專利名稱：優(yōu)化燃燒室內(nèi)燃燒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及內(nèi)燃機的燃料噴射，且更特定地涉及內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)的燃燒優(yōu) 化。
背景技術(shù)：
燃料噴射器用于維持內(nèi)燃機運行期間平衡的空燃比。平衡的空燃比將例如未燃燒 的碳氫化合物和一氧化碳的發(fā)動機排放最小化，且保證合適的發(fā)動機功能和經(jīng)濟的燃料消
^^ ο特別地，燃料噴射器典型地將加壓的燃料縷流噴射到內(nèi)燃機的燃燒室的精確的噴 射目標(biāo)處。對于噴射目標(biāo)的仔細控制可優(yōu)化燃燒。然而，現(xiàn)有的噴射目標(biāo)控制方法經(jīng)常僅 適合于一種發(fā)動機運行情況，例如峰值功率，且因此對于發(fā)動機運行情況的整個范圍不很 有效，例如對于低發(fā)動機速度或負荷的運行情況不很有效。

發(fā)明內(nèi)容
在燃料噴射式內(nèi)燃機運行期間優(yōu)化燃燒室內(nèi)燃燒的方法包括監(jiān)測內(nèi)燃機的運行 情況，且根據(jù)運行情況調(diào)整燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)的伸出深度以因此優(yōu)化燃燒室內(nèi)的燃燒。一種在燃料噴射式內(nèi)燃機運行期間優(yōu)化燃燒室內(nèi)燃燒的方法包括監(jiān)測內(nèi)燃機的 運行情況，根據(jù)運行情況選擇燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)的伸出深度，且將燃料噴射器噴 嘴定位在伸出深度處以因此優(yōu)化燃燒室內(nèi)的燃燒。在燃燒期間，燃料噴射器噴嘴和內(nèi)燃機 的活塞彼此大體上不相對另一個移動。一種燃料噴射器系統(tǒng)包括燃料噴射器和促動器。燃料噴射器構(gòu)造為將燃料噴射到 內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)，且包括主體和可滑動地連接到主體的燃料噴射器噴嘴。燃料噴射器噴 嘴構(gòu)造為在燃燒室內(nèi)平移且將燃料縷流噴射到燃燒室內(nèi)。此外，促動器構(gòu)造為在燃燒室內(nèi) 調(diào)整燃料噴射器噴嘴。當(dāng)燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)平移時，燃料縷流的形狀大體上維持 不變。所述方法和系統(tǒng)允許精確控制內(nèi)燃機運行期間燃料噴射器噴嘴的伸出深度，且因 此優(yōu)化燃燒。因此，所述方法和系統(tǒng)提供了卓越的發(fā)動機性能，將燃料消耗最小化，且將發(fā) 動機排放最小化。此外，方法在發(fā)動機運行情況的整個范圍內(nèi)，例如在低發(fā)動機負荷和/或 低發(fā)動機速度下提供了前述益處。本發(fā)明提供以下技術(shù)方案
方案1. 一種用于在燃料噴射式內(nèi)燃機運行期間優(yōu)化燃燒室內(nèi)燃燒的方法，所述方法 包括如下步驟監(jiān)測內(nèi)燃機的運行情況，和根據(jù)運行情況調(diào)整燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi) 的伸出深度以因此優(yōu)化燃燒室內(nèi)的燃燒。方案2.根據(jù)方案1所述的方法，其中所述調(diào)整使燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)平 移。
方案3.根據(jù)方案1所述的方法，其中在燃燒期間燃料噴射器噴嘴和內(nèi)燃機的活塞 在燃燒室內(nèi)彼此相對移動。方案4.根據(jù)方案3所述的方法，其中燃料噴射器噴嘴不接觸活塞。方案5.根據(jù)方案2所述的方法，其中當(dāng)燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)平移時所噴射 的燃料縷流的形狀大體上維持不變。方案6.根據(jù)方案5所述的方法，其中所噴射的燃料縷流的形狀不由于沖擊而改變。方案7.根據(jù)方案6所述的方法，其中所噴射的燃料縷流不沖擊燃燒室的表面。方案8.根據(jù)方案1所述的方法，其中燃料噴射器噴嘴通過促動器調(diào)整。方案9.根據(jù)方案8所述的方法，其中促動器從包括液壓促動器、氣壓促動器、凸 輪一彈簧促動器、壓電促動器和它們的組合的組中選擇。方案10.根據(jù)方案1所述的方法，其中運行情況從包括發(fā)動機負荷、發(fā)動機速度和 它們的組合的組中選擇。方案11.根據(jù)方案1所述的方法，其中運行情況通過電子控制模塊監(jiān)測。方案12.根據(jù)方案11所述的方法，其中伸出深度通過電子控制模塊選擇。方案13. —種用于在燃料噴射式內(nèi)燃機運行期間優(yōu)化燃燒室內(nèi)燃燒的方法，所述 方法包括如下步驟監(jiān)測內(nèi)燃機的運行情況；根據(jù)運行情況選擇燃料噴射器噴嘴在燃燒室 內(nèi)的伸出深度；和將燃料噴射器噴嘴定位在伸出深度處以因此優(yōu)化燃燒室內(nèi)的燃燒；其中 在燃燒期間燃料噴射器噴嘴和內(nèi)燃機的活塞彼此大體上沒有相對移動。方案14.根據(jù)方案13所述的方法，其中在燃燒期間燃料噴射器噴嘴和活塞之間的 距離大體上維持不改變。方案15.根據(jù)方案13所述的方法，其中所述定位使燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)平 移。方案16.根據(jù)方案15所述的方法，其中當(dāng)燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)平移時所噴 射的燃料縷流的形狀大體上維持不改變。方案17. —種燃料噴射器系統(tǒng)，包括構(gòu)造為將燃料噴射到內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)的 燃料噴射器，所述燃料噴射器包括主體；和可滑動地連接到所述主體的燃料噴射器噴嘴， 且所述燃料噴射器噴嘴構(gòu)造為在燃燒室內(nèi)平移且將燃料縷流噴射到燃燒室內(nèi)；和構(gòu)造為在 燃燒室內(nèi)調(diào)整所述燃料噴射器噴嘴的促動器；其中當(dāng)所述燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)平移 時燃料縷流的形狀維持大體上不改變。方案18.根據(jù)方案17所述的燃料噴射器系統(tǒng)，其中所述促動器從包括液壓促動 器、氣壓促動器、凸輪一彈簧促動器、壓電促動器和它們的組合的組中選擇。方案19.根據(jù)方案17所述的燃料噴射器系統(tǒng)，其中內(nèi)燃機是柴油發(fā)動機。本發(fā)明的以上特征和優(yōu)點和其他特征和優(yōu)點從用于實施本發(fā)明的最佳模式的如 下詳細描述中結(jié)合附圖容易地顯見。


圖1是包括現(xiàn)有技術(shù)的固定燃料噴射器噴嘴的示例性內(nèi)燃機燃燒室的一部分的 圖示的橫截面視圖。
4
圖2是包括燃料噴射器和促動器的燃料噴射系統(tǒng)的示意性橫截面視圖。圖3是布置在燃燒室內(nèi)多個位置的圖2的燃料噴射器噴嘴的一部分的示意性橫截 面視圖。
具體實施例方式參考附圖，其中類似的附圖標(biāo)號指示類似的元件，燃料噴射系統(tǒng)在圖2中總地示 出為10。在此公開的燃料噴射系統(tǒng)10和方法可用于要求燃料噴射的內(nèi)燃機的應(yīng)用。例如， 燃料噴射系統(tǒng)10可用于汽車應(yīng)用，包括帶有共軌燃料噴射和/或電子燃料噴射的柴油內(nèi)燃 機或汽油內(nèi)燃機。然而，應(yīng)認識到的是燃料噴射系統(tǒng)10和方法可用于非汽車應(yīng)用，例如但 不限制于船舶、鐵路和航空應(yīng)用。參考圖2，燃料噴射系統(tǒng)10包括燃料噴射器12和促動器14。通過一般的背景解 釋且參考圖1，內(nèi)燃機16可包括燃燒室18，所述燃燒室18構(gòu)造為用于在發(fā)動機運行期間點 燃空氣和燃料的混合物。燃燒室18可包括進氣門20和排氣門22，且可合適地構(gòu)造為用于 容納活塞M?；钊鸐可在燃燒室18內(nèi)可滑動地布置，且在燃料噴射式內(nèi)燃機16運行期間 可沿燃燒室18的中心垂直軸線C平移。在一個例子中，內(nèi)燃機16可以是柴油發(fā)動機。參考回到圖2，燃料噴射器12構(gòu)造為將燃料噴射到內(nèi)燃機16的燃燒室18內(nèi)。特 別地，燃料噴射器12包括主體沈和燃料噴射器噴嘴觀。燃料噴射器12的主體沈可以具 有適合于容納燃料且從燃料管線(未示出)輸送燃料的任何形狀。例如，主體沈可以是中空 柱形。參考圖2，燃料噴射器噴嘴28可滑動地連接到主體沈，且構(gòu)造為在燃燒室18內(nèi)平 移且將燃料縷流30噴射到燃燒室18內(nèi)。例如，燃料噴射器噴嘴觀可在燃料噴射器12的 主體沈內(nèi)可滑動地布置，以構(gòu)造為用于收回到主體沈內(nèi)和/或從主體沈延伸。即，燃料 噴射器噴嘴觀與燃料噴射器12的主體沈分開且不同。因此，雖然主體沈可固定地接附 到內(nèi)燃機16的氣缸蓋32 (圖1和圖2)，但燃料噴射器噴嘴觀構(gòu)造為在燃燒室18內(nèi)平移， 如在下文中更詳細地闡述。燃料噴射器噴嘴觀可具有任何合適的形狀。然而，應(yīng)認識到的 是燃料噴射器噴嘴觀的尺寸和/或形狀可由燃料噴射器12的主體沈的尺寸和/或形狀 確定。參考圖2，燃料縷流30可通過孔36噴出燃料噴射器噴嘴28的遠端端部34，例如 噴射尖端。即，燃料噴射器噴嘴觀可將燃料霧化以在燃燒室內(nèi)提供燃料縷流30。如在現(xiàn)有 技術(shù)中已知，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可根據(jù)希望的發(fā)動機性能特征選擇燃料縷流30的尺寸、 形狀、定向和/或長度。如在圖2中一般地示出，促動器14構(gòu)造為在燃燒室18內(nèi)調(diào)整燃料噴射器噴嘴28， 如在下文中更詳細地闡述。促動器14可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何合適的促動器。例如， 促動器14可從包括液壓促動器、氣壓促動器、凸輪一彈簧促動器、壓電促動器和它們的組 合的組中選擇。在一個例子中，促動器14可響應(yīng)于基于燃料或機油壓力的液壓信號。即促 動器14可以是液壓挺桿。如在上文中示出，燃料噴射器噴嘴觀構(gòu)造為在燃燒室18內(nèi)平移。即，參考圖3，燃 料噴射器噴嘴觀可在多個可選擇的伸出深度d α-3)處將燃料縷流30噴射到燃燒室18內(nèi)， 如在下文中更詳細地闡述。如在此所使用，術(shù)語“伸出深度”指從內(nèi)燃機16的氣缸蓋32到燃料噴射器噴嘴觀的孔36的距離。即術(shù)語“伸出深度”一般地指燃料噴射器噴嘴觀伸出 到燃燒室18內(nèi)多遠。顯著地，當(dāng)燃料噴射器噴嘴觀在燃燒室18內(nèi)平移時燃料縷流30的 形狀大體上維持不變，如在下文中更詳細地闡述。在燃料噴射式內(nèi)燃機16運行期間優(yōu)化燃燒室18內(nèi)的燃燒的方法包括監(jiān)測內(nèi)燃機 16的運行情況。例如可監(jiān)測例如但不限制于發(fā)動機負荷、發(fā)動機速度、燃料壓力、燃料溫度、 燃燒室18內(nèi)的空燃比、發(fā)動機溫度、變速器參數(shù)和它們的組合的運行情況。在一個具體的 示例中，可監(jiān)測發(fā)動機負荷和/或發(fā)動機速度。參考圖2，運行情況可通過電子控制模塊38監(jiān)測。電子控制模塊38可以是適合于 數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理和輸出的任何裝置或多個裝置。例如，電子控制模塊38可以是車輛計 算機、計算機程序或發(fā)動機控制單元(ECU)。此外，雖然在圖2中未示出，但在現(xiàn)有技術(shù)中已 知，電子控制模塊38可電連接用于監(jiān)測發(fā)動機情況所需的多個系統(tǒng)、傳感器和裝置，例如 但不限制于氧傳感器、溫度傳感器和速度傳感器。該方法還包括根據(jù)運行情況調(diào)整燃料噴射器噴嘴觀在燃燒室18內(nèi)的伸出深度d α_3)，以因此優(yōu)化燃燒室內(nèi)的燃燒。如前所闡述，傳感器噴嘴觀可通過促動器14 (圖2)調(diào) 整。例如，調(diào)整可使燃料噴射器噴嘴觀在燃燒室18內(nèi)平移。一般地參考圖1和圖2，應(yīng)認識到的是燃料噴射器噴嘴觀可沿燃燒室18的任何軸 線平移。例如，燃料噴射器噴嘴觀可沿燃燒室18的中心垂直軸線C平移。然而，燃料噴射 器噴嘴觀可替代地沿與燃燒室18的中心垂直軸線C相交的軸線平移。例如，雖然未通過 附圖示出，但燃料噴射器噴嘴觀可以以一角度伸出到燃燒室18內(nèi)。參考圖2，在此實施例中，燃料噴射器噴嘴觀和內(nèi)燃機16的活塞M在燃燒期間在 燃燒室18內(nèi)可以彼此相對移動。即，燃料噴射器噴嘴觀和活塞對之間的距離可在燃燒期 間改變。例如，對于給定的發(fā)動機負荷和/或發(fā)動機速度燃料噴射器噴嘴觀可調(diào)整到選擇 的深度d(1_3)(圖3)，且在燃燒期間固定到位。換言之，在此實施例中，在活塞M和燃料噴 射器噴嘴觀之間可存在相對運動。然而，為優(yōu)化發(fā)動機性能且最小化內(nèi)燃機16的停機，將 認識到燃料噴射器噴嘴觀不可接觸活塞對。參考圖2和圖3，當(dāng)燃料噴射器噴嘴觀在燃燒室18內(nèi)平移時，所噴射的燃料縷流 30的形狀可以維持大體上不變。即所噴射的燃料縷流30的形狀不會由于沖擊而改變。例 如，所噴射的燃料縷流30不會沖擊燃燒室18的表面40。進一步地，所噴射的燃料縷流30 不會沖擊燃料噴射器噴嘴觀的其它部件，例如擋板(未示出)或套(未示出)。換言之，所噴 射的燃料縷流30的形狀不會通過與任何平面40的撞擊、沖撞和/或碰撞而修改。而是如 以上所闡述，根據(jù)由燃料噴射器噴嘴觀的任何孔36所確定的燃料縷流30的希望的形狀， 所噴射的燃料縷流30可噴出燃料噴射器噴嘴觀的遠端端部34。因為在調(diào)整期間所噴射 的燃料縷流30不會沖擊任何表面40，所以所噴射的燃料縷流30的形狀可在每個伸出深度 d 下維持大體上不改變。因此，燃燒室18的噴射目標(biāo)可精確地被控制，而不改變?nèi)剂峡| 流30的形狀。因此，通過調(diào)整燃料噴射器噴嘴觀到伸出深度d α-3)，所噴射的燃料縷流30 可精確地維持在燃燒室18的噴射目標(biāo)內(nèi)。比較起來，例如，改變?nèi)剂峡|流30的長度或形狀 可能提供對于噴霧目標(biāo)的更少的控制?，F(xiàn)在參考圖3，在另一個實施例中，優(yōu)化燃料噴射式內(nèi)燃機16的燃燒室18內(nèi)的燃 燒的方法包括監(jiān)測內(nèi)燃機16的運行情況，如上文所闡述。方法進一步包括根據(jù)運行情況選擇燃料噴射器噴嘴觀在燃燒室18內(nèi)的伸出深度d(1_3)。即對于每個運行情況，例如對于每 個發(fā)動機速度和/或發(fā)動機負荷的最優(yōu)和/或希望的伸出深度d 可通過電子控制模塊 38被存儲和/或選擇。例如，參考圖3，對于小于等于約2000轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)的發(fā)動機速 度，燃料噴射器噴嘴觀的希望的伸出深度d3可大于對于大約5500 rpm的發(fā)動機速度的希 望的伸出深度Cl1。另外，方法包括將燃料噴射器噴嘴觀定位在伸出深度d 處以因此優(yōu)化燃燒室 18內(nèi)的燃燒。例如，燃料噴射器噴嘴觀可通過促動器14定位，如在前文中闡述，使得燃料 噴射器噴嘴觀可在燃燒室18內(nèi)平移。然而，對于該方法，燃料噴射器噴嘴觀和內(nèi)燃機16的活塞M大體上不彼此相互 移動。即，燃料噴射器噴嘴觀和活塞M之間的距離在燃燒期間可維持大體上不改變。例 如，對于每個給定的發(fā)動機負荷和/或發(fā)動機速度，燃料噴射器噴嘴觀可定位到選擇的伸 出深度d(1_3)，且在燃燒期間根據(jù)活塞M的位置而連續(xù)地改變位置。換言之，在此實施例中， 可能不存在活塞M和燃料噴射器噴嘴觀之間的相對運動，使得噴射目標(biāo)被固定。參考圖3，對于此實施例，當(dāng)燃料噴射器噴嘴觀在燃燒室18內(nèi)平移時所噴射的燃 料縷流30的形狀也可以維持大體上不改變。即所噴射的燃料縷流30的形狀不會由于沖擊 所改變。例如，所噴射的燃料縷流30不會沖擊燃燒室18的表面40。進一步地，所噴射的 燃料縷流30不會沖擊燃料噴射器噴嘴觀的其它部件，例如擋板(未示出)或套(未示出)。 換言之，所噴射的燃料縷流30的形狀不會通過與任何平面40的撞擊、沖撞和/或碰撞而修 改。而是如前文所闡述，根據(jù)由燃料噴射器噴嘴觀的孔36確定的燃料縷流30的希望的形 狀，所噴射的燃料縷流30噴出燃料噴射器噴嘴觀的遠端端部34。因為所噴射的燃料縷流 30在定位期間不會沖擊任何表面40，所以所噴射的燃料縷流30的形狀在每個選擇的伸出 深度d 處可大體上維持不改變。因此，燃燒室18的噴射目標(biāo)可精確地控制而不改變?nèi)?料縷流30的形狀。與圖1中固定的且不在燃燒室18內(nèi)平移的現(xiàn)有技術(shù)的燃料噴射器42相比，上文 中闡述的方法和系統(tǒng)允許對于內(nèi)燃機16的卓越的控制和精確的燃料噴射。更特定地，方法 和系統(tǒng)允許在內(nèi)燃機16運行期間精確控制燃料噴射器噴嘴觀的伸出深度d (1_3)o這樣的 精確控制允許燃燒室18內(nèi)的優(yōu)化的空燃比，且最小化了與濃或稀的空氣一燃料混合物相 關(guān)的問題。因此，方法和系統(tǒng)提供了卓越的發(fā)動機性能、最小化了燃料消耗，且最小化了例 如未燃燒碳氫化合物和碳煙的發(fā)動機排放。進一步地，本發(fā)明在發(fā)動機運行情況的整個范 圍上，例如低發(fā)動機負荷和/或低發(fā)動機速度，提供了前述益處，且提供了燃燒模式的設(shè)計 靈活性。雖然用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式已詳細描述，但本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域的一般技術(shù) 人員將認識到用于執(zhí)行本發(fā)明的多種替代設(shè)計和實施例在附帶的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在燃料噴射式內(nèi)燃機運行期間優(yōu)化燃燒室內(nèi)燃燒的方法，所述方法包括如 下步驟監(jiān)測內(nèi)燃機的運行情況，和根據(jù)運行情況調(diào)整燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)的伸出深度以因此優(yōu)化燃燒室內(nèi)的燃燒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)整使燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)平移。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在燃燒期間燃料噴射器噴嘴和內(nèi)燃機的活塞在燃 燒室內(nèi)彼此相對移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中燃料噴射器噴嘴不接觸活塞。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中當(dāng)燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)平移時所噴射的燃 料縷流的形狀大體上維持不變。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所噴射的燃料縷流的形狀不由于沖擊而改變。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所噴射的燃料縷流不沖擊燃燒室的表面。
8.一種用于在燃料噴射式內(nèi)燃機運行期間優(yōu)化燃燒室內(nèi)燃燒的方法，所述方法包括如 下步驟監(jiān)測內(nèi)燃機的運行情況；根據(jù)運行情況選擇燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)的伸出深度；和 將燃料噴射器噴嘴定位在伸出深度處以因此優(yōu)化燃燒室內(nèi)的燃燒； 其中在燃燒期間燃料噴射器噴嘴和內(nèi)燃機的活塞彼此大體上沒有相對移動。
9.一種燃料噴射器系統(tǒng)，包括構(gòu)造為將燃料噴射到內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)的燃料噴射器，所述燃料噴射器包括 主體；和可滑動地連接到所述主體的燃料噴射器噴嘴，且所述燃料噴射器噴嘴構(gòu)造為在燃燒室 內(nèi)平移且將燃料縷流噴射到燃燒室內(nèi)；和構(gòu)造為在燃燒室內(nèi)調(diào)整所述燃料噴射器噴嘴的促動器；其中當(dāng)所述燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)平移時燃料縷流的形狀維持大體上不改變。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料噴射器系統(tǒng)，其中內(nèi)燃機是柴油發(fā)動機。
全文摘要
本發(fā)明涉及優(yōu)化燃燒室內(nèi)燃燒的方法。一種用于在燃料噴射式內(nèi)燃機運行期間優(yōu)化燃燒室內(nèi)燃燒的方法，包括監(jiān)測內(nèi)燃機的運行情況，和根據(jù)運行情況調(diào)整燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)的伸出深度以因此優(yōu)化燃燒室內(nèi)的燃燒。一種燃料噴射器系統(tǒng)包括構(gòu)造為將燃料噴射到內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)的燃料噴射器和促動器。所述燃料噴射器包括主體和可滑動地連接到所述主體且構(gòu)造為在燃燒室內(nèi)平移且將燃料縷流噴射到燃燒室內(nèi)的燃料噴射器噴嘴。促動器構(gòu)造為在燃燒室內(nèi)調(diào)整所述燃料噴射器噴嘴。當(dāng)燃料噴射器噴嘴在燃燒室內(nèi)平移時燃料縷流的形狀大體上維持不改變。
文檔編號F02M61/14GK102062033SQ20101054394
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者A·H·普拉扎斯托雷斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司