这个申请是关于通过把燃油直接喷射入燃烧室的方式来向发动机输送燃油。 为了把发动机的排放物保持在规定的限度内，要求在燃烧室内有效地分布燃油。一个减少排放物的方法是保证燃油容易与充分的空气进行混合以便燃烧，由此避免释放出未燃的碳氢化合物。
由于发动机在压缩冲程中排气门延时关闭，因此在以二冲程运行的发动机中，这个问题更加突出。如果燃油是在排气门最后关闭之前的重要时刻输送的，一些新的燃油可能漏到排气之中，特别是发动机在低速运转时。然而，假如喷射推迟到排气门全部关闭之后，则在点火前，存在一个可以影响燃油输送和使燃油在燃烧室内获得有效分布的限定时间。这时高速加油是重要的，特别是在发动机高速运行时，会产生进一步的制约。
从一个喷嘴喷射到燃烧室中的燃油滴的喷雾特性也对燃油的燃烧效率具有重要的影响，其依次影响发动机运行的稳定性，燃油效率和排放物。
为了优化火花点燃式发动机的这些特性，要求从喷嘴喷射燃油的喷雾图形的特性应是：小的燃油油滴尺寸，进入到燃烧室的燃油喷雾穿透能力的控制，和至少在发动机低负荷时，要有相对极易起燃的混合物在火花塞附近。特别在对发动机排气中的有害成分的控制上，要求控制燃烧室里进气中的燃油分布，以满足一些不同参数的需要。理论上说，燃油应当分布在进气之中，使得由此而产生的燃油-空气混合物在火花塞上迅速点火，全部燃油进入到充足的空气中完全燃烧，而且在熄灭之前，火焰在足够的温度下扩展到全部燃油。还必须考虑的其他因素有：例如，可以促进爆燃的燃烧温度，或不希望形成的有害的排气污染。
因此，本发明的主要目的是提供把燃油输送到内燃机中的一种方法和装置，它有助于达到所要求的节省燃油和排放物的水平。
鉴于此目的提供了一种向二冲程火花点燃式发动机供燃油的方法，该发动机具有一个用于充满可燃气体的气缸，和能够封闭该气缸一端并带有与气缸连通的空腔的气缸盖，一个在该空腔内点燃可燃气体的点火装置，一个被支撑的在该气缸内往复运动的活塞，和一个与该气缸盖有间距的位于该气缸壁上的排气门。该方法是把计量过量的燃油，在气缸盖和排气门的水平面之间的一个位置上喷射进入气缸，而且以一方向引导部分燃油进入气缸盖的空腔，引导另一部分燃油进入到在燃油喷射进入气缸的位置处的气缸径向平面的相对的侧面。
燃油很容易地被分成一些延伸进入到气缸的喷束，一股输送燃油的喷束朝向气缸盖进入空腔，而至少有一股燃油喷束向下引导并且穿过气缸。
燃油的喷射可以通过喷射器的喷嘴而产生，该喷嘴穿过气缸的侧壁，位于在发动机循环时，能使活塞复盖它的位置上。
喷嘴可以具有这样的形状：它可以把燃油以不破裂或能被分成一些段的普通圆锥形幕的形状输送到气缸。换句话说，喷嘴可以具有一些从每个喷孔喷出燃油的单独喷束的喷孔。在后面这种形式中，每股喷束最好成锥面形式。以连续或破碎的形式或多股喷束的燃油锥形幕最好全部基于具有120°±30°的夹角的锥形分布。
一个普通的两冲程循环发动机一般有两个或多个变换气门。这些气门在气缸壁圆周上间隔分布，并且通过它们把空气加入到气缸之中，如果气缸中只有一个变换气门，则燃油喷射发生在该气门正上方的位置处，如果气缸中有多个变换气门，则燃油喷射发生在主变换气门正上方位置处。通常，主变换气门相对于在圆周方向的其它变换气门是位于中心的位置。
最好是一些燃油喷束被引导穿过气缸，而且相对于含有向上引导的喷束的气缸轴向平面发散。在一个有多变换气门的气缸中，喷射的喷束的排列，是便于向通过各个侧面的变换气门进入气缸的空气供给燃油。发散的喷束也可以在相对于喷射器水平面上的气缸径向平面处向下引导。
把燃油导入到气缸盖中的空腔，在火花塞附近形成相对极易点燃的燃油一空气混合物，以保证气缸进气迅速点火。
穿过气缸导入燃油，使这部分燃油暴露给从变换气门进入气缸的新鲜的空气，而且因为大量的空气有助于有效的混合，以便使燃油完全燃烧。
也有一些燃油向下导入，使它暴露在活塞高温顶部表面上，减少了在空气进入时引入燃油的猝熄。
通过在喷嘴上的为使燃油喷束在所需方向上而定位在各个方向上的每个喷孔，可以把燃油引导成各种喷束，各个喷孔的尺寸可以选择，以便在每股喷束中的燃油量可以有不同的分布，这样就获得所需的在燃烧室中燃油分布。
燃油可以单独喷射，但最好卷吸在气体中，例如空气或其他助燃气体中，当它通过喷嘴输送时，把燃油卷吸在气体之中有助于燃油的雾化。
燃油喷束穿透进入燃烧室的程度，可以通过调节施加在喷嘴上的燃油压力来控制。增加燃油源压力，可以用来提高从喷嘴进入燃烧室的燃油穿透程度。燃油源的压力变化可以与发动机的速变变化相呼应。通常，燃油源的压力通过一系列数值上升，这些数值是根据发动机所选用的速度决定的。
在一个方案中，从喷嘴喷出的燃油分布图形在所有供油速率下均相类似。在另一个实施例中，燃油的分布图形，按照不同的发动机速度和负载情况有很大的变化。
当喷射现象在所推荐的穿过气缸壁而不是象传统那样穿过气缸盖而发生时，应当明白，喷射器喷嘴在压缩冲程气缸中活塞上升而被复盖之前，喷射必须完成。
因此，喷射器喷嘴最好被置于排气门上边缘的水平面之上，这个边缘确定了发动机循环时关闭排气门的时间。必须注意的是，一般在二冲程发动机中，变换气门被安置得大约同时关闭，而且最好在发动机循环中不要比排气门关闭得更迟。
也可以找到需要相对于排气门关闭而改变的喷射周期的定时。
如以前所提到的，很多二冲程循环发动机具有两个或多个变换气门，它们在气缸壁的圆周上间隔分布，而且这种布置有助于在气缸中得到新鲜进气的分布，也有助于从气缸全部区域中清除排气。对于多个气门，变换气门的安排可以与一个单个气门不同，一般安置在对着排气门的气缸壁的180°处的圆弧上，而单个气门一般位于排气门的正对面。为了促进排气，变换气门要制成使进入的空气的一个气流速度分支向着气缸盖方向的形状。
因此，如果喷嘴被装置在气缸盖中，进入的空气和被喷射的燃油大体上朝相反的方向上运动。因此阻止了在气缸中的燃油分布。而且特别阻止了朝着变换气门方向的燃油流，因为进入的空气逆向流动，将使低密度的燃油存在于变换气门附近。自然，靠近变换气门的气缸区域是一个富氧区，因此如果不加入充足的燃油，这些氧气就不能被充分利用。
关于上述所提到的条件，燃油的喷射的最好位置是在变换气门上方且位于排气门的水平面和气缸盖之间。这使得被输送的燃油的主要部分，被引导进入到通过变换气门进入气缸的一个或多个空气通道中。
由于燃油和空气从气缸的同侧进入气缸的这种排列，在发动机高速运转时，燃油在尽可能短的时间内，穿过燃烧室而被有效地输送，同时也获得了贯穿气缸中燃烧空间的混合物的分布。因此，这种排列有助于在燃烧空间有均匀的混合气，这正是高速和高负荷运行时所要求的。
另外，导入气缸盖空腔的燃油喷束具有把分层的燃油供入起爆区域内的优点，它改善了发动机运行的部分负荷特性，在高速和高负荷运行时不会太多地降低效率。
试验表明，喷射器喷嘴的喷雾图形应当是：大约所喷燃油量的30%～60%导入通过喷射器喷嘴轴线的气缸径向平面之上，其余部分导入该平面之下。燃油的实际分布是随不同的发动机和运转的需要而变化的，在低加油速率时，高比例的燃油应当向上导入，而高加油速率时，高比例的燃油应当向下导入，在这个基础上选择平衡。主要在高负荷范围内运行的发动机，例如弦外船舶发动机，这种分布最好是三分之一的燃油向上朝着气缸，而三分之二是向下的。更一般的应是把33%～50%的燃油输送到上述径向平面之上。燃油可以从喷嘴中以绕喷嘴轴线等角度间隔分布的三股喷束的形式喷出，只有一股喷束被导向喷嘴轴线之上。每股喷束可以以一般所具有的大约30°锥角的锥面形状喷出。
应当懂得，根据各股喷束之间的不同角度关系和喷束的不同锥角，可以得到燃油的不同分布。然而在一般情况下，为了提供所需要的通过喷嘴轴线的气缸径向平面之上或之下的喷油比例，一股喷束被导至喷嘴的轴线之上，而其他两股喷束以一定角度间隔被导入该轴线之下。喷嘴上两个向下引导的喷雾之间的角度间隔，可以在90°到150°之间任意变化。
该喷嘴的一个实施例还包括有另一股从喷嘴轴向喷出的喷束，其喷出的燃油量大约占总喷油量的5%。
上述所讨论的三股燃油喷束的分布，可以方便地获得。通过装备一个调节喷孔的阀门，用来控制在发动机循环中的燃油输送定时和输送的持续时间，以及控制在喷孔下游的喷嘴板。喷嘴板有一系列的缝隙，它把燃油分成如上所述的三股喷束。通过特殊形状的提升阀控制燃油流是可能的，两者的这些结构在本说明书的后面要进一步详细描述。
在这些结构中，当燃油喷进气缸时，存在着可变化程度的附壁效应。这种附壁效应是流动在表面的流体有随着表面轮廓流动的倾向，在表面方向上有相对徒峭的变化时流动也不中断。
在喷射器喷嘴上的附壁效应的优点是能够使流经喷嘴的部分燃油沿着一个喷嘴喷孔或多个喷孔四周的表面流动。在喷射器喷嘴装置在发动机气缸壁的这种结构中，可以利用附壁效应来使一些通过喷嘴输送的燃油，沿着或大体沿着平行于气缸壁的方向，即大体在垂直于喷嘴轴线的方向上流动。发动机在高速和高负荷条件下运行时，在要求把燃油输送给靠近变换气门的进入空气的情况下，这种流动在混合物形成上具有特殊的优点。
为了进一步说明燃油的喷雾分布，可参考图示特殊的实际喷射器喷嘴装置和由其产生的喷雾图形的附图说明。
在这些附图中：
图1是采用曲轴箱向气缸压缩供气的二冲程往复式发动机的单个气缸和活塞的剖视图。
图2是沿图1中2-2剖面的发动机径向剖面图。
图3是在喷射器喷嘴轴线方向上所视的燃油喷雾示意图形。
图4是在图3中所示A的方向所视类似于图3的燃油喷雾图形。
图5和图6是把气缸中流动的燃油分解成分别相当于图3和图4方向的极座标图。
图7是适用于图1和图2所示的发动机的燃油计量和喷射部件的剖面局部侧视图，并用简图表示了附属设备。
图8是类似于图1和图2所示并使用图9和图10所示喷嘴的发动机的燃烧室区域的局部剖视图。
图9和图10表示可以用来获得在燃烧室中所需要的燃油分布的喷嘴的进一步的形式。
图11是适用于图7所示的喷射器部件的喷射器喷嘴的配合座和提升阀剖面的局部视图。
图12是图11中的阀头的横剖面图。
现在参考图1和图2，整个发动机是一般常见结构。燃烧室125是由气缸110，气缸盖121限定的，而且活塞112是通过连杆113联结到曲轴箱111中的曲轴114上。曲轴箱包括一个装有常用簧片阀119的空气的三个变换通道116导入气门115，和把曲轴箱与各个变换气门相连的三个变换通道116，以及中心变换气门118和两个侧变换气门117和119。
变换气门分别位于气缸110的壁上，通常它们的上部边缘位于气缸的同一径向平面内。排气门120是位于气缸壁上，总是对着中心变换气门118，排气门的上边缘可以稍微在变换气门上边缘的径向平面之上，如图1所示。
气缸盖121有一个火花塞123延伸到其中心的燃烧空腔122。燃油喷射器喷嘴124被设置在中心变换气门118正上方的气缸壁上。在此例中的喷嘴124被设置在变换气门的上边缘之上，以使它的轴线位于从该边缘到气缸的顶部之间的距离的1/2到3/4之间。喷嘴一般设置得要使它在活塞上死点位置以前，活塞位于相应于曲轴60°到70°之间的位置上不被活塞完全复盖。可以理解，在上死点以后所对应的活塞和曲轴的位置上，喷嘴不会被复盖。也存在着一个喷嘴被活塞逐渐复盖和不复盖的周期，典型的这个周期可以与曲轴迴转10°大致相等。
已经发现与排气门120关闭有关的燃油的喷射定时，是与一个在获得所需要的进入空气和燃油混合程度，和避免通过排气门不适当的燃油损失有关的因素。空气和燃油有效混合以及限制通过排气门的燃油损失，改进了燃油经济效益和减少碳化氢排出物。
在这方面，要求控制喷射定时，以便使喷射周期的中间点在排气门关闭之前基本是一个不变的时间间隔。一般认为，满意的时间间隔是与流入的空气速度和气缸的直径有关，后者与变换气门到排气门之间的距离有关。气缸缸径为80mm的二缸弦外船舶发动机的试验表明，在正常运转速度2000至5000R·P·M范围内，从喷射中间点到排气门关闭的时间间隔大致应是3ms。低于这个速度范围，时间间隔要求减少，例如在1000R·P·M时，大致是2ms。
用于上述参考试验中的，在上死点以后262.5°处关闭排气门，典型的用于发动机的喷射定时如下：（所有定时是用上死点以后的度数表示）
发动机转速R·P·M 起动 完成 中间点
1200 245 274 259.5
2000 214 258 236
3000 232 298 265
4000 192 266 229
5000 114 224 169
5500 95 207 151
现在参考图3和图4，这里表示了一个典型的绕喷嘴轴线而且各个相对于气缸的燃油喷雾的分布。喷嘴124设置得可得到三股主要燃油喷束，其中心线被标示为30，31和32。喷束31被向上引导进入气缸盖的空腔122，因此该喷束的方向主要由空腔122和火花塞123相对于喷嘴124的位置来确定。空腔122具有与穿过排气门120中心和变换气门118中心的气缸轴向平面相重合的中心平面，而且空腔122稍微有点向着气缸的变换气门一侧偏置。喷嘴124的轴线也设置在上述的平面内。两股被向下引导的喷束30和32是与上述参考轴向平面相对称，而且每股喷束的中心线或轴线最好设置在一个具有90°～150°之间夹角的圆锥内，该圆锥从喷嘴的顶部伸出。圆锥不需要与喷嘴的轴线同轴，而且可以在该轴向平面内倾斜。图4中所示的角度β和γ可分别在15°-60°之间变化，这个角度的选择取决于特定的加燃油的发动机。上述所参照的角度被如图表示的那样投影在平面上。
图5和图6是如图3和图4所示的具有设置三股燃油喷束的气缸中燃油分布的极座标图。极座标图表示了分解成图3和图4所示的两个平面的燃油分布。在任何方向上，从喷嘴中心到曲线的向量长度表示在该方向上气缸中的燃油密度。
图1中所示的喷射器喷嘴124是一燃油计量和喷射系统的典型部件。更比较典型的是，被卷吸在空气中的燃油，通过空气源的压力被输送到发动机的燃烧室中。图7中所说明的是一个燃油计量和喷射部件的特殊形式。
燃油计量和喷射部件合成了一个适宜可用的计量装置130，例如一个自动型节流阀体喷射器，它被联到具有储备室132的喷射器体131上。燃油从燃油储油箱135被吸出，由燃油泵136通过压力调节器137经燃油进口气门133输到计量装置130。计量装置以公知的方式运转，根据发动机的燃油需要量计量进入储备室132的燃油量。供给计量装置的过多的燃油通过燃油回油门134流回到燃油储油箱135。燃油计量装置130的特殊结构对本发明不是关键，而且可以使用任何适用的装置。
在运转中，储备室132是通过空气源138经压力调节器139，由喷嘴体131上的空气进气口145来的空气施加压力。启动喷射阀143以便允许具有压力的空气通过喷嘴142把计量过量的燃油喷射进发动机的燃烧室中。喷射阀143是从外部储备室向内部燃烧室方向开放的提升阀结构。
喷射阀143是通过穿过储备室132的阀杆144联结到设置在喷嘴体131中的圆筒形线圈147的衔铁141上。阀143是通过圆盘形弹簧140压到关闭位置上，并且通过圆筒形线圈147通电时打开。为了有效地把燃油从储备室132输送到发动机燃烧室中，圆筒形线圈147的通电是由与发动机循环有关的定时控制的。
联结一个储备室的燃油喷射系统运转的进一步详细说明，公开在澳大利亚专利申请No.32123/84和1985年4月2日提出的相应的美国专利申请No.740067中，这些公开在这里均被参考编入。
圆筒形线圈147的通电通过一适用的电子处理机150，与发动机循环相关地进行定时。处理机接受来自速度传感器151的输出信号，该信号表示发动机速度，而且也分别识别在发动机循环中一个参考点，或者是与发动机循环相关地对运转定时，处理机150也接受来自负载传感器152的信号，该信号表示发动机空气导入系统的空气流动速度。为了从空气流速信号来确定发动机的负荷需要，给处理机进行编程。
处理机150为了从发动机速度和负荷情况来确定所需燃油喷射入燃烧室的定时，要进一步编程。
处理机方便地编入一个在发动机负载和速度范围内所需喷射定时的多点标示图，这些是为了获得所需发动机功率和排放物水平，通过做实验确定的。为了从多点图确定如前面已讨论过的和发动机负荷以及速度相关的发动机所需点火定时，处理机也要进行类似的编程。
处理机提供适当的信号给喷射执行机构153和点火执行机构154，按照规定，在燃油喷射所需时间，圆筒线圈147通电以便喷射。在点火所需时间起动火花塞123，象执行处理机150所需性能的一些处理机一样，如上所表示的适宜使用的负荷传感器和速度传感器的一般结构在工业上已被公知。
图9是一个剖视图，而图10是一个为获得在气缸中所需燃油分布的在发动机气缸壁上使用的喷嘴盘的形状的前端视图。这个喷嘴与图7中所示的常用提升阀结合在一起使用，该阀是定时而且控制向喷嘴的供油。为了密封阀143，喷嘴盘安装在喷嘴体131的端部。燃油从阀143供给中心孔50，而且由喷嘴通过三个等径喷孔51 52和53喷出。喷孔是绕孔50的轴线等间隔角度分布，虽然喷孔52的轴线对孔50的轴线倾斜50°，而喷孔51和53倾斜45°。在一种改型中，喷嘴也可包括用虚线表示的一个轴向喷孔54。这个轴向喷孔可考虑在直径上比喷孔51，52和53小，以使得整个燃油的大致5%从它喷出。
在图9和图10中所示喷嘴，和在上面所述的改型了的具有喷孔54的形式的喷嘴，可以在发动机燃烧室中用来提供如图8所示的燃油分布。喷嘴124的位置要选择得使通过喷嘴上喷孔的排列而产生燃油喷束的特殊图形。喷束不是很强地碰到燃烧室的各种表面上，而且在这些表面上不产生过分的油湿。影响喷嘴124的位置的另一因素是必须提供适当时间，在活塞运动到接近由喷嘴喷出的燃油喷束的低部之前，要完成燃油的喷射，最好是，喷嘴应这样设置，使得活塞在活塞压缩冲程曲轴运动的最后90°之前不干扰燃油喷束。
如图8可见，来自喷嘴124的燃油喷束60为了把燃油输至空腔122，是向上引导通过汽缸。喷束60排列不要碰撞火花塞123，以避免在火花塞上产生过多的沉积。然而，在空腔122中喷束60产生一极易点燃的燃油云，被火花塞迅速点火。
燃油喷束61在汽缸中穿过汽缸被导向汽缸的排气门一侧。两股燃油喷束62分到喷束61的每一侧，以便提供燃油到汽缸的各侧的区域中。这些喷束62也在喷束61的径向平面之下向下被导向活塞112的活塞顶108°喷束62把燃油提供给在多变换汽门发动机中的由侧变换汽门进入的空气，而且当活塞向上运动由于活塞运动产生湍流效应而使进气推向汽缸顶部时，把燃油提供给富氧进气区域。
图11和图12是适合于提升阀143和喷嘴142的配合座的变型结构图，用于前面描述过的喷嘴体131中。这种变型产生了具有二股喷束的喷雾图形而不是如上所述的三或四股喷束。
气门49有一向外的锥口35，它具有与阀33的座表面32相配合的座表面29。锥口35向里紧接就是圆柱形喉道36，它在37处与轴向燃油供应通道38合并。提升阀有一与锥口35相配合的常用的锥头39和一气缸杆40。在锥头39和气缸杆40之间为与气缸杆40相结合的并具有锥部42的圆柱形凸台41。
为了在凸台41和喉道36之间增加流经的面积，凸台41和锥部42成扇形，如43和44表示的那样;扇形面积43和44是被凸台的一周向狭窄的轴向表面45和凸台的一周向宽的轴向表面46分开。
当安装在发动机气缸壁上时，喷嘴的定位使得周向宽的轴向表面46最向上对准气缸盖而窄的轴向表面45是最向下的。结果附加限制了燃油在设有表面45和46的喷嘴面积上的流动，这个喷嘴提供在向下方向通过扇形43和44比在向上方向有更大的燃油流喷入汽缸，当扇形向外定位时，通过的油流被横向导入汽缸的每一侧。
为了获得喷入发动机汽缸的燃油所需的分布，也可使用其他形状的阀和座。一般情况下，阀和座的形状应能向喷嘴处的气缸径向平面的上和下导入燃油滴的各股喷束，其中每股喷束各占喷射总量的适当比例。
适合用在这个发明实例中的燃油计量和喷射方法和装置，公开在未决的澳大利亚专利申请No.PH2876和PH3343每个之中。而且这些申请的每一个公开均被参考结合在本说明书中。这些特殊申请的说明书公开了包括有将一个阀和配套座装为一体的喷嘴。在其内部，燃油通过一些在座的周围空间间隙，输送到在阀门打开位置时，在它们之间形成的通道中。这种结构的喷嘴可以用在实施本发明上。
在本说明书中，特别涉及到从喷射器喷嘴喷进发动机的燃油滴喷雾的方向和形状。可以理解，这些特性受喷进燃油的发动机的燃烧室的状况影响，包括在燃烧室中进气的运动方向和速度。这些状况和其他动态的影响阻碍了在实际运转状况下燃油喷雾形状和方向的精确限定。这里有关燃油滴喷雾的形状和方向的特性的描述，是在大气压下的静止空气中和在图中所示的路线上确定的。
本说明书中提到了进入燃烧室的燃油喷雾的穿透程度随发动机和负荷而变化，这可以通过改变液体有效喷射的压力获得。在澳大利亚专利申请No.PH 1560中描述了用于改变卷吸了燃油的气体压力的方法和装置，该燃油通过气体压力被喷射进发动机燃烧室中。那个方法和装置适合于结合本发明的方法和装置一起使用。而且由于这里参考了澳大利亚专利申请No.P1560，因此它的公开内容与本说明书参考地合并在一起了。
这个发明可以用到所有用途的二冲程循环内燃机上，而且特别是在车辆包括汽车、摩托车和汽艇以及弦外船舶发动机中，有助于发动机的经济性和控制排放物。