[发明专利]向后喷射的发动机

说明书

在一个实施方案当中，内燃机当中的活塞被向下推动到汽缸的底部，这引起了排气端口的开启。在燃烧之后排气管子中的压力是正压力7(图2)。该压力以波的形式而被释放到排气系统之外。之后正压力波变成表示流动的负压力波8(图2)，其表示已知该流动能够将排气穿过燃烧室而带回，并且将排气输送达到进气管道(IN)(图1)。图2中的曲线作为例子显示了用于四冲程提升气门(poppet valve)发动机的排气管道压力映射图(map)的实例。在实践中，所述曲线的形状可能很难预测并且该曲线形状取决于发动机的构造和运转状况。能量波有时候被描述为是由管子的端部的亚音速风琴管效应(subsonic organ pipe effect)引起的，该亚音速风琴管效应基于管子的长度而使得能量波向后反射到它的初始位置。该反射还可由超声冲击波来进行描述，所述超声冲击波能够从排气气门的开口的压力释放中发射出来，并且还从排气管子的端部朝着排气气门处的初始位置向后反射。

排气管道中的压力是该排气管道中的流动方向的间接指示，正压力是从汽缸向外流动，负压力是流动进入到汽缸内，并且正压力和负压力能够通过进气压力、曲柄轴或凸轮轴位置、汽缸压力来进行相互校验。在一个实施方案当中，排气管道5(图1)、燃烧室3(图1)、进气管道6(图1)中的压力传感器将状况信息传送至发动机控制单元(ECU)4(图1)。ECU触发了排气端口1(图1)中的燃料喷射器。当状况理想或者必要的时候，例如当发动机很凉并且正在启动的时候，ECU还能够触发常规的进气一侧上的燃料喷射器2(图1)。为了简化的原因，并未在图中显示通常用于燃料喷射器上的其它传感器，但是将会利用或者能够利用例如氧传感器、爆震传感器、空气质量传感器、进气温度、汽缸盖温度、排气温度。

本发明的另一个实施方案利用了从进气和排气端口中传送的燃料变化来实现燃料与空气比率的变化，这使得点火的同时还使得在缺乏高燃烧温度的情况下(这将导致氮氧化物的形成)进行了完全燃烧。

本发明的另一个实施方案中，进气相对于排气而利用了不同的燃料，从而更好地实现上面段落中描述的结果。

在图3中显示了将燃料(或者水)的固体粒子流(F)偏转到排气气门的实施方案，从而实现燃料的雾化、燃料抵抗气体流或者通过气体流而进入到燃烧室、以及实现气门中心主体的冷却。

随着微滴形成并且变小，速度会随着距离更快地减小，因此固体粒子流在抵抗涡流并与气体流相对地保持最大速度，从而能够抵抗并横穿排气的气体流。固体粒子流在提升气门上的冲击产生了不同的流体片角度以及在不同角度和不同形状的气门上的不同冲击位置下的破碎长度。

再次重申的是，固体粒子流喷嘴在每单位面积上提供了最大的冲击。穿过典型为圆形的固体粒子流喷嘴孔的大自由度的通道设计减少了堵塞。在一个实施方案当中，对着排气气门而进行导向的固体粒子流的非喷雾式喷溅物从抵抗气门的偏转冲击和抵抗排气流动的燃料排放流动中实现了燃料加热和燃料雾化。

可以使用一个以上的喷射器来在气门金属中产生均匀的热条件，这将会减少金属中由于热膨胀和热收缩的差异而导致的内部应力。图4是排气提升气门的俯视图，其显示了在气门的平均分布的多个点发生偏转的具有三个固体粒子流燃料(F)的喷射物流。

专利4,073,474中陈述了气门中的最热位置。与气门座相接触的提升气门周缘的热被传导离开该提升气门。气门盘或者气门头的热中心对抗冷却器(该冷却器对与气门座接触的气门头周缘产生了较小的热消耗)来使金属膨胀，从而导致了进气通道内的与气门座相接触的气门周缘内产生了环向应力和裂缝。在本发明的一个实施方案当中，从燃料和或水喷溅物中进行冷却最好在气门头的该热中心上进行导向。换句话说，固体喷溅物冲击提升气门气门杆的起始处和气门周缘与汽缸盖中的气门座相接触的那部分的起始处之间。

幸运的是，排气气门典型地位于汽缸盖内，该汽缸盖带有通往排气顶盖(exhaust header)的短出口，从而可以通过在排气顶盖中安装喷射器来执行现有的发动机的转变。可以使用称为皮可(pico)喷射器的较小喷射器。较小的单一汽缸发动机或者具有多个分离汽缸的发动机使得从多个方向更加直接接近到排气气门，因此对于便宜的转变而言是更好的备选。

较小的二冲程发动机呈现出了较为简单的转变。图5显示了一个或多个固体粒子流或者非喷雾式燃料喷射器1的喷射物的实施方案，所述喷射物对着活塞操作的汽缸排气气门端口的排气管道边缘而偏转，并且所述粒子流(F)被偏转到二冲程发动机的所述燃烧室和或汽缸当中。