tǒng)可包括直接將燃料噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸 膛中用于燃燒。燃料被噴射到汽缸中的方式可控制汽缸膛內(nèi)燃料支 出。最終，燃料支出影響燃燒事件。

發(fā)明內(nèi)容
—種zt動(dòng)'機(jī)組件可包括限定了汽缸,瞠的.發(fā)動(dòng)積i本體、置于 膛內(nèi)的活塞和火花點(diǎn)火直接噴射燃料系統(tǒng)。活塞可置于膛內(nèi)對(duì)應(yīng)于至 少50%活塞進(jìn)氣沖程的位置處?；钊推滋趴刹糠值叵薅ㄈ紵?。 火花點(diǎn)火直接噴射燃料系統(tǒng)可包括燃料噴嘴，其在進(jìn)氣沖程中提供燃 料流到燃燒室。燃料流可包括具有角跨度的羽流(plume )。羽流可具 有與其相關(guān)聯(lián)的燃料量并可在角跨度內(nèi)維持燃料量的至少30%。羽流 可延伸進(jìn)入到汽缸膛中對(duì)應(yīng)于活塞位置的距離?；鸹c(diǎn)火直接噴射燃料系統(tǒng)可包括燃料噴嘴，其提供燃料 流到由發(fā)動(dòng)機(jī)中汽缸膛限定的燃燒室。燃料流可包括具有角跨度的羽 流。羽流可具有與其相關(guān)聯(lián)的燃料量，并可在角跨度內(nèi)維持燃料量的 至少30%。羽流可延伸進(jìn)入到汽缸膛中對(duì)應(yīng)于被布置在膛內(nèi)大于50% 活塞進(jìn)氣沖程的活塞位置的距離。
—種方法可包括提供與內(nèi)燃機(jī)的燃燒室連通的直接噴射 燃料噴嘴，所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室由發(fā)動(dòng)機(jī)本體中的汽缸膛和布置用于 在汽缸膛中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞限定。方法可進(jìn) 一 步包括當(dāng)活塞在第 一 位 置時(shí)，在活塞的進(jìn)氣沖程中將燃料流從燃料噴嘴噴射到燃燒室。燃料 流可包括具有角跨度的羽流。羽流可具有與其相關(guān)聯(lián)的燃料量。在進(jìn) 氣沖程中當(dāng)活塞在第二位置時(shí)噴射可繼續(xù)。第二位置可對(duì)應(yīng)于至少
50%進(jìn)氣沖程。噴射可包括當(dāng)羽流延伸到汽缸膛中對(duì)應(yīng)于活塞第二位 置的距離時(shí)，在角跨度內(nèi)維持燃料量的至少30%。適用性的進(jìn)一 步方面從本文提供的描述中將變得顯而易 見。應(yīng)當(dāng)理解的是描述和具體例子僅用于舉例說明目的，而不試圖限 制本公開的范圍。


本文中給出的附圖4又用作舉例i兌明的目的，而無意以任何 方式限制本公開的范圍。圖1是根據(jù)本公開的發(fā)動(dòng)機(jī)組件的示意圖；圖2是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)組件的發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)
的示意性剖視圖；和圖3是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)組件的發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)
的替換的示意性剖視圖。
具體實(shí)施例方式下面的描述實(shí)際上僅為示例性的，而不試圖限制本公開、 及其應(yīng)用或使用。應(yīng)當(dāng)理解的是，在全部附圖中相應(yīng)的附圖標(biāo)記代表 相似或相應(yīng)的零部件或特征?，F(xiàn)在參照?qǐng)D1,示意性示出了示例性發(fā)動(dòng)機(jī)組件10。發(fā)動(dòng) 機(jī)組件10可包括發(fā)動(dòng)才幾12,所述發(fā)動(dòng)才幾12與進(jìn)氣系統(tǒng)14、燃料系 統(tǒng)16、點(diǎn)火系統(tǒng)18和排氣系統(tǒng)20連通。進(jìn)氣系統(tǒng)14可包括進(jìn)氣歧 管22,其提供氣流(由箭頭25表示)至發(fā)動(dòng)機(jī)12。燃料系統(tǒng)16可 控制燃料流至發(fā)動(dòng)機(jī)12，且點(diǎn)火系統(tǒng)18可點(diǎn)燃由進(jìn)氣系統(tǒng)14和燃料 系統(tǒng)16提供給發(fā)動(dòng)機(jī)12的空氣/燃料混合物。排氣系統(tǒng)20可包括排 氣歧管26,所述排氣歧管與點(diǎn)燃空氣/燃料混合物產(chǎn)生的排氣(由箭頭27表示)連通。盡管發(fā)動(dòng)機(jī)12作為直列式四缸發(fā)動(dòng)機(jī)示出，但是 應(yīng)當(dāng)理解的是，發(fā)動(dòng)機(jī)12的布置僅為示例性的，且本公開可應(yīng)用于 各種發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造，所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造具有任意數(shù)量的氣缸和布置(包括 但不限于直列式和V形發(fā)動(dòng)機(jī))。另外參照?qǐng)D2和3，發(fā)動(dòng)機(jī)12可包括頂部28、氣門裝置 30、本體32和活塞34。頂部28可包括分別與進(jìn)氣歧管22和排氣歧 管26連通的進(jìn)氣口 36和排氣口 38。氣門裝置30可包括進(jìn)氣閥40和 排氣閥42。進(jìn)氣閥40可置于進(jìn)氣口 36內(nèi)，排氣閥42可置于排氣口 38內(nèi)。進(jìn)氣閥40和排氣閥42通過與凸輪軸43的接合可在打開和關(guān) 閉位置之間替換。本體32可限定氣缸膛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?？商鎿Q地， 上表面46可為大體上平的或可具有凸的形狀?；钊?4可置于氣缸膛 44中，用于在上死點(diǎn)(TDC)和下死點(diǎn)(BDC)位置之間移動(dòng)。更具 體地，活塞34的移動(dòng)可包括進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、動(dòng)力沖程和排氣 沖程。在進(jìn)氣沖程中，進(jìn)氣閥40可在打開位置(見圖2和3 )。 活塞34在進(jìn)氣沖程中可從第一位置(圖2)移動(dòng)到第二位置(圖3)。 在進(jìn)氣沖程中，第二位置可在第一位置之后。第一位置通?？蓪?duì)應(yīng)位 于TDC (進(jìn)氣沖程開始)和對(duì)應(yīng)于30%進(jìn)氣沖程的位置二者之間的位 置。第二位置通?？蓪?duì)應(yīng)位于70%進(jìn)氣沖程和BDC (進(jìn)氣沖程結(jié)束) 之間的位置。頂部28、汽缸膛44和活塞34通?？上薅ㄓ糜诎l(fā)動(dòng)4幾12 的燃燒室50。燃料系統(tǒng)16可包括燃料噴嘴52，其延伸至頂部28之 內(nèi)并固定到頂部28。噴嘴52可相對(duì)于垂直汽缸月堂44的平面以角6 1 放置。角6 1通?？稍?5度到30度之間。例如，6 1可約為23度。 噴嘴52可提供燃料流54到燃燒室50。點(diǎn)火系統(tǒng)18可包括延伸至燃 燒室50內(nèi)的火花塞56,其選擇性地點(diǎn)燃其中的空氣/燃料混合物。燃料流54可包括限定了中心軸線58和外邊界的流圖案， 其包括放射狀內(nèi)部分60和外部分62。燃料流54的流圖案通?？蔀閳A 錐形的。放射狀內(nèi)部分60通?？杀幌薅槿剂狭?4的一部分，其接 近汽缸膛44上大體上周向與噴嘴52對(duì)齊的部分。放射狀外部分62通?？上鄬?duì)于放射狀內(nèi)部分60而被限定。在進(jìn)氣沖程中，噴嘴52當(dāng)活塞34在第一位置時(shí)(圖2) 可開始提供燃料流54,并當(dāng)活塞34在第二位置時(shí)(圖3)終止燃料 噴射。可替換地，噴嘴52可超過進(jìn)氣沖程的BDC額外地繼續(xù)提供燃 料，直到進(jìn)入壓縮沖程中。當(dāng)活塞34在第一位置和第二位置時(shí)，燃 料流54可被引導(dǎo)向上表面46。更具體地，當(dāng)活塞34在第一位置時(shí)和 活塞34在第二位置時(shí)，燃料流54可被引導(dǎo)向碟面48。當(dāng)活塞34在 第一位置和第二位置時(shí)，燃料流54可直接撞擊上表面46。更具體地， 燃料流54在整個(gè)進(jìn)氣沖程噴射事件中可直接撞擊上表面46。換而言之，當(dāng)活塞34在第一位置和第二位置時(shí)，中心軸 線58可與上表面46相交，更具體地與^萊面48相交。中心軸線58可 相對(duì)于汽缸膛44周向與噴嘴52對(duì)齊的部分呈角6 2延伸。角度6 2 通常可在25度到40度之間。例如，6 2可約為33度。另外，當(dāng)活塞34在第一位置和第二位置時(shí)，分別沿放射 狀內(nèi)部分60和外部分62延伸的軸線64、 66可與上表面46相交，更 具體地與碟面48相交。更具體地，軸線64可相對(duì)于汽缸膛44周向 與噴嘴52對(duì)齊的部分呈角6 3延伸。角6 3通常可在5度到25度之 間。例如，6 3可約為16度。這樣，在整個(gè)進(jìn)氣沖程噴射事件中，燃 料流54可被引導(dǎo)向上表面46，更具體地引導(dǎo)向石采面48，而不是直接 被導(dǎo)向汽缸膛44。另外，在進(jìn)氣沖程中，當(dāng)進(jìn)氣閥40在打開位置時(shí)，燃料 流54可被引導(dǎo)離開進(jìn)氣閥40。接近進(jìn)氣閥40的燃料流54的外邊界 與進(jìn)氣閥40可以具有一定間距。更具體地，當(dāng)進(jìn)氣閥40在打開位置 時(shí)，；故射狀外部分62可從進(jìn)氣閥40》文射性地向外間隔。因此，中心 軸線58也可與進(jìn)氣閥40間隔開。這樣，燃料流54可被引導(dǎo)離開進(jìn) 氣閥40和汽缸膛44,并且通?？杀灰龑?dǎo)向活塞34的上表面46。燃料流54可包括通常形成圓錐形流圖案的一系列羽流 68。每個(gè)羽流68可具有角64的角跨度，且每個(gè)均包括相互之間間隔 分開的邊界來提供它們之間的空隙。角64通?？尚∮诨虻扔贗O度， 更具體地，在5度到10度之間。例如，64可約為7度。燃料流54 可包括限定燃料流54的角跨度的傘狀角6 5。傘狀角6 5通常可被限 定為放射狀內(nèi)部分60和外部分62之間的角。傘狀角6 5通常可小于或等于40度。例如，6 5可約為33度。中心軸線58的角6 2和傘狀角6 5的結(jié)合通?？商峁┤剂?流54向活塞34的上表面46的導(dǎo)向目標(biāo)。在進(jìn)氣沖程中，角6 2、 6 5的結(jié)合還可提供在燃料流54和進(jìn)氣閥40之間的間距。羽流68的特 征可對(duì)上述引導(dǎo)目標(biāo)與間距具有額外貢獻(xiàn)。每個(gè)羽流68可具有流體速度，其對(duì)于給定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度 在進(jìn)氣沖程中大于活塞34的平均速度。例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12以大于2000 RPM的速度運(yùn)行時(shí)，更具體地以大于4000 RPM的速度運(yùn)行時(shí)，羽流 68的流體速度可大于活塞34的平均速度。羽流角6 4和與每個(gè)羽流68相關(guān)聯(lián)的燃料流動(dòng)速度的結(jié) 合可保持羽流68的完整性。羽流角6 4和燃料流動(dòng)速度可防止每個(gè)羽 流中包含的燃料散布到周圍的燃燒室50中。 一直到汽缸膛44內(nèi)對(duì)應(yīng) 于50%進(jìn)氣沖程的位置，每個(gè)羽流68可保留燃料流54中至少50%它 們各自的噴射燃料量。更具體地， 一直到汽缸膛44內(nèi)對(duì)應(yīng)于80%進(jìn) 氣沖程的位置，羽流68可保留燃料流54至少30%的噴射燃料量。對(duì) 于給定羽流68，羽流68內(nèi)的燃料保持力通?？砂ㄓ鹆鹘?4內(nèi)的 保持力。因此，羽流68通?？稍谶M(jìn)入燃燒室50的一段距離中保持惰 性，而不是讓燃料流54分散在在燃燒室50內(nèi)。更具體地，當(dāng)活塞34處于汽缸膛44內(nèi)對(duì)應(yīng)于50%進(jìn)氣沖 程的位置時(shí)，每個(gè)羽流68可保留燃料流54至少50%的噴射燃料量， 直到活塞34的上表面46和羽流68之間發(fā)生撞擊。當(dāng)活塞34處于汽 缸膛44內(nèi)對(duì)應(yīng)于80%進(jìn)氣沖程的位置時(shí)，每個(gè)羽流68可保留燃料流 54至少30%的噴射燃料量，直到活塞34的上表面46和羽流68之間 發(fā)生撞擊。因此，當(dāng)活塞34處于汽缸膛44內(nèi)對(duì)應(yīng)于50%進(jìn)氣沖程的 位置時(shí)，與每個(gè)羽流68相關(guān)聯(lián)(因而和燃料流54相關(guān)聯(lián))的燃料量 的至少50%可直接撞擊活塞34的上表面46。當(dāng)活塞34處于汽缸膛 44內(nèi)對(duì)應(yīng)于80%進(jìn)氣沖程的位置時(shí)，與每個(gè)羽流68相關(guān)聯(lián)(因而和 燃料流54相關(guān)聯(lián))的燃料量的至少30%可直接撞擊活塞34的上表面 46。維持羽流68的完整性可有助于導(dǎo)向活塞34的上表面46。 角64和羽流68的燃料流動(dòng)速度可限制從被導(dǎo)向的活塞34的上表面46散布的燃料量。在進(jìn)氣沖程中，角64和羽流68的燃料流動(dòng)速度 可限制向進(jìn)氣閥40散布的燃料量。限制流向進(jìn)氣岡40的燃料量，通 ?？上拗圃谶M(jìn)氣閥40上的燃料累積量。這樣，燃燒事件被從進(jìn)氣閥 40移走，導(dǎo)致了進(jìn)氣閥40上煙塵積累的減少。本領(lǐng)域的技術(shù)人員現(xiàn)在可從上述描述中認(rèn)識(shí)到本公開廣 泛的教導(dǎo)可以各種形式被實(shí)施。由于通過學(xué)習(xí)附圖和說明書，其它修 改對(duì)于技術(shù)人員將變得顯而易見，所以盡管本公開結(jié)合具體例子描 述，但本公開的真實(shí)范圍不應(yīng)被限制于此。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)組件，包括發(fā)動(dòng)機(jī)本體，其限定了汽缸膛；活塞，其置于膛內(nèi)對(duì)應(yīng)于至少50％所述活塞進(jìn)氣沖程的位置處，所述活塞和所述汽缸膛部分地限定了燃燒室；和火花點(diǎn)火直接噴射燃料系統(tǒng)，其包括燃料噴嘴，燃料噴嘴在所述進(jìn)氣沖程中提供燃料流到所述燃燒室，所述燃料流包括具有角跨度的羽流，所述羽流具有與其相關(guān)聯(lián)的燃料量并在所述角跨度內(nèi)維持所述燃料量的至少30％，且延伸到所述汽缸膛中一對(duì)應(yīng)于所述活塞位置的距離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)組件，其特征在于，所述羽流直接撞擊所述活塞的上表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)組件，其特征在于，所述角跨度小于或等于10度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)組件，其特征在于，所述燃料流由 一 系列相互間隔分開的羽流限定，所述燃沖牛流具有25度到40度之間的角跨度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)組件，其特征在于，所述燃料流形成大體上圓錐形的流圖案。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)組件，其特征在于，所述羽流之間的所述間距形成鄰近羽流之間的空隙。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)組件，其特征在于，每個(gè)所述羽流具有5度到10度之間的角跨度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)組件，其特征在于，當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)以大于2000 RPM的發(fā)動(dòng)機(jī)速度運(yùn)行時(shí)，所述羽流的流體速度大于所述活塞的平均速度。
9. 一種火花點(diǎn)火直接噴射燃料系統(tǒng)，包括燃料噴嘴，燃料噴嘴提供燃料流到由發(fā)動(dòng)機(jī)中的汽缸膛限定的燃燒室，所述燃料流包括具有角跨度的羽流，所述羽流具有與其相關(guān)聯(lián)的燃料量并可在所述角跨度內(nèi)維持所述燃料量的至少30%，且延伸到所述汽缸膛中對(duì)應(yīng)于被布置在所述膛內(nèi)大于所述活塞的進(jìn)氣沖程50%的活塞位置的距離。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于，所述角跨度小于或等于io度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料流由一系列相互間隔分開的羽流限定，所述燃料流具有25度到40度之間的角跨度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料流形成大體上圓錐形的流圖案。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于，所述羽流之間的所述間距形成鄰近羽流之間的空隙。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述羽流具有5度到IO度之間的角跨度。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)以大于2000 RPM的發(fā)動(dòng)機(jī)速度運(yùn)行時(shí)，所述羽流的流體速度大于所述活塞的平均速度。
16. —種方法，包括提供與內(nèi)燃機(jī)的燃燒室連通的直接噴射燃料噴嘴，所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室由發(fā)動(dòng)機(jī)本體中的汽缸膛和布置用于在所述汽缸膛中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞限定；當(dāng)所述活塞在第 一 位置時(shí)，在所述活塞的進(jìn)氣沖程中將燃料流從所述燃料噴嘴噴射至'j所述燃燒室，所述燃料流包括具有角跨度的羽流，所述羽流具有與其相關(guān)聯(lián)的燃料量；和當(dāng)活塞位于所述進(jìn)氣沖程中對(duì)應(yīng)于至少50%所述進(jìn)氣沖程的第二位置時(shí)，繼續(xù)所述噴射，所述噴射包括當(dāng)所述羽流延伸到所述汽缸膛中對(duì)應(yīng)于所述活塞第二位置的距離時(shí)，在所述角跨度內(nèi)維持所述燃料量的至少30%。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述噴射包括直接撞擊所述活塞的上表面的所述羽流。
18. 根據(jù)權(quán)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. 根據(jù)權(quán)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間隔分開的羽流限定，所述燃料流具有25度到40度之間的角跨度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)動(dòng)機(jī)組件，其特征在于，當(dāng)所述發(fā)動(dòng)才幾以大于2000RPM的發(fā)動(dòng)機(jī)速度運(yùn)行時(shí)，所述噴射包括以大于所述活塞的平均速度的流體速度噴射所述羽流。
全文摘要
本公開涉及用于改善燃燒的火花點(diǎn)火直接噴射流的幾何形狀。具體地，提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)組件，其可包括發(fā)動(dòng)機(jī)本體，其限定汽缸膛；活塞，其置于膛內(nèi)；火花點(diǎn)火直接噴射燃料系統(tǒng)?；钊芍糜谔艃?nèi)對(duì)應(yīng)于活塞進(jìn)氣沖程至少50％的位置處?；钊推滋趴刹糠值叵薅ㄈ紵??；鸹c(diǎn)火直接噴射燃料系統(tǒng)可包括燃料噴嘴，所述燃料噴嘴在進(jìn)氣沖程中提供燃料流到燃燒室。燃料流可包括具有角跨度的羽流。羽流可具有與其相關(guān)聯(lián)的燃料量并在角跨度內(nèi)維持燃料量的至少30％。羽流可延伸到汽缸膛中對(duì)應(yīng)于活塞位置的一段距離。
文檔編號(hào)F02B23/10GK101514653SQ200910007889
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者A·R·扎德 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司