用于稳健的自燃和火焰传播的HCCI燃料喷射器

摘要

本发明涉及用于稳健的自燃和火焰传播的HCCI燃料喷射器。直喷发动机包括接收加压燃料流的燃料喷射器。燃料喷射器将燃料喷射直接提供到发动机的燃烧室内。燃料喷射器包括第一燃料喷射器喷嘴开口，其以第一窄喷射角度将燃料喷射质量的第一部分引导向火花塞的火花间隙。燃料喷射器还包括第二燃料喷射器喷嘴开口，其以第二更宽喷射角度将所述燃料喷射质量的第二部分分散在所述燃烧室内。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月6日提交的美国临时申请61/472580的权益，其通过引入并入本文。

技术领域

本公开涉及在内燃发动机中的燃料喷射。

背景技术

本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息。因此，这些陈述不应被理解为构成对现有技术的承认。

已知的火花点火（SI）发动机将空/燃混合物引入到每个气缸中，该混合物在压缩冲程中被压缩并且由火花塞点火。已知的压燃发动机在压缩冲程的上止点（TDC）附近将加压燃料喷入燃烧气缸，燃料在被喷入后就开始燃烧。汽油发动机和柴油发动机两者的燃烧都包括由流体力学控制的预混火焰或者扩散火焰。

SI发动机能以各种不同的燃烧模式运行，包括均质充气SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。SI发动机可被构造成在预定的速度/载荷运行条件下以均质充气压燃（HCCI）燃烧模式运行，该模式也被称为受控的自燃燃烧。HCCI燃烧模式包括由氧化化学控制的分布式的、无火焰的、自燃燃烧过程。以HCCI燃烧模式运行的发动机具有在进气门关闭时刻在成分、温度和残余废气方面优选为均质的气缸充气。HCCI燃烧是分布式的通过运动受控的燃烧过程，其中发动机以稀空/燃混合物运行，即在化学当量空/燃点的贫侧运行，峰值燃烧温度相对低，从而产生低NOx排放物。均质的空/燃混合物最小化了形成烟和颗粒排放物的富区的发生。

以HCCI燃烧模式运行很大程度上依赖于燃烧室内的条件，在该模式中燃烧基于将充气压缩到在整个燃烧室内基本上一致的燃烧点而发生。如果在燃烧室内存在不足够的热量和/或压力，那么充气可能就不能开始燃烧或者可能缺火，从而导致不稳定的燃烧或者燃烧效率的下降。如果在燃烧室内存在过量的热量和/或压力，那么充气可能在预期的燃烧始点之前就燃烧，从而导致错乱的燃烧和/或气缸中的鸣响。

在HCCI燃烧模式运行的发动机可以以火花辅助模式运行，其中与以HCCI燃烧模式运行相称地将空气和燃料引入燃烧室，同时在预期的自燃之前就利用来自火花塞的火花以确保恰当的燃烧。

发明内容

直喷发动机包括接收加压燃料流的燃料喷射器。该燃料喷射器提供直接到发动机的燃烧室内的燃料喷射。燃料喷射器包括第一燃料喷射器喷嘴开口，其以第一窄喷射角将燃料喷射质量的第一部分引导向火花塞的火花间隙。燃料喷射器还包括第二燃料喷射器喷嘴开口，其以第二更宽的喷射角将燃料喷射质量的第二部分分散在燃烧室内。

本发明还提供了如下方案：

方案1. 一种燃料喷射器，其接收加压燃料流并将燃料喷射直接提供到内燃发动机的燃烧室内，燃料喷射器包括：

第一燃料喷射喷嘴开口，其以第一窄喷射角度将燃料喷射质量的第一部分引导向火花塞的火花间隙；和

第二燃料喷射喷嘴开口，其以第二更宽喷射角度将所述燃料喷射质量的第二部分分散在所述燃烧室内。

方案2. 如方案1的燃料喷射器，还包括：

以所述第二更宽喷射角度将所述燃料喷射质量的所述第二部分分散在所述燃烧室内的多个燃料喷射喷嘴开口。

方案3. 如方案1的燃料喷射器，还包括：

以所述第一窄喷射角度将所述燃料喷射质量的所述第一部分引导向所述火花间隙的第一多个燃料喷射喷嘴开口；和

以所述第二更宽喷射角度将所述燃料喷射质量的所述第二部分分散在所述燃烧室内的第二多个燃料喷射喷嘴开口。

方案4. 如方案3的燃料喷射器，其中所述燃料喷射喷嘴开口被围绕着所述燃料喷射器的顶端径向分散；并且

其中所述第一多个燃料喷射喷嘴开口被取向为朝向所述火花塞。

方案5. 如方案3的燃料喷射器，其中所述第一多个燃料喷射喷嘴开口包括取向为朝向所述火花塞的两个燃料喷射喷嘴开口；并且

其中所述第二多个燃料喷射喷嘴开口包括六个燃料喷射喷嘴开口。

方案6. 如方案3的燃料喷射器，其中所述第一多个燃料喷射喷嘴开口包括取向为朝向所述火花塞的两个燃料喷射喷嘴开口；并且

其中所述第二多个燃料喷射喷嘴开口包括八个燃料喷射喷嘴开口。

方案7. 如方案3的燃料喷射器，其中所述燃料喷射质量的所述第一部分包括20％和30％之间的所述燃料喷射质量。

方案8. 如方案1的燃料喷射器，其中所述第一窄喷射角度建立具有60度燃料喷射包络的喷雾。

方案9. 如方案1的燃料喷射器，其中所述第二更宽喷射角度建立具有90度燃料喷射包络的喷雾。

方案10. 如方案1的燃料喷射器，其中所述第一燃料喷射喷嘴开口建立具有相交所述火花间隙的燃料喷射包络的喷雾。

方案11. 如方案1的燃料喷射器，其中所述燃料喷射喷嘴开口是圆孔。

方案12. 一种燃料喷射器，其接收加压燃料流并将燃料喷射直接提供到内燃发动机的燃烧室内，燃料喷射器包括：

两个燃料喷射器孔，其将燃料喷射质量的第一部分引导向火花塞的火花间隙，其中所述两个燃料喷射器孔每一个都建立具有60度燃料喷射包络的喷雾；和

多个宽角度燃料喷射器孔，其将所述燃料喷射质量的其余部分分散在所述燃烧室内，其中所述多个宽角度燃料喷射器孔中每一个都建立具有90度燃料喷射包络的喷雾。

方案13. 一种用燃料喷射器将燃料喷射入内燃发动机的燃烧室的方法，所述方法包括：

以第一窄喷射角度将燃料喷射质量的第一部分引导向火花塞的火花间隙；和

以第二更宽喷射角度将所述燃料喷射质量的其余部分分散在所述燃烧室内。

方案14. 如方案13的方法，其中引导所述第一部分包括引导喷雾包络以相交所述火花塞间隙。

方案15. 如方案13的方法，其中引导所述第一部分包括建立来自两个燃料喷射器孔中每一个的燃料喷雾，其中每个喷雾包络都相交所述火花塞间隙。

附图说明

现在参照附图，通过举例方式来描述一个或多个实施例，附图中：

图1示出了根据本公开的内燃发动机10和附属的控制模块5；

图2和3示出了根据本公开的在物理部件测试期间记录的结果，其中燃烧室内的状况不要求用于稳健的自燃的火花辅助；

图2示出了更宽的喷射角和更窄的喷射角，描绘了经过燃烧循环的热释放率；

图3示出了图2的更宽的喷射角和更窄的喷射角，描绘了经过一系列燃烧循环的IMEP，在这些循环中火花辅助具有最小的影响以帮助以HCCI燃烧模式燃烧；

图4和5示出了根据本公开的在物理部件测试期间记录的结果，其中燃烧室内的状况缺少用于稳健的自燃的足够能力并受益于火花辅助；

图4示出了更宽的喷射角和更窄的喷射角，描绘了经过燃烧循环的热释放率；

图5示出了图4的更宽的喷射角和更窄的喷射角，描绘了经过一系列燃烧循环的IMEP，在这些循环中火花辅助被用以帮助以HCCI燃烧模式燃烧；

图6示出了根据本公开的示例性燃烧室；

图7示出了根据本公开的利用更宽的喷雾样式和更窄的喷雾样式的示例性构造；

图8示出了根据本公开的示例性燃料喷射器构造，其中使用了全部八个喷射器孔；

图9示出了根据本公开的示例性燃料喷射器构造，其中使用了全部十个喷射器孔；

图10示出了根据本公开的示例性火花塞和限定示例性的接近火花间隙的位置的区域；

图11示出了根据本公开的模拟燃烧的计算模型的结果，包括经过利用不同的喷射器孔构造的燃烧循环的热释放率；和

图12示出了根据本公开的模拟对数个喷射器孔构造中每一个的在火花间隙处实现的燃料集中的规范化指示的计算模型的结果。

具体实施方式

现在参照附图，其中所示的内容仅用于图示某些示例性实施例的目的而不是用于限制这些实施例的目的，图1示意地示出了内燃发动机10和附属的控制模块5。内燃发动机10可选择性运行在受控的自燃燃烧模式、均质充气火花点火燃烧模式、分层充气火花点火燃烧模式、或者分层充气压燃模式。

示例性的内燃发动机10包括多缸直喷四冲程内燃发动机，其具有在气缸15中可滑动地移动的往复活塞14，气缸15限定了可变容积的燃烧室16。每个活塞14被连接到旋转的曲轴12，通过曲轴活塞的线性往复运动被转换为旋转运动。进气系统向进气歧管29提供进气空气，进气歧管29引导和分配空气到进气分支管并到达每个燃烧室16。进气系统包括气流管道系统和用于监测和控制空气流的装置。这些进气装置优选包括用于监测空气质量流量和进气空气温度的空气质量流量传感器32。节气门34优选地包括电子受控的装置，该装置响应于来自控制模块5的控制信号（ETC）来控制到达内燃发动机10的空气流。该歧管中的压力传感器36适于监测歧管绝对压力和大气压力。外部流动通道将废气从发动机排气装置再循环到进气歧管，其具有流动控制阀，称为EGR阀38。控制模块5可操作以通过控制EGR阀38的打开来控制到达进气歧管29的废气质量流量。发动机可接收自然吸入的进气空气或者通过发动机的泵送作用经由进气系统抽入的空气。替换地，发动机可接收充入的进气空气或者由涡轮增压器装置或者进气增压器装置加压的进气空气。本文公开的燃料喷射器构造和方法可用于自然吸入的进气空气或者充入的进气空气，并且并不意在使本公开限制于本文公开的特定示例性实施例。

从进气歧管29进入每个燃烧室16的空气流由一个或多个进气门20控制。从每个燃烧室16到排气歧管39的废气流由一个或多个排气门18控制。进气门20和排气门18的打开和关闭优选地通过双凸轮轴控制（如所示），双凸轮轴的旋转与曲轴12的旋转相联系并由曲轴12的旋转指示。内燃发动机10配备有用于控制进气门和排气门的气门升程的装置，称为可变升程控制（VLC）装置。在本实施例中的可变升程控制装置可操作以控制到达两个不同梯级中的一个的气门升程（或者开度），例如，用于低速、低负载的发动机运行的低升程气门开度（约4-6mm），和用于高速、高负载的发动机运行的高升程气门开度（约8-10mm）。发动机进一步配备有用于控制进气门20和排气门18的打开和关闭的相位（即，相对正时）的装置，称为可变凸轮相位（VCP），以控制超过由两梯级VLC升程实现的相位的相位。存在用于进气门20的VCP/VLC系统22和用于发动机排气门18的VCP/VLC系统24。VCP/VLC系统22和VCP/VLC系统24由控制模块5控制，并且向控制模块5提供信号反馈，例如通过用于进气凸轮轴和排气凸轮轴的凸轮轴旋转位置传感器。当内燃发动机10以废气再压缩气门策略运行在HCCI燃烧模式时，VCP/VLC系统22和VCP/VLC系统24优选地被控制到低升程气门开度。当发动机运行在均质充气火花点火燃烧模式时，VCP/VLC系统22和VCP/VLC系统24优选被控制到高升程气门开度以最小化泵送损失。当运行在HCCI燃烧模式时，低升程气门开度和负气门叠开可被命令以在燃烧室16内产生重整产物。在改变VCP/VLC系统22和VCP/VLC系统24中的其中一者的凸轮相位和/或气门升程的命令和执行转换之间可能因系统的物理和机械性质而存在时间滞后。

进气和排气VCP/VLC系统22和24在可以控制排气门18和进气门20的打开和关闭方面具有有限范围的权力。VCP系统可具有范围是大约60-90度凸轮轴旋转的相位权力，因此允许控制模块5提前或延后气门打开和关闭。相位权力的范围由VCP的硬件和致动该VCP的控制系统来限定和限制。进气和排气VCP/VLC系统22和24可由控制模块5控制，用电-液压、液压和电控力中的一个来致动。进气门20和排气门18的气门叠开指的是一种时长，其对于一个气缸来说相对于进气门20的打开规定了排气门18的关闭。气门叠开可以以曲柄角度的度数来测量，其中正气门叠开（PVO）指的是这样的时长，其中排气门18和进气门20都处于打开，而负气门叠开（NVO）指的是排气门18的关闭和随后的进气门20的打开之间的时长，在该时长中进气门20和排气门18都处于关闭。当运行在HCCI燃烧模式时，进气门和排气门可具有作为废气再压缩策略的一部分的NVO。在SI-均质充气燃烧模式中，进气门和排气门可具有NVO，但更通常的情况是具有PVO。

内燃发动机10包括燃料喷射系统，其包括多个高压燃料喷射器28，其中每一个都适于，响应于来自控制模块5的信号（INJ_PW），直接地将一定质量的燃料喷射到其中一个燃烧室16内。从燃料分配系统向燃料喷射器28提供加压燃料。

内燃发动机10包括火花点火系统，通过该系统火花能量被提供到火花塞26以响应于来自控制模块5的信号（IGN）来对每个燃烧室16内的气缸充气进行点火或者辅助其点火。火花塞26例如对于HCCI燃烧模式来说可增强在某些状况下的发动机点火过程（例如，在冷发动机状况期间和接近低负载运行极限时）。由火花点火系统点燃的燃烧及其性质依赖于多种因素，包括燃料和空气在燃烧室内的构成和分布。燃料喷雾在火花塞间隙周围的足够的或提高的集中能有利于稳健的燃烧。

内燃发动机10配备有各种感测装置以用于监测发动机运行，包括监测曲轴旋转位置，即曲柄角度和速度。感测装置包括曲轴旋转速度传感器（曲柄传感器）44、适于监测燃烧的燃烧传感器30和适于监测废气的废气传感器80，例如使用空/燃比传感器。燃烧传感器30包括可操作以监测燃烧参数状态的传感器装置，并且其被描述为可操作以监测缸内燃烧压力的气缸压力传感器。燃烧传感器30、废气传感器80和曲柄传感器44的输出被控制模块5监测，控制模块5决定燃烧相位，即对于每个气缸15的每个燃烧循环来说燃烧压力相对于曲轴12的曲柄角度的正时。燃烧传感器30还可以被控制模块5监测以确定每个气缸15的每个燃烧循环的平均有效压力（IMEP）。优选地，内燃发动机10和控制模块5被机械化以监测和确定在每个气缸点火事件期间每个发动机气缸15的IMEP的状态。替换地，在本公开的范围内可以使用其它感测系统以监测其它燃烧参数的状态，例如离子-感测点火系统，和非侵入式气缸压力传感器。

内燃发动机10被设计成在扩展的发动机速度和负载的区域上的受控自燃燃烧模式中，以汽油或类似燃料共混物节气门不关闭地运行。不过，在不会招致受控自燃燃烧模式的状况下可采用火花点火且节气门受控的运行，并且从而获得最大的发动机功率以用由发动机速度和负载定义的发动机功率满足操作者转矩要求。大量可获得等级的汽油及其轻质（light）乙醇共混物是优选的燃料；不过，替换的液体和气体燃料，例如更高的乙醇共混物（例如，E80，E85）、纯乙醇（E99）、纯甲醇（M100）、天然气、氢气、沼气、各种重整产物、合成气或其它均可被使用。本文公开的方法可与上述燃料的任一种一起使用。此外，本文公开的方法可用于以其中采用火花塞的构造使用其它燃料的发动机中，例如柴油燃料。与本文中的方法相关地被公开的是在HCCI燃烧模式的运行；不过，所公开的方法可以和其中采用自燃的其它燃烧模式一起使用。

控制模块5执行存储在其中的例程以控制前述的致动器从而控制发动机运行，包括节气门位置、火花正时、燃料喷射质量和正时、进气门和/或排气门正时和相位、以及控制再循环废气流的EGR阀位置。气门正时和相位可包括预定的气门叠开，包括NVO和在废气再吸入策略中的进气门20和排气门18的低升程。控制模块5适于接收来自操作者的输入信号，例如来自节气门踏板位置和制动器踏板位置，从而确定操作者转矩要求，还接收来自指示发动机速度、进气温度、冷却剂温度和其它环境状况的传感器的信号。

控制模块5是整体车辆控制系统的元件，该系统优选地包括分布式的控制模块架构，该架构可操作以提供协调的系统控制。控制模块5可操作以综合来自前述感测装置的相关信息和输入，并执行算法以控制各种致动器以实现对燃料经济性、排放物、性能、可驾驶性的控制，以及对硬件的保护，如下文所述。

控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器和类似术语意思指专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序或例程的中央处理单元（优选为微处理器）和相关内存和存储器（只读、可编程只读、随机访问、硬盘驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲电路、和其它提供所描述功能的部件中的一个或多个中的任一个或各种组合。控制模块具有一组控制算法，包括存储在内存中的且被执行以提供期望功能的常驻软件程序指令和标定值。优选地在预设的回路循环过程中执行这些算法。这些算法例如通过中央处理单元来执行，并且可操作以监测来自感测装置和其它联网的控制模块的输入，并且以执行控制和诊断例程从而控制致动器的运行。这些回路循环可以在正在进行的发动机和车辆操作期间以规则的时间间隔被执行，例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。替换地，这些算法可以响应于事件的发生而被执行。

燃烧室内燃烧的性质取决于数个因素，包括燃料如何被喷射入燃烧室。燃料喷射器可通过构造成以不同的喷雾性质释放燃料的喷射孔喷射燃料。例如，喷射器可包括构造成在具有相对宽的喷雾角度（例如，90度的喷雾角度）的喷雾包络内释放燃料的孔，或者喷射器可包括构造成在具有相对窄的喷雾角度（例如，60度的喷雾角度）的喷雾包络内释放燃料的孔。不同的喷雾包络或导致的喷雾样式改变导致的燃烧的性质。例如，更宽的喷雾样式会有利于HCCI模式中的快速且基本一致的燃烧过程。通过在整个燃烧室内广泛地分布燃料，燃料和氧能够在燃烧室内均匀地燃烧。不过，在没有足够的热量存在于燃烧室中且使用火花辅助来启动燃烧的情况下，紧邻火花塞的燃料的充分集中对于从火花的高效火焰传播和导致的燃烧稳定性来说可能是重要的。可使用更窄的喷雾包络以将燃料集中引导到火花塞的火花间隙以辅助实现燃烧稳定。在燃料喷射器顶端的至少一个燃料喷射器孔可将燃料喷射质量的第一部分以第一窄喷射角度引导向火花塞，并且在燃料喷射器顶端的至少一个燃料喷射器孔可将燃料喷射质量的第二部分在燃烧室内分散。

图2和3示出了在物理部件的测试过程中记录的燃烧结果，其中燃烧室内的状况不要求火花辅助来实现稳健的自燃。图2用曲线说明了更宽的喷射角和更窄的喷射角，描绘了经过燃烧循环的热释放率。垂直y轴表示以J/deg为单位的燃烧循环的热释放率，而水平x轴表示作为上止点之后的以度数表示的曲轴的曲柄角度的燃烧循环进度，其中在上止点之后的0度表示活塞在气缸内达到其行程最高点的位置。在一组实验中燃料以90度的更宽的喷射角度喷射而在另一组实验中燃料以60度的更窄的喷射角度喷射，两个喷射都具有相同的起始喷射正时。图线100说明用更宽的喷射角度得到的燃烧，而图线110说明用更窄的喷射角度得到的燃烧。图线100说明了更快速和完全的燃烧事件，其中在整个燃烧室分散的燃料允许燃料与整个燃烧室内的氧的快速和彻底的燃烧。

图3用曲线说明了图2的更宽的喷射角和更窄的喷射角，描绘了经过一系列燃烧循环的IMEP，其中火花辅助具有最小的影响以帮助实现以HCCI燃烧模式的燃烧。垂直y轴表示以kPa为单位的燃烧循环的IMEP，其为燃烧循环做功多少的量度，而水平x轴表示一系列的顺序燃烧循环，IMEP值是经过这些循环采集的。图线120说明了用更窄的喷射角度得到的燃烧，而图线130说明了用更宽的喷射角度得到的燃烧。图线120说明了在所得到的燃烧的功输出中的顺序变化，而图线130，与更宽的喷射角度相关联，说明了由于自燃的均匀开始而产生的经过多个燃烧循环的更加一致的IMEP值。

图4和5示出了在物理部件测试过程中记录的结果，其中燃烧室内的状况缺少用于稳健自燃的足够的能量并得益于火花辅助。图4用曲线示出了更宽的喷射角度和更窄的喷射角度，描绘了通过燃烧循环的热释放率。垂直y轴表示以J/deg为单位的燃烧循环的热释放率，而水平x轴表示作为上止点之后的以度数表示的曲轴的曲柄角度的燃烧循环进度。在一组实验中燃料以90度的更宽的喷射角度喷射而在另一组实验中燃料以60度的更窄的喷射角度喷射，两个喷射都具有相同的起始喷射正时。图线140说明用更窄的喷射角度得到的燃烧，而图线150说明用更宽的喷射角度得到的燃烧。图线140说明了更快速和完全的燃烧事件，其中更窄的燃料由于使用火花辅助以帮助HCCI燃烧而允许燃料与整个燃烧室内的氧的快速和彻底的燃烧。

图5用曲线说明了图4的更宽的喷射角和更窄的喷射角，描绘了经过一系列燃烧循环的IMEP，其中火花辅助被采用以帮助实现以HCCI燃烧模式的燃烧。垂直y轴表示以kPa为单位的燃烧循环的IMEP，而水平x轴表示一系列的顺序燃烧循环，IMEP值是经过这些循环采集的。图线160说明了用更宽的喷射角度得到的燃烧，而图线170说明了用更窄的喷射角度得到的燃烧。图线160说明了在所得到的燃烧的功输出中的顺序变化，而图线170，与指向火花间隙的更窄的喷射角度相关联，说明了经过多个燃烧循环的更加一致的IMEP值。

用于被喷射到燃烧室内的燃料的喷射角度和导致的喷雾包络影响以HCCI燃烧模式的燃烧的运行，其中与更宽的喷射角度相关联的更大的燃料分散促进了快速且完全的燃烧并且其中被集中的燃料的朝向火花塞间隙的更聚集的引导促进了在火花辅助模式下的稳定燃烧。公开了将燃料喷射入燃烧室的方法，其中在燃烧循环内要被喷射的总燃料质量的一部分被以第一更窄的喷射角度喷射，而总燃料质量的其余部分被以第二更宽的喷射角度喷射。通过用更窄的喷射角度将燃料引导向火花塞并且用更宽的喷射角度将一定质量的燃料在整个燃烧室内分散，燃烧系统可同时实现与更窄的喷射角度相关联的强火焰传播的益处和与更宽的喷射角度相关联的稳定自燃的益处。

图6示出了在示例性的燃烧室内的燃料喷雾。火花塞26包括源自喷射器顶端191的火花间隙180。燃料喷射器包括由喷射器的纵轴线或喷射器的中心线定义的喷雾轴线192。燃料喷雾190的喷雾包络在轮廓方面可由喷雾边界198和喷雾边界199限定。喷雾可以填充的圆锥形喷雾存在，其中燃料微滴基本均匀地分布在整个喷雾中。在另一实施例中，喷雾可包括燃料微滴的不均匀分布，例如，在喷雾的边界附近燃料的浓度增加。在喷雾中的燃料浓度可基于数个因素而变化，包括在燃料输送系统中的燃料压力、燃料喷射器的运行和几何形状、燃料的具体组成、和本领域已知的其它因素。根据一个实施例，采用喷雾的喷雾边界198接近火花塞26的火花间隙180或与火花间隙180相交的喷雾包络可有利于稳定的燃烧。燃料喷雾190的中心并不在喷射器的喷雾轴线192上。角度195和197被示出并用于描述喷雾相对于喷雾轴线192的取向。燃料喷雾190示出了在本公开的方法中使用的多个喷雾中的一个。

图7示出了利用了更宽的喷雾样式和更窄的喷雾样式的示例性构造。该构造示出了围绕喷雾轴线排列的喷射器孔可如何被取向以同时实现与更宽的喷射角度相关联的更高的热释放率和改善的燃烧稳定性，同时以带有火花辅助的HCCI模式运行。圆弧200说明了其中以更窄的燃料喷射角度进行燃料喷射的区域被引导向火花间隙180。在一个实施例中，与圆弧200相关联的一个或多个喷射器可被构造成喷射在20％～30％之间的要在当前燃烧循环中被喷射的总燃料质量。圆弧210示出了其中以更宽的燃料喷射角度进行燃料喷射的区域可被用于在整个燃烧室内分布要被喷射的总燃料质量的一部分或其余部分。

图8示出了其中全部八个喷射器孔都被利用的示例性燃料喷射器构造。示出了喷射器构造220。火花间隙180的角度位置被用于定位用于构造更窄的喷射角度的对应于火花间隙180的位置的两个喷射器孔240。另外，这两个喷射器孔240的位置和取向可被选择成使得由通过喷射器孔240喷射的燃料产生的喷雾包络每一个都与火花塞间隙相交。六个喷射器孔230可被围绕着喷射器定位在没有被喷射器孔240覆盖的其它位置。图9示出了示例性的燃料喷射器构造，其中采用了总共十个喷射器孔。示出了喷射器构造225。火花间隙180的角度位置可被用于定位用于构造更窄的喷射角度的对应于火花间隙180的位置的两个喷射器孔240。八个喷射器孔230可被围绕着喷射器定位在没有被喷射器孔240覆盖的其它位置。

构造220、225是喷射器可利用的示例性实施例，其中孔被围绕着喷射器均匀地或一定程度上均匀地径向布置或分散。不过，可以想见多个附加的或替换性的实施例。例如，任意数量的喷射器孔可被用于更窄的喷射角度。任意数量的喷射器孔可被用于更宽的喷射角度。可采用不同的喷射样式。例如，可采用完整地围绕喷射器的具有更宽喷射角度的孔，并且附加地，可附加地将一个或多个具有更窄的喷射角度的孔安置成将燃料集中引导到火花间隙。在一个示例性构造中，带有窄喷雾角度的孔可直接与喷射器的喷雾轴线对准，喷射器被对准以使得到的喷雾如本文所公开地与火花塞的火花间隙相交。在同一喷射器中，可附加地将带有宽喷雾角度的一个或多个孔定位在喷射器上，以将燃料分散通过燃烧室的其余部分，如本文所公开地。可想见数个构造，并且并不有意使本公开限制于本文提供的示例性实施例。

可定向燃料喷雾以与火花间隙相交或与火花间隙足够接近以有利于稳健的火焰发生。将燃料引导向火花间隙可包括与火花塞的火花间隙的中心直接相交的喷雾包络。附加地或替换地，可以定义将燃料引导向火花间隙的其它标准。图10示出了示例性火花塞和定义示例性地紧邻火花间隙的区域。火花塞26被定位成紧邻喷雾270并对应于喷雾包络272。区域260可被定义为距离火花间隙的中心的半径为2.5mm。区域250可被定义为具有火花间隙的半径为5mm。在一个实施例中，将燃料引导向火花间隙可要求喷雾包络272充分地进入区域260。在另一实施例中，将燃料引导向火花间隙可要求足够百分比的喷雾270落入区域250内。可采用数个方法来确定燃料喷射器的取向以充分地将燃料引导向火花间隙，并且并不有意使本公开限制于本文提供的特定的示例性实施例。

图11用曲线示出了模拟在不同的喷射器孔构造下的燃烧（包括通过燃烧循环的热释放率）的计算模型的结果。图线310说明了仅利用具有90度燃料喷射角的燃料喷射的喷射器。图线320说明了仅利用具有60度燃料喷射角的燃料喷射的喷射器。图线330说明了根据八孔构造样式220构造的喷射器。图线340说明了根据十孔构造样式230构造的喷射器。如从图2和4中的相关描述所预期地，图线320说明了比图线310的峰值更低且更晚的峰值。图线330说明了与图线310的峰值类似的峰值。图线340说明了具有与图线310的峰值类似正时的峰值，具体的模拟状况示出图线340包括图线340的更高的热释放率。图线330和340示出了与图线310相似的燃烧结果。

图12用曲线示出了模拟数个喷射器孔构造中每一个的火花间隙处实现的燃料集中的规范化指示的计算模型的结果。图线350说明了仅利用具有90度燃料喷射角的燃料喷射的喷射器。图线380说明了仅利用具有60度燃料喷射角的燃料喷射的喷射器。图线360说明了根据八孔构造样式220构造的喷射器。图线370说明了根据十孔构造样式230构造的喷射器。图线360、370、和380指示对应的喷射器孔构造类似地输送燃料集中到火花间隙。图线350指示仅利用具有90度燃料喷射角的燃料喷射的喷射器未能像其它构造一样在火花间隙处输送燃料集中。结果，仅利用具有90度燃料喷射角的燃料喷射的喷射器与其它喷射器构造相比，响应于火花而实现火焰发生的可能性更小。比较可从图11和图12中得到的结论、构造220和225，将构造实施为使一部分燃料被引导向火花塞的火花间隙并且将另一部分燃料在整个燃烧室内分散实现了与仅利用具有90度燃料喷射角的燃料喷射的喷射器类似的热释放率，并且还与仅利用具有60度燃料喷射角的燃料喷射的喷射器类似地在燃料间隙处输送燃料集中。

60度的燃料喷射角被提供作为示例性的窄燃料喷射并且90度的燃料喷射角被提供作为示例性的宽燃料喷射。这些值及其最优选择依赖于特定燃烧室内的燃料分散以及燃烧室的具体构造和运行。例如，图6示出了带有形成在活塞顶部内的杯形凹陷的活塞。数个不同的活塞几何形状都是可能的并且可影响喷射的燃料如何在整个燃烧室中分散。喷雾轴线或者燃料喷射器的中心线的取向会影响最优的喷雾样式。燃料喷射器和火花塞之间的距离会影响最优的喷雾样式。所提供的示例包括两种喷射器样式，宽喷射和窄喷射。可使用多个不同的喷射样式，例如，窄喷射样式指向火花塞间隙，宽喷射样式以扩散样式喷雾燃料，以及中间喷射样式以半扩散样式喷雾燃料并且被取向为使燃料的喷雾向燃烧室的远端发送。燃料喷射器可被构造成在每次该燃料喷射器被循环时喷雾相同的样式。在另一实施例中，燃料喷射器的顶端中的孔可被安置在燃料喷射器顶部的不同位置上，使得喷射器的不同的工作循环控制命令可基于喷射器如何被循环而改变单个喷射器的燃料分散样式。

所公开的实施例利用具有窄喷射角度的两个喷射器孔和具有更宽喷射角度的六或八个燃料喷射器孔。基于具有大致相同的直径和流动阻力的这些燃料喷射器孔，这些孔构造将燃料喷射质量的大约20-30％以窄喷雾包络输送到火花塞，并将燃料喷射质量的第二部分或其余部分以分散的燃料方式输送到燃烧室。在利用每个喷射角度方面的孔数量可基于燃料喷射质量中的在指向火花塞的窄喷雾包络和分散的燃料之间的期望划分而被调节。利用每个喷射角度的孔数量还可基于不同的孔几何形状和流动阻力而被调节，例如，更多数量的更小直径的孔对要被分散到整个燃料喷射室内的燃料喷射质量部分进行分散，更少数量的更大直径的孔将一个或多个聚集的、窄喷雾引导到火花塞。

在整个本公开中，位于燃料喷射器一端的孔被用于建立燃料喷雾。在本文公开的任何实施例中，孔被理解为包括任何燃料喷射器开口，喷射器内的加压燃料流动通过该开口并建立在相关燃烧室内的燃料喷雾。孔或喷嘴开口可以是圆的。在另一实施例中，孔或喷嘴开口可以是椭圆的、狭缝或任何其它复杂形状。由孔或喷嘴开口形成的喷雾将包括受孔或喷嘴开口的形状、大小、取向或其它性质影响的性质，这些性质包括喷雾包络的形状、所产生的微滴的大小、和喷雾中微滴的速度。

本公开描述了某些优选的实施例及其变型。在阅读和理解本说明书后，其它人还会意识到更多的变型和改变。因此，有意不使本公开限制于作为实现本发明而构思的最佳模式而公开的具体实施例，相反，本公开将包括在所附权利要求范围内的所有实施例。