用于提供自適應(yīng)渦流噴射和點(diǎn)火的方法及裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】用于提供自適應(yīng)渦流噴射和點(diǎn)火的方法及裝置
[〇〇〇1]對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2012年11月19日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/728, 157,題為“用于提供自適應(yīng)渦流噴射和點(diǎn)火的方法及裝置”和2013年3月12日提交的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)N0.13/797, 753,題為“用于提供自適應(yīng)渦流噴射和點(diǎn)火的方法及裝置”的權(quán)益，為所有目的，申請(qǐng)61/728, 157和13/797, 753的全部公開內(nèi)容通過(guò)引用被結(jié)合于此。
【背景技術(shù)】
[0003]在具有低十六烷品級(jí)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(diǎn)火設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)中的柴油燃料的情況下，提供強(qiáng)制點(diǎn)火以實(shí)現(xiàn)這些替代燃料的適當(dāng)燃燒和應(yīng)用是很有必要的。各替代燃料選擇的優(yōu)化應(yīng)用需要變量的調(diào)整，例如燃料噴射和點(diǎn)火事件的正時(shí)以及用于對(duì)被輸送的燃料進(jìn)行增壓并點(diǎn)火的能量總量。因此，存在對(duì)于燃料系統(tǒng)硬件和方法的需求，以促進(jìn)與各種替代燃料的噴射和點(diǎn)火相關(guān)的變量的優(yōu)化。
【附圖說(shuō)明】
[0004]設(shè)備、系統(tǒng)和方法的典型實(shí)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(shí)施例的噴射器-點(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(shuō)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(shuō)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(shuō)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(shuō)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(shuō)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(shí)施例的噴射器-點(diǎn)火器的部分橫截面的透視圖；
[0017]圖11是根據(jù)第三典型實(shí)施例的噴射器-點(diǎn)火器的橫截面的側(cè)正視圖；
[0018]圖12是根據(jù)第四典型實(shí)施例的噴射器-點(diǎn)火器的橫截面的側(cè)正視圖；
[0019]圖13是根據(jù)第五典型實(shí)施例的噴射器-點(diǎn)火器的橫截面的側(cè)正視圖；
[0020]圖14是根據(jù)第六典型實(shí)施例的噴射器-點(diǎn)火器的橫截面的側(cè)正視圖；
具體實(shí)施例
[0021]根據(jù)一些提供自適應(yīng)渦流噴射和點(diǎn)火的典型的實(shí)施例，本文公開了噴射器-點(diǎn)火器。自適應(yīng)渦流噴射和點(diǎn)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(yīng)渦流噴射和點(diǎn)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(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)而言，實(shí)現(xiàn)更高的空氣利用效率。因此，可以顯著減少或消除會(huì)引起反對(duì)的排放。
[0022]根據(jù)一些提供自適應(yīng)渦流噴射和點(diǎn)火的典型的實(shí)施例，本文公開了噴射器-點(diǎn)火器。自適應(yīng)渦流噴射和點(diǎn)火使得燃燒的優(yōu)化和分層熱產(chǎn)生能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)的空氣利用效率，從而減少會(huì)引起反對(duì)的排放、提高燃料經(jīng)濟(jì)性、增加發(fā)動(dòng)機(jī)性能。在一個(gè)典型的實(shí)施例中，燃料噴射器-點(diǎn)火器包括殼體、致動(dòng)器和閥。所述閥包括響應(yīng)于所述致動(dòng)器的激活，用于通過(guò)適當(dāng)?shù)南騼?nèi)或向外運(yùn)動(dòng)抵住閥座進(jìn)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(gè)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(dòng)所述等離子體的電磁力。所述噴射器-點(diǎn)火器可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)連接到所述殼體和工作時(shí)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(gè)方面，電極部分包括多個(gè)流動(dòng)整形特征，例如圍繞所述電極部分布置的多個(gè)翅片。在某些實(shí)施例中，所述翅片是扭曲的，從而運(yùn)行時(shí)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(gè)與環(huán)形間隙流動(dòng)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(shí)施例中，燃料噴射器-點(diǎn)火器包括殼體、電源、致動(dòng)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(yīng)于所述致動(dòng)器的激活，用于抵住所述閥座進(jìn)行打開和關(guān)閉的閥頭。所述電源運(yùn)行時(shí)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(dòng)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(diǎn)燃燃料的方法。在一個(gè)典型的實(shí)施例中，所述方法包括將所述燃料引入兩個(gè)電極之間的環(huán)形區(qū)域；提供穿過(guò)所述兩個(gè)電極并通過(guò)所述燃料的電流以建立等離子體；維持穿過(guò)所述兩個(gè)電極的所述電流以建立洛倫茲力，其驅(qū)動(dòng)所述等離子體從所述環(huán)形區(qū)域進(jìn)入所述燃燒室；以及當(dāng)所述燃料和等離子體從所述環(huán)形區(qū)域被驅(qū)離時(shí)，在其上傳遞旋轉(zhuǎn)。在一實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括對(duì)所述兩個(gè)電極施加電壓的快速應(yīng)用，借此避免了所述兩個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)施例中，燃料和等離子體的旋轉(zhuǎn)是通過(guò)布置在兩個(gè)電極的至少一個(gè)上的多個(gè)流動(dòng)整形特征給予的。在其它實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)是由磁場(chǎng)感應(yīng)的。
[0027]本技術(shù)的一些實(shí)施例的具體細(xì)節(jié)在以下被參考圖1-14進(jìn)行描述。為了避免在本技術(shù)的各種實(shí)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(xì)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(jìn)行陳述。圖中所示的許多細(xì)節(jié)、維度、角度和其它特征僅僅是為了說(shuō)明本技術(shù)的特定實(shí)施例。因此，在沒(méi)有背離本技術(shù)的精神和范圍的情況下，其它實(shí)施例也可擁有其它的細(xì)節(jié)、維度、角度和特征。所以，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)相應(yīng)地理解本技術(shù)的其它實(shí)施例可帶有附加元素，或本技術(shù)可具有其它實(shí)施例，其沒(méi)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(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的形式，包括由可編程計(jì)算機(jī)執(zhí)行的例程。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解本技術(shù)除了以下所示和所描述的那些，也可在計(jì)算機(jī)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(gè)或多個(gè)以下描述的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的專用計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)處理器上實(shí)現(xiàn)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)，發(fā)動(dòng)機(jī)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(yǔ)“計(jì)算機(jī)”、“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(dòng)機(jī)控制單元、發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊和模塊組，以及互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和手持設(shè)備(包括掌上計(jì)算機(jī)、可穿戴計(jì)算機(jī)、移動(dòng)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(luò)計(jì)算機(jī)、迷你計(jì)算機(jī)等等)。這些計(jì)算機(jī)處理的信息可顯示在任何適當(dāng)?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(shè)備或機(jī)械機(jī)構(gòu)(例如量規(guī))。
[0029]本技術(shù)也可在分布式環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，其中任務(wù)或模塊由通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)連接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備執(zhí)行。在分布式計(jì)算環(huán)境中，程序模塊或子例程可位于本地和遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置中。以下描述的本技術(shù)的多個(gè)方面可存儲(chǔ)或分布于計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，包括磁性或光學(xué)可讀或可移動(dòng)計(jì)算機(jī)磁盤，以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電子分布式的。這樣的網(wǎng)絡(luò)可包括，例如且不限于，控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)、本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)等。在特別實(shí)施例中，本技術(shù)的多個(gè)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(shí)施例示出了包含自適應(yīng)渦流噴射和點(diǎn)火技術(shù)的噴射器-點(diǎn)火器102。噴射器-點(diǎn)火器102裝備有微處理器或計(jì)算機(jī)101，以控制通過(guò)閥座電極112供應(yīng)的燃料的噴射。雖然控制器101和點(diǎn)火器電路104、106被顯示為單獨(dú)的組件或部件，但是在其它實(shí)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(diǎn)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(guò)壓強(qiáng)調(diào)節(jié)器117以變化的壓強(qiáng)為噴射器-點(diǎn)火器提供燃料。如圖2所示，燃料流經(jīng)和/或繞過(guò)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(dá)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(dǎo)體管128的套圈180。當(dāng)被開動(dòng)后，閥致動(dòng)器118通過(guò)移動(dòng)閥頭122離開閥座124打開燃料計(jì)量閥，以允許燃料流經(jīng)閥頭122并通過(guò)一個(gè)或多個(gè)徑向端口 126。徑向端口 126通過(guò)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(dá)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(dǎo)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(jìn)入燃燒室132并由洛倫茲推動(dòng)進(jìn)行點(diǎn)燃。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，為了發(fā)動(dòng)洛倫茲推動(dòng)，電源104通過(guò)電纜108為導(dǎo)體管128提供持續(xù)時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)的電場(chǎng)，并通過(guò)電極閥座112 (包括電極部分116)產(chǎn)生足夠的場(chǎng)強(qiáng)，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(dòng)的電極114與116之間的電阻下降、電流快速產(chǎn)生。通過(guò)洛倫茲推動(dòng)的點(diǎn)火是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，并在美國(guó)專利N0.4122816中得到更具體的描述，該專利的全部通過(guò)引用被結(jié)合于此。若通過(guò)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(zhǔn)。
[0033]對(duì)進(jìn)入燃燒室132的形成電流的離子群以及其它被掃過(guò)顆粒的發(fā)射速度的自適應(yīng)控制被通過(guò)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