АДАПТИВНАЯ УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ИНЖЕКТОРОВ И ВОСПЛАМЕНИТЕЛЕЙ Российский патент 2015 года по МПК F02M51/00 F02D41/04 F02D41/14 F02D35/02 F02P3/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Нижеследующее раскрытие в целом относится к интегрированным топливным инжекторам и воспламенителям и соответствующим компонентам для хранения, впрыска и воспламенения различных топлив.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Бензиновые двигатели обычно разрабатываются таким образом, чтобы обеспечивалась экономия производственных издержек, в результате чего допускаются намеренные конструктивные несовершенства и потери с точки зрения способа управления и необходимости сдерживать (ограничивать) подачу воздуха, входящего в двигатель, и с точки зрения производства однородных воздушно-топливных смесей, которые доставляются в камеры сгорания. Бензиновые двигатели работают на проектных рабочих скоростях, или проектных количествах оборотов в минуту, и в проектном диапазоне крутящих моментов при стехиометрических пропорциях воздуха/топлива для формирования однородной смеси, которая может быть воспламенена искрой в любом месте в камере сгорания. Управление производимой мощностью осуществляется путем регулировки подачи для уменьшения впуска воздуха и соответствующего уменьшения (ограничения) количества добавляемого топлива. В современных двигателях, которые обеспечивают некоторое уменьшение токсичных выбросов, топливо пропорционируется в ответ на величину разрежения впускной системы так, чтобы обеспечивался однородный состав с избытком воздуха или «недостатком топлива» относительно стехиометрического соотношения воздуха/топлива для полного сгорания.

Большая часть двигателей, использующих однородный состав, эксплуатируется с регулируемым ограничением (сдерживанием) впуска воздуха во впускную систему и с электронно-управляемыми топливными инжекторами, которые подают топливо в каждое место или в каждый впускной трубопровод, где расположен управляемый механическим кулачком впускной клапан. Поэтому именно управляемый механическим кулачком впускной клапан обеспечивает итоговый график входа в каждую камеру сгорания результирующей однородной воздухо-топливной смеси.

На холостом ходу (наименьшем поддерживаемом количестве оборотов в минуту) и во время замедления двигателя, которые производят условия наивысшего разрежения на впуске, приблизительно 14,7 массовых частей воздуха смешивается с немного меньшей чем одной, массовой частью топлива (или приблизительно в соотношении 14,7:1) для формирования однородного состава с наименьшим количеством высвобождаемой энергии при сжигании. При ускорении и переходе на большее количество оборотов в минуту больше воздуха подается внутрь впускной системы и больше топлива может добавляться для поддержания приблизительно пропорции 14,7:1 воздуха/топлива в однородном составе, который подается, для сохранения мощности или перехода на более высокую мощность.

Поддержание разрежения во впускной системе двигателя требует значительной мощности, которая может отбираться от выпускной мощности, которую может обеспечивать двигатель. Во всех режимах работы, включая холостой ход, перемещение с одинаковой скоростью и ускорение, значительная мощность двигателя расходуется на паразитные потери, включая мощность, требуемую для поддержания разрежения на впуске.

Дизельные двигатели не сдерживают вход воздуха в камеры сгорания, что обеспечивает преимущество, заключающееся в исключении потери выходной мощности, которая требуется для поддержания разрежения впускной системы. Соотношения воздуха/топлива для дизельных двигателей при полной нагрузке находятся между 17:1 и 29:1. На холостом ходу или при отсутствии нагрузки это соотношение может превосходить 145:1. Внутри камеры сгорания дизельного двигателя с непосредственным впрыском локальные соотношения воздуха/топлива варьируются. Поскольку впрыск дизельного топлива предназначен для доставки жидкого топлива в виде струй или капель, может быть невозможным изначально обеспечивать однородное смешивание топлива с воздухом.

Воспламенение и устойчивое горение может происходить лишь после «атомизации», при которой высокоскоростные струи из капель жидкого топлива испаряются путем внедрения дополнительного горячего воздуха для разбивания крупных молекул на более мелкие компоненты, которые могут быть окислены для высвобождения достаточного тепла для производства непрерывной цепной реакции.

Впрыск дизельного топлива под высоким давлением дает в результате более хорошую атомизацию для уменьшения количества топлива, которое не заканчивает процесс окисления и в результате позволяет различным загрязняющим веществам, в том числе видимым дымовым частицам, выходить из камеры сгорания. Недавний прогресс обеспечил увеличенные давления впрыска топлива, что обеспечивает генерацию большего количества тепла в насосной системе и требует отнятия большей мощности от выходной мощности двигателя для удовлетворения потребностей по перекачке топлива и рециркуляции топлива для охлаждения контуров доставки топлива высокого давления.

Характеристики сгорания дизельного топлива как результата испарения и химического дробления капель в находящемся под давлением нагретом воздухе являются функцией переменных, таких как: степень сжатия, барометрическое давление, давление наддува, температура воздуха, входящего в камеру сгорания, температура сжатого воздуха после тепловых потерь на поршень, цилиндр и головку, график начала впрыска, давление впрыска, размер, количество и ориентация отверстий для впрыска, продолжительность впрыска, кривая расхода инжектора и т.д.

Данные конкретные величины степени сжатия, барометрического давления, давления наддува, температуры воздуха в начале сжатия и температуры сжатого воздуха после тепловых потерь на компоненты поршня, цилиндра и головки цилиндра, электронный график начала непосредственного впрыска дизельного топлива могут регулироваться для удовлетворения требования по крутящему моменту или нагрузке на двигатель. В высокоскоростных дизельных двигателях для автомобилей оптимизированный впрыск при запуске, холостом ходе или отсутствии внешней нагрузки происходит приблизительно между 2° коленчатого вала перед верхней мертвой точкой и 4° после верхней мертвой точки в некоторых случаях для обеспечения более быстрого запуска.

Во время неполной нагрузки начало подачи дизельного топлива может происходить между приблизительно 8° перед верхней мертвой точкой и 4° после верхней мертвой точки. По причине значительного времени «дизельной задержки», необходимого для испарения и дробления капель дизельного топлива и зависящего от температуры и давления воздуха, которые, в свою очередь, зависят от скорости и степени сжатия, а также по причине результирующих тепловых потерь на компоненты поршня, цилиндра и головки цилиндра, время начала впрыска дизельного топлива должно быть перенесено на более ранний срок. Для производства максимального крутящего момента для полной нагрузки начало впрыска дизельного топлива может начинаться за 8-16° перед верхней мертвой точкой, а продолжительность сгорания при максимальной подаче топлива варьируется между приблизительно 40° и 70° вращения коленчатого вала.

Инициация впрыска дизельного топлива слишком рано во время сжимающего хода вызывает значительное сгорание, когда поршень еще поднимается, уменьшая производство эффективного крутящего момента и снижая тепловую эффективность из-за больших тепловых потерь на компоненты поршня, цилиндра и головки цилиндра. Это приводит к увеличению потребления топлива и интенсивности технического обслуживания двигателя. Однако такой режим работы может быть намеренно обеспечен для увеличения доставки тепла к каталитическим реакторам и другому последующему оборудованию. Резкое повышение давления в цилиндре во время сжатия также увеличивает износ подшипников и колец и шум двигателя. Для сравнения, если начало впрыска дизельного топлива является слишком поздним, эффективный крутящий момент тоже уменьшается, и происходит неполное сгорание с увеличением выброса несгоревших углеводородов.

В более популярных двигателях, использующих однородный состав, с впрыском бензина через топливный канал количество впрыскиваемого топлива прямо пропорционально степени сдерживания воздуха и времени, в течение которого инжектор открыт или открывается. Для сравнения, современный дизельный инжектор будет более узко варьировать массовый расход дизельного топлива как функции разности между давлением впрыска и давлением камеры сгорания, плотности топлива, которая зависит от температуры, и динамической сжимаемости топлива.

Для того чтобы оперировать переменными, упомянутыми выше, и в попытках уменьшить проблематичные выбросы, электронно-управляемые и эксплуатируемые инжекторы дизельного топлива могут обеспечивать несколько периодов впрыска для разных компромиссов и целей, к числу которых относятся следующие.

Первый впрыск малой продолжительности для уменьшения скорости роста давления сгорания, что может уменьшать шум сгорания и в некоторой степени уменьшать производство оксидов азота (NOx) во время жесткой работы дизельного двигателя, при которой имеет место сгорание с быстрым ростом давления.

Второй впрыск большей части доставляемого топлива, осуществляемый далее, для обеспечения главной фазы впрыска.

Третий впрыск, который может быть добавлен в попытке внедрения в меньшей степени использованного воздуха для уменьшения выброса сажи путем инициации дожигания с целью уничтожения в противном случае быстро охлаждающихся углеводородов, которые не сгорели полностью в результате первого и второго впрыска.

Четвертый впрыск, осуществляемый позже на период до 180° поворота коленчатого вала, для обеспечения позднего поствпрыска, который служит для повторного нагрева без производства мощности, в частности, для активации накопительных каталитических преобразователей NOx и/или для достаточного увеличения средней температуры выхлопного газа для «выжигания» собираемых углеводородных частиц в процессе, называемом «регенерацией», в керамическом фильтре частиц.

Типовые количества впрыскиваемого дизельного топлива варьируются от приблизительно 1 кубического миллиметра для первого впрыска или предварительного впрыска до приблизительно 50 кубических миллиметров для полной нагрузки. Продолжительность впрыска составляет 1-2 миллисекунды.

Большинство автомобильных дизельных двигателей использует доставку топлива по общему нагнетательному трубопроводу к каждому инжектору дизельного топлива. Это обеспечивает разделение функций сжатия топлива и впрыска топлива, и поэтому система с общим нагнетательным трубопроводом обычно способна подавать топливо с более широким диапазоном графиков впрыска и значений давления, чем предыдущие системы с объединенными операциями механического сжатия и выбора графика.

Насос высокого давления сжимает топливо для доставки по общему нагнетательному трубопроводу. Главное управление нагнетательным трубопроводом для топлива и клапан регулировки давления обеспечивают поддержание давления топлива на уровне, установленном электронным управляющим блоком (ЭУБ). Давление общего нагнетательного трубопровода, которое поддерживается, обслуживает каждый инжектор. Электронная ЭВМ (ЭУБ) принимает входные данные от датчиков о давлении топлива, скорости двигателя, положении распределительного вала, смещении педали газа, давлении наддува, температуре впускного воздуха и температуре охлаждающей жидкости двигателя. В зависимости от области применения, дополнительные датчики могут сообщать о скорости транспортного средства, температуре выхлопа, концентрации кислорода в выхлопе, каталитическом противодавлении и противодавлении улавливателя твердых частиц.

Во многих случаях дизельные двигатели с общим нагнетательным трубопроводом по-прежнему требуют свечей подогрева для предварительного нагрева воздуха для возможности пуска в холодную погоду. Помимо управления свечами подогрева, дополнительными функциями ЭУБ являются регулировка давления наддува, создаваемого механическим нагнетателем наддува или приводимым в действие выхлопными газами турбонагнетателем, степени рециркуляции выхлопного газа и, в некоторых двигателях, регулируемых заслонок впускного канала для индуцирования завихрения или иного придания импульса потоку впускного воздуха.

Насосы высокого давления подают дизельное топливо приблизительно при 1600 бар (23500 фунтов/кв. дюйм) через систему с общим нагнетательным трубопроводом. Такие насосы приводятся в действие от коленчатого вала и во многих случаях имеют радиально-поршневую конструкцию. Смазка компонентов этих насосов очень высокого давления осуществляется тщательно фильтрованным дизельным топливом. Типовой насос требует, чтобы двигатель отдавал до приблизительно 4 кВт из полезной выходной мощности.

Регулировка давления топлива обычно осуществляется соленоидным клапаном, в котором открытие клапана варьируется широтно-импульсной модуляцией при частоте в 1 кГц. В то время, когда клапан регулировки давления не активирован, внутренняя пружина поддерживает давление топлива приблизительно в 100 бар (1500 фунтов/кв. дюйм). В то время, когда клапан активирован, усилие, прикладываемое электромагнитным плунжером, помогает пружине, уменьшая полезное открытие клапана для увеличения давления доставляемого топлива. Клапаны регулировки давления топлива могут также действовать в качестве механического амортизатора давления для уменьшения высокочастотных колебаний давления топлива, создаваемых насосом.

Два подхода к уменьшению выбросов дизельного двигателя являются популярными: рециркуляция выхлопного газа и добавление мочевины в выхлопной системе для обеспечения индуцируемого водородом восстановления оксидов азота, которые были произведены работой камеры сгорания.

Рециркуляция выхлопного газа подает порцию выхлопного газа для смешивания с дозой впускного воздуха для восстановления выхлопных оксидов азота. Это снижает концентрацию и доступность кислорода в камере сгорания, пиковую температуру сгорания и температуру выхлопного газа. Это также значительно снижает объемную эффективность двигателя. Доля рециркуляции может достигать 50% во время частей рабочих условий.

Рециркуляция вызывает много тех же компромиссов эффективности, что сдерживание воздуха производит при работе двигателя, использующего однородный состав.

Окислительные каталитические преобразователи несгоревшего топлива используются для уменьшения выбросов углеводородов и монооксида углерода путем проведения реакции составляющих несгоревшего топлива с кислородом, который предварительно нагревается от камеры сгорания. Составляющие несгоревшего топлива, такие как монооксид углерода и углеводороды, которые выходят через выпускной клапан камеры сгорания, окисляются с образованием воды и диоксида углерода. Для быстрого достижения его рабочей температуры этот тип каталитического преобразователя устанавливается вблизи двигателя.

Накопительные каталитические преобразователи также используются для устранения оксидов азота, которые производятся в процессе сгорания. Этот тип реактора разрушает NOx за счет увеличения времени выдержки путем их (оксидов азота) хранения в течение периодов от 30 секунд до нескольких минут. Оксиды азота соединяются с оксидами металла на поверхности накопителя NOx с образованием нитратов, когда соотношение воздуха/топлива представляет недостаток топлива с обеспечением сгорания топлива с избытком кислорода.

Однако такое хранение NOx является лишь кратковременным, и когда оксиды азота блокируют доступ для дополнительных оксидов азота, «поляризованный» каталитический преобразователь должен быть полностью обновлен процессом освобождения и преобразования хранящихся NOx в двухатомные молекулы азота и кислорода. Такое полное обновление требует, чтобы двигатель в течение короткого периода работал на богатой смеси. В качестве пояснения, двигатель должен работать на богатой топливной смеси с соотношением воздуха/топлива приблизительно 13,8:1 в течение времени, достаточного для того, чтобы позволить вновь прибывающим NOx соединяться временно с оксидами металла на поверхностях накопителя NOx.

Определение того, когда полное обновление должно происходить, а затем определение того, когда оно было в достаточной мере завершено, - это сложная задача, и имеется вероятность ложных сигналов. Одним подходом является использование модели, которая выводит и рассчитывает количество хранящихся оксидов азота на основании температуры каталитического преобразователя. Еще один подход предлагает специальный датчик NOx, расположенный ниже по потоку накопительного каталитического преобразователя, для определения потери эффективности оксидов металла в накопительном узле. Определение достаточного полного обновления осуществляется либо основанным на модели подходом, либо датчиком кислорода, расположенным ниже по потоку слоя катализатора. Изменение в сигнале от высокого содержания кислорода до низкого содержания кислорода может показывать приближение к концу операции полного обновления.

Для того чтобы гарантировать, что каталитическая система с хранением NOx работает эффективно от холодного запуска или слабо загруженного режима двигателя, для нагревания выхлопного газа часто предусмотрен электрический резистивный нагреватель. Это создает еще одну паразитную потерю мощности и повышает потребление топлива двигателем для производства электричества, хранения его в батарее и рассеяния хранящейся энергии таким способом, который не обеспечивает эффективную работу двигателя. Кроме того, это еще одно изделие, требующее дорогостоящего технического обслуживания.

Еще один тип паразитных потерь и эксплуатационных расходов касается использования восстанавливающего агента, такого как разжиженная мочевина, для обработки выхлопа с целью восстановления NOx в выхлопных газах дизельного двигателя. В этом подходе восстанавливающий агент, такой как жидкий раствор мочевины, добавляется к выхлопу в относительно малых количествах. Гидролизующий каталитический преобразователь обеспечивает диссоциацию мочевины в аммиак, что высвобождает водород для реакции с NOx с образованием азота и воды. Эта система может быть достаточно эффективной для уменьшения выбросов NOx, так что могут использоваться более бедные, чем нормальные, соотношения воздуха/топлива, в результате чего может быть обеспечено увеличение экономии топлива, что компенсирует часть расходов на систему подачи мочевины и эксплуатационных расходов. Бак с мочевиной оборудован средствами для сигнализации о необходимости повторного наполнения, когда это требуется для обеспечения восстановления оксидов азота в выхлопе.

Эти и другие ограничения существуют в работе бензиновых и дизельных двигателей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 показывает схематичный вид сбоку в разрезе инжектора/воспламенителя, сконфигурированного согласно некоторым вариантам реализации.

Фиг.2 показывает вид сбоку системы, сконфигурированной согласно некоторым вариантам реализации.

Фиг.3A-3D иллюстрируют несколько характерных схем слоистого вброса топлива, которое может впрыскиваться инжекторами, сконфигурированными согласно некоторым вариантам реализации.

Фиг.4 показывает блок-схему, иллюстрирующую подходящую систему для адаптивного управления ионизацией согласно некоторым вариантам реализации.

Фиг.5 показывает блок-схему, иллюстрирующую адаптивную систему управления согласно некоторым вариантам реализации.

Фиг.6 показывает вид в продольном разрезе адаптивно управляемого инжектора/воспламенителя согласно одному из вариантов реализации.

Фиг.7 показывает вид с торца адаптивно управляемого инжектора/воспламенителя из Фиг.6, сконфигурированного согласно одному из вариантов реализации.

Фиг.8 показывает блок-схему, иллюстрирующую последовательность операций для сжигания топлива внутри камеры сгорания согласно некоторым вариантам реализации.

Фиг.9 показывает блок-схему, иллюстрирующую последовательность операций для регулировки степени ионизации внутри камеры сгорания согласно некоторым вариантам реализации.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В настоящую заявку полностью включены посредством ссылки следующие документы:

заявка на патент США № 12/841170, поданная 21 июля 2010 года и названная «ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ИНЖЕКТОРЫ И ВОСПЛАМЕНИТЕЛИ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ»,

заявка на патент США № 12/804510, поданная 21 июля 2010 года и названная «ПРИВОДЯЩИЕ УЗЛЫ ТОПЛИВНОГО ИНЖЕКТОРА И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ»,

заявка на патент США № 12/841146, поданная 21 июля 2010 года и названная «ВОСПЛАМЕНИТЕЛИ ИНТЕГРИРОВАННОГО ТОПЛИВНОГО ИНЖЕКТОРА С БЛОКАМИ ПРОВОДЯЩИХ КАБЕЛЕЙ»,

заявка на патент США № 12/841149, поданная 21 июля 2010 года и названная «ФОРМИРОВАНИЕ ДОЗЫ ТОПЛИВА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ С НЕСКОЛЬКИМИ ПРИВОДНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ И/ИЛИ КОНТРОЛЕМ ИОНИЗАЦИИ»,

заявка на патент США № 12/841135, поданная 21 июля 2010 года и названная «КЕРАМИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР И СПОСОБЫ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ»,

заявка на патент США № 12/804509, поданная 21 июля 2010 года и названная «СПОСОБ И СИСТЕМА ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩЕГО ТОПЛИВА, НАПРИМЕР, В ОХЛАЖДАЕМЫХ ТОПЛИВОМ ТОПЛИВНЫХ ИНЖЕКТОРАХ»,

заявка на патент США № 12/804508, поданная 21 июля 2010 года и названная «СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА ВО ВРЕМЯ ГОРЕНИЯ В ДВИГАТЕЛЯХ»,

заявка на патент США № 12/581825, поданная 19 октября 2009 года и названная «СИСТЕМА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ, ДОЗИРОВАНИЯ И ВОСПЛАМЕНЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ ТОПЛИВ»,

заявка на патент США № 12/653085, поданная 7 декабря 2009 года и названная «ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ИНЖЕКТОРЫ И ВОСПЛАМЕНИТЕЛИ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ»,

заявка на патент США № 12/006774 (на которую получен патент США №7628137), поданная 7 января 2008 года и названная «СИСТЕМА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ, ДОЗИРОВАНИЯ И ВОСПЛАМЕНЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ ТОПЛИВ»,

заявка PCT № PCT/US09/67044, поданная 7 декабря 2009 года и названная «ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ИНЖЕКТОРЫ И ВОСПЛАМЕНИТЕЛИ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ»,

предварительная заявка на патент США № 61/237425, поданная 27 августа 2009 года и названная «ПРОИЗВОДСТВО КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩЕГО ТОПЛИВА»,

предварительная заявка на патент США № 61/237466, поданная 27 августа 2009 года и названная «ВБРАСЫВАТЕЛЬ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ ТОПЛИВА»,

предварительная заявка на патент США № 61/237479, поданная 27 августа 2009 года и названная «ЭНЕРГИЯ ПОЛНОГО СПЕКТРА»,

предварительная заявка на патент США № 61/304403, поданная 13 февраля 2010 года и названная «ЭНЕРГИЯ ПОЛНОГО СПЕКТРА И РЕСУРСНАЯ НЕЗАВИСИМОСТЬ», и

предварительная заявка на патент США № 61/312100, поданная 9 марта 2010 года и названная «СИСТЕМА И СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ, НАПРИМЕР, ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С ТОПЛИВНЫМ ИНЖЕКТОРОМ».

В настоящую заявку полностью включены посредством ссылки заявки на патент США, поданные одновременно с настоящей заявкой 27 октября 2010 года и названные «ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ИНЖЕКТОРЫ/ВОСПЛАМЕНИТЕЛИ, ПОДХОДЯЩИЕ ДЛЯ КРУПНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ» (номер, присвоенный патентным поверенным 69545-8039US) и «ТОПЛИВНЫЙ ИНЖЕКТОР, ПОДХОДЯЩИЙ ДЛЯ ВПРЫСКА НЕСКОЛЬКИХ РАЗНЫХ ТОПЛИВ ВНУТРЬ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ» (номер, присвоенный патентным поверенным 69545-8054US).

ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ

Настоящее раскрытие описывает устройства, системы и способы сжигания топлива внутри камеры сгорания. Раскрытие также описывает устройства, системы и способы для управления ионизацией внутри камеры сгорания, а также соответствующие системы, узлы, компоненты и способы. Например, несколько вариантов реализации, описанных ниже, направлены на адаптивное управление ионизацией внутри камеры сгорания на основании различных условий внутри камеры сгорания и/или на основании различных условий в областях у или вблизи инжектора/воспламенителя внутри камеры сгорания. Определенные подробности изложены в нижеследующем описании и Фиг.1-9 для обеспечения полного понимания различных вариантов реализации. Однако другие подробности, описывающие хорошо известные структуры и системы, часто относящиеся к двигателям внутреннего сгорания, инжекторам, воспламенителям и/или другим аспектам систем сжигания топлива, не излагаются ниже, чтобы избежать чрезмерного усложнения описания различных вариантов реализации. Таким образом, необходимо понимать, что подробности, изложенные ниже, предоставлены для описания нижеследующих вариантов реализации таким способом, который достаточен для того, чтобы дать возможность специалисту в соответствующей области изготовить и использовать раскрытые варианты реализации. Подробности и преимущества, описываемые ниже, однако, могут не быть необходимыми для практического воплощения некоторых вариантов реализации.

Многие из подробностей, размеров, углов, форм и других признаков, показанных на фигурах, являются лишь признаками конкретных вариантов реализации раскрытия. Соответственно, другие варианты реализации могут иметь другие подробности, размеры, углы и признаки без выхода за рамки сущности или объема настоящего раскрытия. Кроме того, специалисты в данной области должны понимать, что другие варианты реализации раскрытия могут быть воплощены на практике без некоторых из подробностей, описанных ниже.

Ссылка в настоящем документе на «один вариант реализации» или «вариант реализации» означает, что конкретные признак, структура или характеристика, описанные применительно к этому варианту реализации, включены по меньшей мере в один вариант реализации. Таким образом, использование выражений «в одном варианте реализации» или «в варианте реализации» в различных местах в настоящем документе не обязательно означает, что все они относятся к одному и тому же варианту реализации. Далее, конкретные признаки, структуры или характеристики могут быть скомбинированы любым подходящим способом в одном или более другом варианте реализации. Заголовки, имеющиеся в настоящем документе, приведены лишь для удобства и не интерпретируют объем или значение заявленного раскрытия.

ПОДХОДЯЩИЕ СИСТЕМЫ И КОМПОНЕНТЫ

Фиг.1 показывает схематичный вид сбоку в разрезе интегрированного инжектора/воспламенителя 110 («инжектора» 110), сконфигурированного согласно одному из вариантов реализации. Инжектор 110, изображенный на фиг.1, сконфигурирован с возможностью впрыскивать различные топлива внутрь камеры 104 сгорания, адаптивно регулировать схему и/или частоту впрысков или вбросов топлива на основании параметров сгорания и условий в камере 104 сгорания, а также с возможностью быть управляемым адаптивной управляющей системой и/или принимать команды от адаптивной управляющей системы, которая управляет ионизацией внутри камеры 104 сгорания. Инжектор 110 может оптимизировать впрыск топлива для быстрого воспламенения и полного сгорания. Помимо впрыска топлива, инжектор 110 включает по меньшей мере один интегрированный воспламеняющий элемент, который сконфигурирован с возможностью воспламенения впрыскиваемого топлива. Как таковой, инжектор 110 может быть использован для преобразования стандартных двигателей внутреннего сгорания таким образом, чтобы они были способны работать с несколькими видами разных топлив. Хотя несколько из признаков изображенного инжектора 110 показаны схематично в целях иллюстрации, несколько из этих схематично изображенных признаков описаны подробно ниже со ссылками на различные признаки вариантов реализации. Соответственно, положение, размер, ориентация и т.д. схематично изображенных компонентов инжектора на фиг.1 не имеют целью ограничить настоящее раскрытие. Кроме того, дополнительные подробности, относящиеся к подходящим инжекторам, могут быть найдены в заявке на патент США № 12/653085, поданной 7 декабря 2009 года и названной «ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ИНЖЕКТОРЫ И ВОСПЛАМЕНИТЕЛИ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ», упоминание которой означает ее включение в настоящий документ в полном объеме.

В изображенном варианте реализации инжектор 110 включает корпус 112, имеющий среднюю часть 116, проходящую между базовой частью 114 и выпускной частью 118. Выпускная часть 118 проходит, по меньшей мере частично, через проход в головке 107 цилиндра таким образом, чтобы помещать концевую часть 119 выпускной части 118 у границы с камерой 104 сгорания. Инжектор 110 также включает проход или канал 123, проходящий через корпус 112 от базовой части 114 к выпускной части 118. Канал 123 сконфигурирован с возможностью позволять протекание топлива через корпус 112. Канал 123 также сконфигурирован с возможностью позволять другим компонентам, таким как приводящее средство 122, проходить через корпус 112 наряду с измерительными компонентами и/или преобразующими энергию и подводящими энергию компонентами инжектора 110. В некоторых вариантах реализации приводящее средство 122 может представлять собой трос или стержень, который имеет первую концевую часть, которая функционально соединена с регулирующим подачу устройством 120, или клапаном 120 подачи, которое или который несется концевой частью 119 выпускной части 118. Как таковой, клапан 120 подачи расположен вблизи границы с камерой 104 сгорания. Хотя это не показано на фиг.1, в некоторых вариантах реализации инжектор 110 может включать более одного клапана подачи, а также по меньшей мере один обратный клапан, расположенные вблизи камеры 104 сгорания и в других местах корпуса 112.

Согласно еще одному признаку изображенного варианта реализации, приводящее средство 122 также включает вторую концевую часть, функционально соединенную с приводом 124. Вторая концевая часть может также быть соединена с контроллером или процессором 126. Как описано подробно со ссылкой на различные варианты реализации, контроллер 126 и/или привод 124 сконфигурированы с возможностью быстро и точно приводить в движение приводящее средство 122 для впрыска топлива внутрь камеры 104 сгорания через клапан 120 подачи. Например, в некоторых вариантах реализации клапан 120 подачи может перемещаться наружу (например, к камере 104 сгорания), а в других вариантах реализации клапан 120 подачи может перемещаться внутрь (например, от камеры 104 сгорания) для дозирования топлива и управления впрыском топлива. Кроме того, в некоторых вариантах реализации привод 124 может растягивать приводящее средство 122, чтобы удерживать клапан 120 подачи в закрытой, или прижатой к седлу, позиции, и привод 124 может освобождать приводящее средство 122, чтобы позволить клапану 120 подачи впрыскивать топливо, и наоборот. Привод 124 может приводиться в действие контроллером, а также другими создающими усилие компонентами (например, акустическими, электромагнитными и/или пьезоэлектрическими компонентами) для обеспечения желаемых частоты и схемы вбросов впрыскиваемого топлива.

В некоторых вариантах реализации приводящее средство 122 может включать по меньшей мере один измерительный и/или передающий компонент для определения параметров и условий камеры сгорания. Например, приводящее средство 122 может быть сформировано из оптоволоконных тросов, изолированных трансдукторов, интегрированных внутрь стержня или троса, или может включать другие датчики для определения и передачи данных камеры сгорания. Хотя это не показано на фиг.1, в других вариантах реализации и как описано подробно ниже, инжектор 110 может включать другие датчики или средства мониторинга, расположенные в различных местах на инжекторе 110. Например, корпус 112 может включать оптические волокна, интегрированные внутрь материала корпуса 112, или материал корпуса 112 сам может быть использован для передачи данных о сгорании по меньшей мере одному контроллеру. Кроме того, клапан 120 подачи может быть сконфигурирован с возможностью действовать в качестве датчика или нести датчики, с тем, чтобы передавать данные о сгорании одному или более контроллеру, относящемуся к инжектору 110. Эти данные могут передаваться посредством беспроводных, проводных, оптических или иных средств связи. Такая обратная связь обеспечивает возможность чрезвычайно быстрых и адаптивных регулировок для оптимизации факторов и характеристик впрыска топлива, включая, например, давление подачи топлива, график инициации впрыска топлива, продолжительность впрыска топлива для производства многослойных или послойных доз, график одного, нескольких или непрерывных воспламенений плазмой или конденсаторных разрядов и т.д.

Такая обратная связь и адаптивная регулировка контроллером 126, приводом 124 и/или приводящим средством 122 также обеспечивают возможность оптимизации выходных параметров, таких как производимая мощность, топливная экономичность и сведение к минимуму или устранение загрязняющих выбросов, включающих оксиды азота. Опубликованная заявка на патент США № 2006/0238068, упоминание которой означает ее включение в настоящий документ в полном объеме, описывает подходящие приводы для приведения ультразвуковых трансдукторов в инжекторе 110 и других инжекторах, описываемых в настоящем документе.

Инжектор 110 также может включать регулирующее воспламенение и подачу устройства, или крышку, 121 (показано или показана пунктирными линиями на фиг.1), которое или которая поддерживается концевой частью 119 вблизи прохода 107. Крышка 121 по меньшей мере частично закрывает или окружает клапан 120 подачи. Крышка 121 может также быть сконфигурирована с возможностью защищать некоторые компоненты инжектора 110, такие как датчики или иные осуществляющие мониторинг компоненты. Крышка 121 может также действовать в качестве воспламеняющего катализатора, носителя катализатора, теплоизолированного удерживающего тепло термического стимулятора для воспламенения топлива и/или первого электрода для воспламенения впрыскиваемых топлив. Кроме того, крышка 121 может быть сконфигурирована с возможностью влиять на форму, схему и/или фазу впрыскиваемого топлива. Клапан 120 подачи может тоже быть сконфигурирован с возможностью влиять на эти свойства впрыскиваемого топлива. Например, в некоторых вариантах реализации крышка 121 и/или клапан 120 подачи могут быть сконфигурированы с возможностью производить быструю газификацию топлива, текущего через эти компоненты. В частности, крышка 121 и/или клапан 120 подачи могут включать поверхности, имеющие острые грани, катализаторы или иные признаки, которые производят газ или пар из быстро входящего жидкого топлива или смеси жидкого топлива и твердого топлива. Ускорение и/или частота приведения в движение клапана 120 подачи могут тоже быстро газифицировать впрыскиваемое топливо. Во время работы эта быстрая газификация вынуждает пар или газ, выбрасываемый из выпускной части 118, более быстро и более полно сгорать. Кроме того, такая быстрая газификация может быть использована в различных сочетаниях с перегревом жидких топлив и плазменными или акустическими толчками распространяющихся вбросов топлива. В других вариантах реализации частота приведения в движение клапана 120 подачи может индуцировать распространение плазмы для выгодного влияния на форму и/или схему впрыскиваемого топлива. Заявка на патент США № 672636 (патент США 4122816), упоминание которой означает ее включение в настоящий документ в полном объеме, описывает подходящие приводы для инициации распространения плазмы с помощью инжектора 110 и других инжекторов, описываемых в настоящем документе.

Согласно еще одному аспекту изображенного варианта реализации и как описано подробно ниже, по меньшей мере часть корпуса 112 выполнена из по меньшей мере одного диэлектрического материала 117, подходящего для обеспечения возможности высокоэнергетического воспламенения для сжигания разных топлив, включая неочищенные топлива или имеющие низкую удельную энергию топлива. Эти диэлектрические материалы 117 могут обеспечивать достаточную электрическую изоляцию высокого напряжения для производства, изоляции и/или доставки искры или плазмы для воспламенения. В некоторых вариантах реализации корпус 112 может быть выполнен из одного диэлектрического материала 117. В других вариантах реализации, однако, корпус 112 может включать по меньшей мере два диэлектрических материала. Например, по меньшей мере сегмент средней части 116 может быть выполнен из первого диэлектрического материала, имеющего первую диэлектрическую прочность, а по меньшей мере сегмент выпускной части 118 может быть выполнен из диэлектрического материала, имеющего вторую диэлектрическую прочность, которая больше, чем первая диэлектрическая прочность. При относительно высокой второй диэлектрической прочности второй диэлектрический материал может защищать инжектор 110 от температурного и механического разрушения, порчи, электрического трекинга и т.д. Примеры подходящих диэлектрических материалов, а также расположений этих материалов на корпусе 112 описаны подробно ниже.

Помимо диэлектрических материалов, инжектор 110 может также быть соединен с источником электроэнергии или высокого напряжения, с тем, чтобы генерировать акт воспламенения для сгорания впрыскиваемых топлив. Первый электрод может быть соединен с источником электроэнергии (например, генерирующим напряжение и/или умножающим напряжение источником, таким как емкостно-разрядная, индуктивная или пьезоэлектрическая система) посредством по меньшей мере одного проводника, проходящего через инжектор 110. Области выпускной части 118, клапана 120 подачи и/или крышки 121 могут действовать в качестве первого электрода для генерации акта воспламенения (например, воспламенения искрой, плазмой, сжатием, высокоэнергетическим емкостным разрядом, протяженной индуктивно произведенной искрой и/или плазмой постоянного тока или высокочастотной плазмой в сочетании с приложением ультразвука для быстрого индуцирования, осуществления и завершения сгорания) с соответствующим вторым электродом головки 107 цилиндра. Как описано подробно ниже, первый электрод может быть сконфигурирован для надежности и длительного срока службы. В других вариантах реализации инжектор 110 может быть сконфигурирован с возможностью обеспечения преобразования энергии из камеры сгорания и/или использования теплоотходов или энергетических отходов посредством термохимической регенерации для приведения в действие по меньшей мере одного компонента инжектора 110 от энергии, источником которой являются акты сгорания.

Фиг.2 показывает вид сбоку, иллюстрирующий рабочие условия части системы 200 внутреннего сгорания, имеющей топливный инжектор 210, сконфигурированный согласно некоторым вариантам реализации. В изображенном варианте реализации схематично изображенный инжектор 210 представляет собой лишь наглядное изображение типа инжектора, который сконфигурирован с возможностью впрыскивать и воспламенять разные топлива в камеру 202 сгорания двигателя 204 внутреннего сгорания. Как показано на Фиг.2, камера 202 сгорания сформирована между головкой, содержащей инжектор 210 и клапаны, выполненным с возможностью перемещения поршнем 201 и внутренней поверхностью цилиндра 203. В других вариантах реализации, однако, инжектор 210 может использоваться в других рабочих условиях с другими типами камер сгорания и/или передающих энергию устройств, включая различные лопастные, осевые и радиальные поршневые расширители, а также множество типов ротационных двигателей сгорания. Как описано более подробно ниже, инжектор 210 включает несколько признаков, которые не только обеспечивают возможность впрыска и воспламенения различных топлив в камеру 202 сгорания, но также позволяют инжектору 210 адаптивно впрыскивать и воспламенять эти разные топлива в соответствии с различными условиями или требованиями сгорания и/или адаптивно модифицировать уровни ионизации внутри камеры 202 сгорания. Например, инжектор 210 включает по меньшей мере один изоляционный материал, который сконфигурирован с возможностью обеспечивать высокоэнергетическое воспламенение для сгорания различных типов топлива, включая неочищенные топлива или имеющие низкую удельную энергию топлива. Эти изоляционные материалы также сконфигурированы с возможностью противостоять агрессивным условиям, требуемым для сгорания различных типов топлива, в том числе, например, высокому напряжению, усталостным нагрузкам, ударам, окислению и коррозионному разрушению.

Согласно еще одному аспекту изображенного варианта реализации, инжектор 210 может также включать средства определения различных свойств процессов сгорания в камере 202 сгорания (например, свойств проникновения топлива внутрь воздуха, воспламенения, процесса сгорания, камеры 202 сгорания, двигателя 204 и т.д.). В ответ на эти определяемые условия инжектор 210 может адаптивно оптимизировать характеристики впрыска и воспламенения топлива, модифицировать уровни ионизации и т.д., с тем, чтобы обеспечить повышенные топливную эффективность и производимую мощность, снизить шум, стук двигателя, тепловые потери и/или вибрации для увеличения срока службы двигателя и/или транспортного средства. Кроме того, инжектор 210 также включает приводящие в движение компоненты для впрыска топлива внутрь камеры 202 сгорания для обеспечения определенных схем 205 потока или струи, а также определенной фазы впрыскиваемого топлива. Например, инжектор 210 может включать по меньшей мере один клапан, расположенный вблизи границы камеры 202 сгорания. Приводящие компоненты инжектора 210 обеспечивают точную, высокочастотную работу клапана для управления по меньшей мере следующими параметрами: график инициации и завершения впрыска топлива; частота и длительность повторяемых впрысков топлива; и/или график и выбор актов воспламенения.

Фиг.3A-3D иллюстрируют несколько схем 305 вброса топлива (идентифицированы по отдельности первая-четвертая схемы 305a-305d), которые могут быть обеспечены инжектором, сконфигурированным согласно вариантам реализации. Как должны понимать специалисты в данной области, изображенные схемы 305 представляют лишь некоторые варианты реализации. Соответственно, настоящее раскрытие не ограничено схемами 305, показанными на фиг.3A-3D, и в других вариантах реализации инжекторы могут обеспечивать схемы вброса, которые отличаются от изображенных схем 305 вброса. Хотя схемы 305, изображенные на фиг.3A-3D, имеют разные формы и конфигурации, эти схемы 305 обладают общим свойством: они имеют последовательные топливные слои 307. Отдельные слои 307 соответствующих схем 305 обеспечивают преимущество относительно больших отношений площади к объему впрыскиваемого топлива. Эти большие отношения площади к объему обеспечивают более высокие скорости сгорания топливных доз, а также содействуют в разобщении и ускорении полного сгорания топливных доз. Такое быстрое и полное сгорание обеспечивает несколько преимуществ перед более медленным горением топливных доз. Например, более медленное горение топливных доз требует более раннего воспламенения, вызывает значительные тепловые потери на поверхности камеры сгорания и производит больше противодействия или потерь выходного крутящего момента для преодоления раннего роста давления от более раннего воспламенения во время процесса сжатия цикла двигателя. Такое сгорание уровня техники также характеризуется загрязняющими выбросами (например, богатыми углеродом углеводородными частицами, оксидами азота, монооксидом углерода, диоксидом углерода, быстро охлажденными и не сгоревшими углеводородами и т.д.), а также вредным нагревом и деградацией смазочных пленок на стенке цилиндра, поршне, кольцах с последующим износом поршней, колец, стенок цилиндра, клапанов и других компонентов камеры сгорания.

Таким образом, системы и инжекторы согласно настоящему раскрытию обеспечивают возможность заменить стандартные инжекторы, свечи подогрева или свечи зажигания (например, инжекторы дизельного топлива, свечи зажигания для бензина и т.д.) и развивать наибольшую мощность с широким разнообразием возобновляемых топлив, таких как водород, метан и различные недорогие топливные спирты, производимые из широко доступных сточных вод, бытовых отходов, а также отходов земледелия и животноводства. Хотя эти возобновляемые топлива могут иметь приблизительно в 3000 раз меньшую удельную энергию по сравнению с очищенными ископаемыми топливами, системы и инжекторы согласно настоящему раскрытию способны впрыскивать и воспламенять эти возобновляемые топлива таким образом, чтобы эффективно производилась энергия и значительно уменьшалось или устранялось суммарное производство парниковых газов.

Как описано в настоящем документе, в некоторых вариантах реализации система управления ионизацией осуществляет коммуникацию с инжекторами для того, чтобы управлять, модифицировать и/или подстраивать уровни ионизации внутри камеры сгорания. Фиг.4 показывает систему 400 для адаптивного управления ионизацией. Система 400 включает адаптивную управляющую систему 410, находящуюся в коммуникации с инжектором 425 или иными компонентами внутри камеры 420 сгорания. Другие подробности, относящиеся к адаптивной управляющей системе 410, камере 420 сгорания и инжектору 425, будут описаны далее.

Системы, устройства, компоненты и модули, описываемые в настоящем документе, такие как те, что показаны на фиг.4-6, могут содержать программное обеспечение, аппаратно реализованное программное обеспечение, аппаратное обеспечение или любое сочетание(я) программного обеспечения, аппаратно реализованного программного обеспечения или аппаратного обеспечения, подходящие для целей, описываемых в настоящем документе. Программное обеспечение и другие модули могут находиться на серверах, рабочих станциях, персональных компьютерах, компьютеризированных электронных планшетах, PDA (карманных персональных компьютерах) и других устройствах, подходящих для целей, описываемых в настоящем документе. Иными словами, программное обеспечение и другие модули, описываемые в настоящем документе, могут исполняться ЭВМ общего назначения, например, сервер-ЭВМ, беспроводным устройством или персональным компьютером. Специалисты в соответствующей области должны понимать, что аспекты системы могут быть практически реализованы и с другими конфигурациями коммуникационной, обрабатывающей данные или вычислительной системы, включая: устройства для доступа в Интернет, портативные устройства (включая карманные персональные компьютеры (PDA)), носимые компьютеры, всевозможные сотовые или мобильные телефоны, многопроцессорные системы, микропроцессорная или программируемая бытовая электроника, телеприставки, объединенные в сеть персональные компьютеры, мини-компьютеры, большие универсальные ЭВМ и т.п. Фактически, термины «компьютер», «сервер», «хост», «хост-система» и подобные в целом используются с возможностью взаимной замены в настоящем документе и относятся к любому из вышеназванных устройств и систем, а также к любому устройству обработки данных. Кроме того, аспекты системы могут быть реализованы в специализированной ЭВМ или специализированном устройстве обработки данных, которая или который специально запрограммирована или запрограммирован, сконфигурирована или сконфигурирован либо сконструирована или сконструирован с возможностью выполнения одной или более исполняемой ЭВМ инструкции, описанной подробно в настоящем документе.

Программное обеспечение и другие модули могут быть доступны через локальную память, через сеть, через браузер или через приложение в контексте ASP (активных серверных страниц) или через другие средства, подходящие для целей, описываемых в настоящем документе. Примеры предлагаемой технологии могут также быть практически реализованы в распределенных вычислительных средах, где задачи или модули выполняются удаленными процессинговыми устройствами, которые соединены посредством коммуникационной сети, такой как локальная сеть, крупномасштабная сеть или Интернет. В распределенной вычислительной среде программные модули могут располагаться как в локальных, так и в удаленных запоминающих устройствах. Структуры данных, описываемые в настоящем документе, могут содержать машинные файлы, переменные, массивы программирования, структуры программирования или любые схемы или способы хранения в электронном виде информации либо любые их сочетания, подходящие для целей, описываемых в настоящем документе. Элементы пользовательского интерфейса, описываемые в настоящем документе, могут содержать элементы из графических пользовательских интерфейсов, интерфейсов с командной строкой и других интерфейсов, подходящих для целей, описываемых в настоящем документе. Экран, снимки которого представлены и описываются в настоящем документе, может иметь другой вид, как известно в уровне техники, и служит для того, чтобы вводить, осуществлять доступ к информации, изменять, манипулировать, модифицировать, преобразовывать информацию и работать с ней.

Примеры технологии могут храниться или могут быть распределены на машиночитаемых носителях, к которым относятся магнитные или оптические машиночитаемые диски, аппаратно реализованные или предварительно программируемые микросхемы (например, электрически стираемые программируемые полупроводниковые микросхемы), нанотехнологическая память, биологическая память или другие носители данных. Безусловно, реализуемые с помощью ЭВМ инструкции, структуры данных, экранные отображения и другие данные, соответствующие аспектам системы, могут быть распределены в Интернете или других сетях (включая беспроводные сети), в распространяющемся сигнале в среде распространения (например, электромагнитной волне(-ах), звуковой волне и т.д.) в течение некоторого периода времени, или они могут предоставляться в любой аналоговой или цифровой сети (с пакетной коммутацией, канальной коммутацией или иной схемой).

Фиг.5 показывает блок-схему, иллюстрирующую адаптивную управляющую систему 410 согласно некоторым вариантам реализации. Адаптивная управляющая система 410 включает различные аппаратные и/или программные модули, сконфигурированные или запрограммированные с возможностью осуществлять мониторинг условий внутри камеры сгорания, управлять инжектором внутри камеры сгорания, регулировать уровни ионизации внутри камеры сгорания и т.д.

Адаптивная управляющая система 410 включает мониторинговый модуль или компонент 510, который осуществляет мониторинг условий внутри камеры сгорания. Например, мониторинговый модуль 510 может осуществлять мониторинг температуры внутри камеры сгорания во время сгорания, давления внутри камеры сгорания во время сгорания или других условий, описываемых в настоящем документе.

Адаптивная управляющая система 410 также включает определяющий модуль или компонент 520, который определяет, соответствует ли подвергаемое мониторингу условие определенному критерию. Определяющий модуль 520 может принимать информацию от мониторингового модуля 510, относящуюся к определенным условиям внутри камеры сгорания, и определять, что условия соответствуют предварительно определенному или заданному критерию, соответствующему желательным или нежелательным условиям внутри камеры сгорания.

В ответ на информацию, принимаемую от определяющего модуля 520, модифицирующий модуль или компонент 530 может модифицировать по меньшей мере один параметр, относящийся к акту сгорания, или управлять этим параметром. Например, модифицирующий модуль 530 может передавать управляющую информацию инжектору, инструктируя инжектор о модификации приложения ионизирующего напряжения и/или тока к электродам, используемым для воспламенения топлива внутри камеры сгорания.

Адаптивная управляющая система 410 также включает запоминающий модуль или компонент 540, который хранит информацию, критерии, записи, алгоритмы и/или другую информацию, относящуюся к адаптивному управлению уровнями ионизации внутри камеры сгорания, а также другие модули 550 или компоненты, такие как модули, которые передают информацию другим устройствам в сети, модули, которые обеспечивают взаимодействие пользователя с адаптивной управляющей системой 410 (например, пользовательские интерфейсы, сенсорные экраны и т.д.) и другие компоненты, которые обеспечивают выполнение операций и способов, описываемых в настоящем документе.

Фиг.6 иллюстрирует подходящий адаптивно управляемый инжектор/воспламенитель 600, такой как инжектор, который выполнен с возможностью находиться под управлением адаптивной управляющей системы 410 для осуществления управления ионизацией и модификации ионизации внутри камеры сгорания. Фиг.7 показывает вид с торца инжектора/воспламенителя 600 из Фиг.6. Инжектор 600 включает различные компоненты, способные осуществлять измерение, мониторинг и/или определение условий внутри или вблизи инжектора 600. Например, инжектор 600 включает пропускающую свет диэлектрическую изоляцию 672, которая обеспечивает световодную передачу излучаемых волн из камеры сгорания к оптоэлектронному к датчику 662P, а также передачу варьирующегося сигнала механического напряжения, соответствующего давлению камеры сгорания, к датчику 662D напряжения.

Встроенный контроллер 662 принимает сигналы от датчиков 662D и 662P для производства аналоговых или цифровых сигналов об актах доставки и искрового воспламенения топлива для дальнейшего повышения эффективности, производимой мощности, плавности работы, отказоустойчивости и срока службы компонентов. Контроллер 662 может записывать показания или информацию датчиков для определения времени между развитиями крутящего момента каждого цилиндра, с тем, чтобы определять положительное и отрицательное ускорения двигателя как функцию графика адаптивных впрыска и искрового воспламенения топлива, и может записывать динамические данные, с тем, чтобы определять регулировки, необходимые для оптимизации желаемых параметров работы двигателя. Соответственно, контроллер 662 может действовать в качестве главной ЭВМ для управления различными вариантами работы инжектора, а также осуществления коммуникации с адаптивной управляющей системой 410 и ее различными модулями. Разумеется, инжектор 600 может включать другие компоненты, которые принимают управляющие данные от адаптивной управляющей системы 410.

По существу пропускающий свет обратный клапан 684 может защищать оптоволоконный пакет или трос 660 ниже регулирующего подачу клапана 674. В некоторых случаях обратный клапан 684 может быть быстро закрывающимся и включать ферромагнитный элемент, помещенный внутрь пропускающего свет тела. Различные геометрии компонентов могут содействовать работе обратного клапана 684, например, ферромагнитный диск внутри пропускающего свет диска или ферромагнитный шар внутри пропускающего свет шара, как показано. Во время работы геометрии позволяют обратному клапану 684 быть магнитно вынужденно перемещаемым в закрытую при нормальных условиях позицию таким образом, чтобы быть очень близко к клапану 674 и концу троса 660, как показано. Когда клапан 674 поднимается для обеспечения подачи топлива, обратный клапан 684 вынужденно перемещается в открытую позицию внутри отверстия, которое вмещает его, внутри пересекающихся щелей 688, что позволяет топливу течь через магнитное клапанное седло 690 мимо обратного клапана 684 и через щели 688 для обеспечения внедрения топлива внутрь воздуха внутри камеры сгорания с очень большим отношением площади к объему этого топлива. Соответственно, трос 660 осуществляет мониторинг актов камеры сгорания путем приема и передачи излучаемых волн, которые проходят через обратный клапан 684. Подходящие материалы для пропускающих свет частей обратного клапана 684 включают сапфир, кварц, высокотемпературные полимеры, керамики и другие материалы, которые являются пропускающими свет для желаемых длин волн, подвергаемых мониторингу.

В некоторых случаях может быть желательным производить наибольший крутящий момент с наименьшим потреблением топлива. В местах, таких как перегруженные транспортом улицы, где выбросы оксидов азота являются неприемлемыми, адаптивный график впрыска и воспламенения топлива обеспечивает максимальный крутящий момент, не позволяя пиковым температурам сгорания достигать 2200°C (4000°F). Детектор температуры пламени, который использует оптоволоконный трос 660 малого диаметра или более крупную пропускающую свет изоляцию 672, может быть использован для определения пиковых температур сгорания. В этих случаях изоляция 672 может быть изготовлена с тепло- и износостойкими покрытиями, такими как сапфировое или алмазное покрытие, на поверхности, обращенной к камере сгорания и выполненной из жаропрочного полимера или из кварца, сапфира или стекла, что обеспечивает выполнение комплексных функций внутри инжектора 600, в том числе световодную передачу излучения, производимого сгоранием, к датчику 662D контроллера 662, как показано. Кроме того, контроллеры 662, 643 и/или 632 могут осуществлять мониторинг сигнала от датчика 662D в каждой камере сгорания для передачи условий адаптивной управляющей системе 410, которая может адаптивно регулировать график впрыска и/или искрового воспламенения топлива для адаптации ионизации к желаемым уровням.

Таким образом, практически любое расстояние от границы камеры сгорания до места над плотно размещенными клапанами и оперирующими клапанами устройствами современного двигателя может быть обеспечено за счет того, что управляющие топливом усилия передаются закрытому при нормальных условиях клапану 674 изолированным тросом 660 наряду с интегрированным искровым воспламенением в наиболее оптимальном месте свечи зажигания или инжектора дизельного топлива. Конфигурация топливного инжектора 600 позволяет этому инжектору заменить свечу зажигания или инжектор дизельного топлива для обеспечения точного графика впрыска топлива и адаптивного искрового воспламенения для высокоэффективного сгорания послойной дозы топлива при очень широком разнообразии вариантов топлива, включая менее дорогие топлива, независимо от величин октанового числа, цетанового числа, вязкости, температуры или удельной энергии, и для обеспечения адаптируемых уровней ионизации внутри камеры сгорания. Двигатели, которые были раньше ограничены в работе топливами с конкретным октановым или цетановым числом, преобразуются для более эффективной и более долговечной работы с помощью настоящего раскрытия на топливах, которые имеют меньшую стоимость и являются гораздо более благоприятными для окружающей среды. Кроме того, является возможным использовать инжектор в качестве вспомогательной системы доставки и воспламенения топлива или в качестве лишь искровой воспламеняющей системы для возврата двигателя к первоначальной работе на бензине, доставляемом системами впрыска топлива с карбюратором или впускным трубопроводом. Аналогичным образом, является возможным сконфигурировать инжектор 600 с возможностью работы с дизельным топливом или альтернативными воспламеняемыми искрой топливами путем сочетания названных различных функций дозирования топлива, управления ионизацией и воспламенением.

Таким образом, система может адаптивно управлять графиком впрыска топлива и графиком искрового воспламенения для таких целей, как доведение до максимума экономии топлива, обеспечение заданной производимой мощности, гарантия сохранения смазывающей пленки на цилиндрах камеры сгорания, сведение к минимуму шума, управление уровнями ионизации и т.д. В некоторых случаях в инжекторе 600 трос 660 может без возможности перемещения проходить сквозь клапан 674 до (или почти до) обращенной к камере сгорания поверхности подающей топливо форсунки, с тем, чтобы отслеживать события в камере сгорания через центр щелей 688, как показано. В некоторых случаях трос 660 может формировать по меньшей мере один обеспечивающий свободное движение изгиб, такой как петли, выше останавливающего груз шара 635, что, предпочтительно, позволяет грузу 648 начинать движение и приобретать импульс раньше начала подъема троса 660, с тем чтобы таким образом резко поднимать регулирующий подачу клапан, и без возможности перемещения проходит сквозь магнитомягкий стержень 654 для доставки излучаемых волн от камеры сгорания датчику 640, как показано.

В некоторых вариантах реализации датчик 640 может быть отдельным или интегрированным внутрь контроллера 643, как показано. Например, оптоэлектронная датчиковая система может осуществлять комплексный мониторинг условий камеры сгорания, включая акты сгорания, расширения, выхлопа, впуска, впрыска и воспламенения топлива, как функции давления и/или излучения, регистрируемых в камере сгорания двигателя 630, как показано. Таким образом, сигналы температуры и соответствующего давления от датчика 640 и/или датчика 662D и/или датчика 662P позволяют контроллеру 632 мгновенно или быстро коррелировать температуру и время нахождения при этой температуре, когда топливо сгорает, с давлением в камере сгорания, положением поршня и с химической природой продуктов сгорания.

Такая корреляция без труда выполняется путем эксплуатации двигателя с комбинированным сбором данных о положении поршня, давлении камеры сгорания с помощью технологий, раскрытых в патентах США № 6015065; 6446597; 6503584; 5343699 и 5394852, а также в заявке № 60/551219, находящейся на рассмотрении одновременно с настоящей заявкой, и данных излучения камеры сгорания, предоставляемых оптоволоконным пакетом/световодным узлом/тросом 660 датчику 640, как показано. Функции корреляции, которые осуществляются, таким образом, позволяют сигналу излучения, доставляемому тросом 660 датчику 640, и данным о позиции поршня показывать давление, температуру и схему сгорания для камеры сгорания, что необходимо для адаптивной оптимизации различных функций двигателя, например, для доведения до максимума экономии топлива, производимой мощности, предотвращения образования оксидов азота, предотвращения тепловых потерь и т.п. В дальнейшем данные, предоставляемые тросом 660 и датчиком 640 контроллеру 643, могут обеспечивать быстрое и адаптивное управление функциями двигателя с помощью очень рентабельного инжектора.

В некоторых вариантах реализации более комплексная адаптивная инжекторная система может включать как датчик 640 и трос 660, так и по меньшей мере один датчик давления, как известно в уровне техники и/или раскрыто в патентах и заявках, находящихся на рассмотрении одновременно с настоящей заявкой, упоминание которых означает их включение в настоящий документ. В некоторых случаях система посредством по меньшей мере одного контроллера осуществляет мониторинг вращательного ускорения двигателя для адаптивного повышения экономии топлива и производимой мощности. Ускорение двигателя, соответственно, может подвергаться мониторингу многими способами, в том числе путем определения графика вращения коленчатого вала или распределительного вала, графика распределителя, графика вращения зуба зубчатого колеса, скорости поршня и т.д. Рассмотрение ускорения двигателя как функции управляемых переменных, в том числе как функции выбора видов топлива, температуры видов топлива, графика впрыска топлива, давления впрыска, частоты повторений впрыска, графика воспламенения и карты температур камеры сгорания, способствует повышению, при стандартных или менее дорогих топливах, рабочих характеристик двигателя, экономии топлива, управляемости выбросов, срока службы двигателя и т.д.

В некоторых вариантах реализации развитие искрового плазменного воспламенения с адаптивным графиком для оптимизации сгорания топлив с широко варьирующимися вязкостями, теплотворными способностями и давлениями пара достигается путем комбинирования удаленного оперирующего клапаном устройства 648 и клапана 674, предназначенного для его помещения у или по существу вблизи границы камеры сгорания. Эта конфигурация практически устраняет вредную предвпрысковую или поствпрысковую утечку, поскольку имеется небольшой или нулевой свободный объем между клапаном 674 и камерой сгорания. Сопротивление течению топлива, обычно вызываемое каналами, которые непрямо доставляют топливо, предотвращено путем расположения клапана 674 у границы камеры сгорания. В некоторых вариантах реализации клапан 674 может вынужденно перемещаться в закрытую при нормальных условиях позицию подходящей механической пружиной или сжимающим усилием на тросе или стержне 660 как функции усилия, прикладываемого притяжением пружины или магнитной пружины к клапанному седлу 690, включая комбинации таких закрывающих действий.

В некоторых вариантах реализации малочувствительные к давлению рабочие характеристики достигаются путем обеспечения свободного ускорения груза 648 с последующим ударом о шар 635, который зафиксирован на тросе 660 в месте, которое сконфигурировано с возможностью быстрого подъема или смещения шара 635. В некоторых случаях оперирующее устройство 648 перемещается относительно свободно к электромагнитному полюсу и мимо неподвижного троса 660, как показано. После того как значительный импульс был приобретен, оперирующее устройство 648 ударяет шар 635 внутри пружины, которая хорошо видна. Шар 635 может быть прикреплен к тросу 660 внутри пружины 636, как показано. Таким образом, во время работы резкое приложение большого или значительно большего усилия этим ударом может быть развито прямым действием соленоидного клапана, приводя к тому, что имеющий относительно меньшую инерцию и закрытый при нормальных условиях клапан 674 резко поднимается от верхнего клапанного седла прохода в седле 690.

Для клапана 674 может быть использовано любое подходящее седло, однако для использования с камерами сгорания малых двигателей инжектор может включать постоянный магнит внутри или в качестве седла 690, с тем, чтобы вынуждать клапан 674 перемещаться в закрытое при нормальных условиях состояние, как показано. Такое резкое ударное приведение в движение клапана 674 грузом 648 обеспечивает гарантированную точную подачу топлива независимо от температуры, вязкости топлива, присутствия кристаллов защитного покрытия (или приложенного давления, которое может быть необходимым для гарантии желаемых скоростей подачи топлива). Постоянные магнитны, такие как самарий-кобальтовый и неодим-железо-боровый с легкостью обеспечивают желаемые магнитные усилия при рабочих температурах до 205°C (401°F) и гарантируют, что клапан 674 вынужденно перемещается в закрытую при нормальных условиях позицию на магнитном клапанном седле 690, с тем, чтобы практически устранить свободный объем и поствпрысковую утечку.

Например, если клапан 674 расположен с грузом 648 для подачи (топлива) внутри отверстия изоляции 664 к проводящей форсунке 670, то поствпрысковая утечка топлива, которое временно остается в показанном свободном объеме, может быть сопоставима по объему с намеченной дозой топлива, подаваемой в требуемое время в цикле двигателя. Такая подача поствпрысковой утечки может происходить во время последних этапов расширения или во время такта выхлопа и поэтому будет большей частью, если не полностью, непроизводительно потрачена, в то же время вызывая обусловленные набросом пламени утрату защитной смазки стенки цилиндра, ненужный нагрев поршня и увеличенное трение ввиду относительного расширения, а также перегрев компонентов выхлопной системы. Далее, стандартные оперирующие клапаном системы должны быть ограничены падениями давления приблизительно в 7 атмосфер, в отличие от 700 атмосфер, обеспечиваемых резким ударом привода 648 по тросу 660 и, следовательно, по клапану 674. Содержащие кристаллы защитного покрытия с чрезмерно сложными текстурами и вязкостями, сравнимые с яблочным пюре или творогом, с легкостью доставляются через относительно крупные проходы к закрытому при нормальных условиях клапану 674, который лежит на имеющем большой диаметр отверстии в седле 690. Быстрое ускорение, затем резкий удар обладающего большой инерцией электромагнитного груза 648 передает очень большое подъемное усилие через диэлектрический трос 660 для резкого и гарантированного подъема клапана 674 от большого отверстия в седле 690, для открытия закрытого при нормальных условиях обратного клапана 684, если таковой имеется, и выпуска смеси топлива и защитного покрытия внутрь камеры сгорания. Такая же гарантированная подача, если она обеспечена без поствпрысковой утечки или с ограниченной поствпрысковой утечкой, может быть периодически обеспечена для топлив в любой фазе или смеси фаз, включая водород и другие имеющие очень низкую вязкость топлива, при температурах в 400°F (204°C) или выше.

Адаптивное управление уровнями ионизации в камере сгорания

Как описано в настоящем документе, в некоторых вариантах реализации инжектор, такой как инжектор 100 или 600, осуществляет мониторинг условий внутри камеры сгорания, передает информацию мониторинга управляющей системе, принимает обратную связь от управляющей системы и регулирует работу на основании обратной связи. Таким образом, инжектор, принимающий команды или инструкции от управляющей системы, может адаптивно регулировать уровни ионизации внутри камеры сгорания для достижения желаемых уровней ионизации, обеспечивая быстрое развитие устойчивого горения внутри камеры сгорания, помимо прочих преимуществ. Фиг.8 и 9 иллюстрируют различные последовательности операций, осуществляемые управляющей системой, инструктирующей такие инжекторы, такой как адаптивная управляющая система 410 или другие управляющие системы, расположенные у инжекторов или удаленно от инжекторов.

Фиг.8 показывает блок-схему, иллюстрирующую последовательность 800 операций для сжигания топлива внутри камеры сгорания. На этапе 810 система осуществляет мониторинг по меньшей мере одной области у или вблизи инжектора, такой как области вблизи электродов или обратных клапанов, во время определенных или заданных периодов времени работы инжектора. Система может использовать мониторинговый модуль 510 совместно с различными компонентами инжектора, которые осуществляют мониторинг условий, такими как трос 660, изоляция 672, датчики 662 и/или другие.

Различные области, такие как области, расположенные вблизи электродов или между электродами, вблизи или внутри обратных клапанов и т.д., могут подвергаться мониторингу в определенные периоды времени. Пример областей инжектора 600, которые могут подвергаться мониторингу, включает.

Области воздуха в зазоре между электродами, таком как зазор между электродами 685 и 688, непосредственно перед поступлением топлива, когда оно проходит клапаны, такие как 674 и/или 684.

Области топлива, которое управляется и дозируется клапаном 674 для прохождения через зазор между электродами, такой как зазор между электродами 685 и 688.

Области воздуха и топлива в зазоре между электродами, таком как зазор между электродами 685 и 688.

Области воздушно-топливно-воздушных слоев в зазоре между электродами, таком как зазор между электродами 685 и 688; и другие области.

На этапе 820 система детектирует или определяет, обеспечены ли определенные, удовлетворительные и/или подходящие условия у или в подвергшейся мониторингу области. Например, система, используя различные компоненты, описываемые в настоящем документе, определяет, что определенное условие, относящееся к определенному количеству топлива, находящегося между двумя электродами, было удовлетворено.

На этапе 830 система прикладывает ионизирующее напряжение к электродам у или вблизи области, для которой определено, что она удовлетворяет предварительно определенным условиям. Например, система в ответ на определение того, что достаточно топлива расположено в зазоре между электродами 685 и 688, прикладывает напряжение к электродам, вызывая акт воспламенения и обеспечивая желаемый уровень ионизации.

Таким образом, в некоторых вариантах реализации система использует последовательность 800 операций для того, чтобы определять время для по меньшей мере одного приложения ионизирующего напряжения для производства достаточной ионизации (у или вблизи границы камеры сгорания) области топлива, области воздуха и топлива и/или области воздушно-топливно-воздушной смеси.

Таким образом, система может обеспечивать достаточную и эффективную ионизацию этих веществ, вызывая сравнительно более быстрое развитие устойчивого горения, чем может быть обеспечено работой стандартного двигателя. Путем использования последовательности 800 операций система использует сравнительно меньше энергии для такой ионизации, чем требуется для сжатия воздуха в достаточной мере, закачки топлива до очень высоких давлений и для эксплуатации свечей подогрева, когда требуется вызывать воспламенение после характерной выдержки.

В случаях, когда система работает с дизельным двигателем, ионизация, обеспечиваемая в по меньшей мере одной области, описываемой в настоящем документе, является достаточной для обеспечения значительного испарения, молекулярного дробления и молекулярной ионизации с целью обеспечения гораздо более быстрой устойчивой реакции с воздухом в камере сгорания. Момент времени начала впрыска ионизированного воздуха и/или топлива наступает позже или вовсе после верхней мертвой точки, что производит сравнительно больше работы на объем топлива, увеличивая мощность двигателя и эффективность использования в нем топлива, помимо прочих преимуществ.

Помимо адаптивного управления приложением ионизирующего напряжения для обеспечения определенных актов воспламенения, система может также адаптивно управлять уровнями ионизации внутри камеры сгорания. Иными словами, степень ионизации может адаптивно повышаться или понижаться для достижения желаемой степени ускоренного завершения сгорания топлива, которое доставляется одним или более актом впрыска топлива на один цикл двигателя. Фиг.9 показывает блок-схему, иллюстрирующую последовательность 900 операций для регулировки степени ионизации внутри камеры сгорания.

На этапе 910 система осуществляет мониторинг по меньшей мере одного условия внутри камеры сгорания. Система может использовать осуществляющий мониторинг модуль 510 совместно с различными компонентами инжектора, которые осуществляют мониторинг условий, такими как трос 600, изоляция 672, датчики 662 и/или другие. Примеры условий, которые могут подвергаться мониторингу, включают: крутящий момент, производимый на одну британскую тепловую единицу или одну килокалорию тепла от сгорания топлива, которое вводится в каждом акте впрыска; максимальная температура сгорания; давление, производимое процессом сгорания; и другие условия, описываемые в настоящем документе.

На этапе 920 система сравнивает подвергающиеся мониторингу условия с желаемыми или идеальными условиями. Система может определять, что по меньшей мере одно подвергающееся мониторингу условие удовлетворяет некоторому правилу или предельному значению или не удовлетворяет некоторому правилу или предельному значению. Например, система может определять, что максимальная температура выше, чем некоторое предельное значение, или что давление ниже, чем некоторое предельное значение, и определять, что некоторое правило, относящееся к регулировке уровня ионизации, было выполнено.

На этапе 930 система в ответ на определения, сделанные на этапе 920, регулирует по меньше мере один параметр, относящийся к акту сгорания внутри камеры сгорания, который регулирует степень ионизации внутри камеры сгорания. Система может увеличивать или уменьшать параметр. Примеры параметров или переменных включают: степень сжатия; барометрическое давление; давление наддува; температура воздуха, входящего в камеру сгорания; температура сжатого воздуха после тепловых потерь на поршень, цилиндр и головку; график начала впрыска; давление впрыска; ориентация впрыска и схема слоистой ионизации; продолжительность впрыска; кривая расхода инжектора и т.д.

Таким образом, в некоторых случаях относительно меньшее количество топлива и/или воздуха может ионизироваться для вызывания сравнительно более раннего завершения сгорания, чем при стандартном развитии искры в малой доле присутствующей суммарной однородной смеси, и, аналогичным образом, относительно меньшее количество топлива и/или воздуха может ионизироваться для вызывания сравнительно более раннего завершения сгорания дизельного топлива, чем при воспламенении сжатием. В некоторых случаях может быть желательно ионизировать все молекулы или большинство молекул топлива, которые входят в камеру сгорания, чтобы гарантировать наиболее эффективное использование избыточного воздуха в качестве изоляции ускоренного процесса сгорания.

Помимо последовательностей операций и способов, описанных со ссылками на фиг.8 и 9, система может ускорять завершение сгорания путем использования определенных видов топлива. Таблица 1 показывает использование различных видов топлива, таких как вещества, которые могут быть получены термохимической регенерацией некоторого исходного топлива для повышения теплотворной способности ионизированных видов топлива, которое (использование) управляется адаптивной управляющей системой 410. Эта таблица показывает исходное топливо, новые виды топлива, теплотворную способность нового топлива и выгоду уменьшения энергии, требуемой для ионизации новых видов топлива, по сравнению с исходным топливом.

Таблица 1 Исходное топливо Новые виды топлива Новые виды топлива Теплотворная способность нового топлива +/- требуемая для ионизации энергия CH₄ CO H₂ 125% от CH₄ - (меньше) NH₃ - H₂ 125% от NH₃ - Бензин CO H₂ 120% от бензина - Дизельное топливо CO H₂ 120 от дизельного топлива - Авиационное топливо CO H₂ 122% от авиационного топлива - Мочевина (в качестве топлива)
(NH₂)₂CO CO H₂ 130% от мочевины - CH₃OH+H₂O+nC CO H₂ 130-200% от CH₃OH -

Чрезвычайно большие выгоды достигаются в результате адаптивной ионизации веществ, перечисленных в Таблице 1, включая уменьшение, если не устранение, подсистем, требуемых сегодня для работы двигателей, использующих однородный состав, и дизельных двигателей. Подсистемы, такие как те, что перечислены в Таблице 2, могут быть устранены со значительной экономией эксплуатационных расходов и уменьшением выбросов.

Таблица 2 Устраненные компоненты выхлопной системы Устраненные компоненты системы управления двигателем Каталитический накопитель Детектор жесткой работы дизельного двигателя Реактор диссоциации мочевины Инжектор(ы) дизельного топлива Датчик NOx Инжектор(ы) бензина Электрический нагреватель выхлопа Выпускающий мочевину инжектор Рециркуляционный клапан Бак хранения мочевины Рециркуляционный насос Свечи зажигания Управление процессом рециркуляции Датчик разрежения на впуске Рециркуляционный датчик давления Датчик давления улавливателя твердых частиц Рециркуляционный датчик температуры Датчик давления каталитического накопителя

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Должно быть очевидно, что различные изменения и модификации могут быть внесены без выхода за рамки объема изобретения. Например, диэлектрическую прочность можно изменять или варьировать путем использования альтернативных материалов и способов обработки. Приводящее средство и привод могут варьироваться в зависимости от топлива или области применения инжектора. Колпачок может быть использован для того, чтобы обеспечивать форму и надежность подачи топлива, при этом колпачок может варьироваться в размере, конструкции или позиции для обеспечения разных функций, рабочих характеристик и защиты. Альтернативно, инжектор может варьироваться, например, электрод, оптика, приводящее средство, различные катализаторы, выпускная часть или корпус могут быть выполнены из альтернативных материалов или могут включать альтернативные конфигурации, отличные от тех, что показаны и описаны, без выхода за рамки сущности раскрытия.

Если контекст явным образом не требует иного, в описании и формуле изобретения слова «содержит», «содержащий» и подобные следует истолковывать во включительном смысле, а не исключительном или исчерпывающем смысле; иными словами, в смысле «включает следующее, но не ограничен этим». Использование слов в единственном или множественном числе также включает множественное или единственное число, соответственно. Когда в формуле изобретения используется союз «или» в списке из двух или более элементов, этот союз охватывает все из следующих интерпретаций: любой из элементов в списке, все из элементов в списке и любое сочетание элементов в списке.

Различные варианты реализации, описанные выше, могут сочетаться для обеспечения других вариантов реализации. Все патенты США, публикации заявок на патент США, заявки на патент США, иностранные патенты, иностранные заявки на патент и непатентные публикации, упоминаемые в настоящем документе и/или перечисленные в листе данных заявки, считаются полностью включенными в настоящий документ. Аспекты раскрытия могут быть модифицированы, если это необходимо, для использования топливных инжекторов и воспламенителей с различными конфигурациями и концепциями различных патентов, заявок и публикаций с целью получения других вариантов реализации раскрытия.

Эти и другие изменения могут быть внесены в раскрытие в свете приведенного выше подробного описания. В целом, в нижеприведенной формуле изобретения используемые термины не следует истолковывать таким образом, что они ограничивают раскрытие конкретными вариантами реализации, раскрываемыми в описании и формуле изобретения, а следует истолковывать таким образом, чтобы обеспечивалось включение всех систем и способов, которые работают согласно формуле изобретения. Соответственно, изобретение не ограничено раскрытием, а, напротив, его объем должен определяться широко нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение может быть использовано в системах управления и топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Предложены система и способы регулировки работы двигателя внутреннего сгорания на основании подвергаемых мониторингу условий (давления или светового излучения) внутри камеры сгорания двигателя. В некоторых случаях система осуществляет мониторинг областей внутри камеры сгорания, идентифицирует или определяет удовлетворительное условие и прикладывает ионизирующее напряжение к топливному инжектору, с тем, чтобы инициировать акт сгорания во время удовлетворительного условия. В некоторых случаях система осуществляет мониторинг условий внутри камеры сгорания, определяет, что подвергаемое мониторингу условие указывает на необходимость регулировки и регулирует параметры акта сгорания, с тем, чтобы регулировать уровни ионизации внутри камеры сгорания. Технический результат заключается в упрощении системы управления двигателем, расширении номенклатуры топлив, пригодных для использования в двигателе, снижении потребления топлива и снижении токсичности отработавших газов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 табл., 9 ил.

1. Способ сжигания топлива внутри камеры сгорания, который включает
мониторинг области внутри камеры сгорания при использовании двигателя;
мониторинг определенного условия такого, как акт сгорания, расширения, выхлопа, впуска, впрыска и воспламенения топлива, как функции давления и/или излучения, регистрируемых в камере сгорания,
определение того, что определенное условие в подвергаемой мониторингу области внутри камеры сгорания было удовлетворено; и
приложение ионизирующего напряжения к электродам, относящимся к подвергаемой мониторингу области, в ответ на определение того, что определенное условие было удовлетворено.

2. Способ по п.1, в котором определение того, что определенное условие в подвергаемой мониторингу области внутри камеры сгорания было удовлетворено, включает определение того, что определенное количество топлива находится внутри подвергаемой мониторингу области.

3. Способ по п.1, в котором определение того, что определенное условие в подвергаемой мониторингу области внутри камеры сгорания было удовлетворено, включает определение того, что определенное соотношение топлива и воздуха имеет место внутри подвергаемой мониторингу области.

4. Способ по п.1, в котором определение того, что определенное условие в подвергаемой мониторингу области внутри камеры сгорания было удовлетворено, включает определение того, что определенное количество воздушно-топливно-воздушной смеси находится внутри подвергаемой мониторингу области.

5. Способ по п.1, в котором определение того, что определенное условие в подвергаемой мониторингу области внутри камеры сгорания было удовлетворено, включает определение того, что топливо находится внутри подвергаемой мониторингу области в определенный период времени.

6. Способ для регулировки уровня ионизации внутри камеры сгорания, который включает
мониторинг такого условия, как акт сгорания, расширения, выхлопа, впуска, впрыска и воспламенения топлива, как функции давления и/или излучения, регистрируемых в камере сгорания;
мониторинг условия во время акта сгорания внутри камеры сгорания;
сравнение значений подвергаемого мониторингу условия с удовлетворительными значениями для такого подвергаемого мониторингу условия и
регулировку по меньшей мере одного параметра, относящегося к акту сгорания внутри камеры сгорания.

7. Способ по п.6, в котором мониторинг условия во время акта сгорания внутри камеры сгорания включает мониторинг крутящего момента, производимого на одну британскую тепловую единицу тепла от сгорания топлива, впрыскиваемого внутрь камеры сгорания.

8. Способ по п.6, в котором мониторинг условия во время акта сгорания внутри камеры сгорания включает мониторинг максимальной температуры акта сгорания.

9. Способ по п.6, в котором мониторинг условия во время акта сгорания внутри камеры сгорания включает мониторинг давления, производимого во время акта сгорания.

10. Способ по п.6, в котором регулировка по меньшей мере одного параметра, относящегося к акту сгорания внутри камеры сгорания, повышает уровень ионизации внутри камеры сгорания.

11. Способ по п.6, в котором регулировка по меньшей мере одного параметра, относящегося к акту сгорания внутри камеры сгорания, понижает уровень ионизации внутри камеры сгорания.

12. Способ по п.6, в котором регулировка по меньшей мере одного параметра, относящегося к акту сгорания внутри камеры сгорания, включает регулировку давления внутри камеры сгорания.

13. Способ по п.6, в котором регулировка по меньшей мере одного параметра, относящегося к акту сгорания внутри камеры сгорания, включает регулировку температуры воздуха внутри камеры сгорания.

14. Способ по п.6, в котором регулировка по меньшей мере одного параметра, относящегося к акту сгорания внутри камеры сгорания, включает регулировку времени начала впрыска топлива внутрь камеры сгорания.

15. Способ по п.6, в котором регулировка по меньшей мере одного параметра, относящегося к акту сгорания внутри камеры сгорания, включает регулировку давления впрыска топлива внутрь камеры сгорания.

16. Способ по п.6, в котором регулировка по меньшей мере одного параметра, относящегося к акту сгорания внутри камеры сгорания, включает регулировку схемы слоистой ионизации внутри камеры сгорания.

17. Способ по п.6, в котором регулировка по меньшей мере одного параметра, относящегося к акту сгорания внутри камеры сгорания, включает регулировку продолжительности впрыска топлива внутрь камеры сгорания.

18. Система регулировки параметров, относящихся к акту сгорания, содержащая
мониторинговый модуль, который сконфигурирован с возможностью мониторинга условий внутри камеры сгорания, включающих в себя акты сгорания, расширения, выхлопа, впуска, впрыска и воспламенения топлива, как функции давления и/или излучения, регистрируемых в камере сгорания;
определяющий модуль, который сконфигурирован с возможностью определения того, что по меньшей мере одно подвергаемое мониторингу условие удовлетворяет правилу, относящемуся к регулировке параметров, относящихся к камере сгорания; и
управляющий модуль, который сконфигурирован с возможностью регулировки по меньшей мере одного параметра в ответ на определение того, что по меньшей мере одно подвергаемое мониторингу условие удовлетворяет правилу.

19. Система по п.18, в которой мониторинговый модуль является компонентом топливного инжектора внутри камеры сгорания; и
в которой управляющий модуль передает инструкции топливному инжектору, с тем, чтобы вынудить топливный инжектор регулировать работу по впрыску топлива внутрь камеры сгорания.

20. Система по п.18, в которой мониторинговый модуль является компонентом топливного инжектора внутри камеры сгорания; и
в которой управляющий модуль передает инструкции топливному инжектору, с тем, чтобы вынудить топливный инжектор регулировать ионизирующее напряжение, прикладываемое к воспламеняющему топливо зазору между электродами топливного инжектора.