CN101228348B - 燃料供给装置 - Google Patents
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Abstract
一种通过从燃料喷射阀向进油口喷射液体燃料来给内燃机供给燃料的燃料供给装置由产生微泡的微泡发生器和依据该微泡发生器产生的微泡中的气体产生超声波的超声波发生器构成。在此燃料供给装置中,依据内燃机的运转状态将所产生的微泡混入被供应给燃料喷射阀的液体燃料中且利用超声波照射混入该微泡的液体燃料。当利用超声波照射混入微泡的液体燃料时,由于该微泡的收缩,液体燃料的温度瞬时上升。
Description
技术领域
本发明涉及燃料供给装置,尤其涉及将混入微泡的液体燃料供应给内燃机的燃料供给装置。
背景技术
一般,通过从燃料喷射阀向吸气通路或燃烧室喷射液体燃料例如汽油或柴油来给内燃机供应液体燃料。由于液体燃料经燃料泵加压,所以将要喷入该液体燃料的空间的压力低于该液体喷射的压力。因此,所喷射的液体燃料减压沸腾,以致所喷射的燃料微粒化。然而,当液体燃料的温度和将要喷入该液体燃料的空间的温度低时例如在内燃机冷起动时,由于该液体燃料不能减压沸腾,所喷射的燃料不能充分微粒化。
因此,在一些传统内燃机中提供加热器,以便当内燃机处于低温时在液体燃料被供应给用于通过超声波雾化该燃料的超声波喷射阀之前加热该液体燃料。这种传统内燃机之一公开在日本实用新型特开No.H05-061446中,依据此实用新型,通过超声波雾化经加热的液体燃料来抑制排气中包含的微粒。
发明内容
然而,难以利用加热单元例如加热器均匀地加热所供给的液体燃料。另外,用于升高液体燃料温度的加热器有时需要在内燃机冷起动时升高其温度;因而,在该加热器的温度到达预定值之前,内燃机不能被起动。
因此,本发明是考虑到前述提出的,且本发明目的是提供一种允许微粒化从燃料喷射阀喷射的燃料的燃料供给装置。
为解决上述问题且实现上述目的,根据本发明的燃料供给装置通过从燃料喷射阀向气缸和进油口中至少之一内喷射液体燃料来给内燃机供给燃料,且包括产生微泡的微泡发生器和依据该微泡发生器产生的微泡中的气体产生超声波的超声波发生器。依据内燃机的运转状态将所产生的微泡混入被供应给燃料喷射阀的液体燃料中且利用超声波照射与该微泡混合的液体燃料。
优选的,燃料供给装置还包括获取液体燃料的温度的燃料温度获取单元,且当所获取的液体燃料的温度低于或等于预定值时,微泡发生器产生微泡且超声波发生器产生超声波。
根据此燃料供给装置,微泡发生器依据内燃机的运转状态将本身是难以视认的极微细气泡的微泡混入被供应给内燃机的液体燃料中。例如,当利用燃料温度获取单元获取的液体燃料的温度低于或等于预定值时如在内燃机冷起动时混入微泡。这里,混入液体燃料中的微泡可在其内均匀分布。另外,超声波发生器利用超声波照射与微泡混合的液体燃料。此超声波依据微泡发生器产生的微泡中的气体,且此超声波具有可使被混入液体燃料中的微泡收缩的频率。因此,均匀分布在液体燃料中的微泡由于超声波照射而收缩,且该微泡内的气体的温度瞬时升高。结果,利用燃料喷射阀喷射的液体燃料的温度可以均匀且瞬时地上升。
另外,在根据本发明的燃料供给装置中,微泡发生器依据内燃机的运转状态改变用于微泡的气体,该微泡混入被供应给燃料喷射阀的液体燃料。
在此燃料供给装置中,用于微泡的气体中至少一种是与其它气体相比更促使液体燃料燃烧的气体,且微泡发生器在液体燃料的温度低于或等于预定值时改变用于微泡的气体为促使该液体燃料燃烧的气体。
根据此燃料供给装置,例如当内燃机冷起动过程中利用燃料温度获取单元获取的液体燃料的温度低于或等于预定值时,微泡发生器依据内燃机的运转状态将由促使燃料燃烧的气体例如氢气或氧气构成的微泡混入被供应给该内燃机的液体燃料中。因此,混入微泡的液体燃料在均匀且瞬时升高温度的状态下从燃料喷射阀喷出。结果,利用微泡内的气体促使燃烧室内的燃烧,且改善内燃机的起动性能。
根据本发明的燃料供给装置将微泡混入液体燃料,且利用超声波照射与该微泡混合的液体燃料。结果,从燃料喷射阀喷射的液体燃料的温度可以均匀且瞬时地升高,且从该燃料喷射阀喷射的燃料被微粒化。
附图说明
图1表示根据本发明的燃料供给装置的构造;
图2A表示微泡发生器的构造;
图2B是微泡发生器的相关部分的放大剖视图(图2A的D-D剖视图);
图3A表示超声波发生器的构造;
图3B是微泡的状态的示意图(图3A的F部分放大图);
图4是根据第一实施例的燃料供给装置的控制流程图;
图5表示微泡发生器的另一种构造;以及
图6是根据第二实施例的燃料供给装置的控制流程图。
具体实施方式
以下参照附图说明根据本发明的燃料供给装置的实施例;然而,较宽方面的本发明不限于这里表示且描述的具体细节和代表性实施例。因此,以下实施例中的部件包括本领域技术人员易于设想到的部件或其等同物。以下说明的燃料供给装置是一种用于将燃料例如汽油或柴油供应给被安装在车辆例如轿车或卡车内的汽油发动机、柴油发动机等的设备。
图1表示根据本发明的燃料供给装置的构造。图2A表示微泡发生器的构造。图2B是微泡发生器的相关部分的放大剖视图。图3A表示超声波发生器的构造。图3B是微泡的状态的示意图。根据本发明的燃料供给装置1向内燃机100供给燃料,且此燃料供给装置1由燃料箱2、燃料泵3、微泡发生器4、超声波发生器5、燃料喷射阀6、燃料供给通路71,72,73、以及燃料供给控制器8构成。
燃料箱2如图1所示是用于储存被供应给内燃机100的液体燃料的燃料储存器,且该液体燃料从外部供给且储存在燃料箱2中。燃料泵3设在燃料箱2内。
燃料泵3如图1所示给储存在燃料箱2中的液体燃料加压,且该燃料泵3经由燃料供给通路71与微泡发生器4连接。由此,储存在燃料箱2中的液体燃料被吸入燃料泵3,且液体燃料经由该燃料泵3加压。经加压的液体燃料排入燃料供给通路71,且经加压的液体燃料如图1的箭头A所示流入微泡发生器4。燃料泵3利用从燃料供给控制器8输出的泵启动信号来启动。
微泡发生器4产生微泡M,且该微泡发生器4如图1至2B所示将所产生的微泡M混入经过其的液体燃料中。微泡发生器4由气泡发生器主体41、气体导入控制阀42和气体导入通路43构成。微泡发生器4经由燃料供给通路72与超声波发生器5连接。因此,混有所产生微泡M的液体燃料如图1和2A的箭头B所示流入超声波发生器5。这里,微泡M是难以视认的极微细气泡,其直径为50μm且优选具有范围在20μm至30μm之间的直径。微泡M难以相互吸收且难以相互结合,且该微泡M长期浮游在液体中。
气泡发生器主体41产生微泡M,且该气泡发生器主体41将所产生的气泡M混入从燃料供给通路71流出的液体燃料中。然后,液体燃料流入燃料供给通路72。气泡发生器41a形成在气泡发生器主体41内。微泡发生器4利用通过将液体燃料喷入气泡产生器41a产生的剪切力由供应给该气泡发生器41a的气体例如空气产生微泡M。
均与气泡发生器41a连通的燃料导入通路41b和气体导入通路41c形成在气体发生器主体41内。气泡发生器41a的相对于液体燃料流动方向处于下游侧的一端开口且与燃料供给通路72连通。另外,与气体导入通路41c的一端连通的气体开口41d形成在气泡发生器41a的相对于液体燃料流动方向的上游侧的一端处及其截面的中央部处。与燃料导入通路41b的一端(在本实施例中,这称为分支的多个端部)连通的多个燃料开口41e在上游侧的端部围绕该气体开口41d形成。燃料导入通路41b的另一端(相对于液体燃料流动方向处于上游侧的一端)与燃料供给通路71连接。另外,气体导入通路41c的另一端与气体导入通路43的一端连接。
气体导入控制阀42设在气体导入通路43的中间。气体导入控制阀42基于从燃料供给控制器8输出的控制阀开闭信号来开闭。
在第一实施例中,气体导入通路43的一端与储存高压气体的气罐(未表示)连接。液体燃料的压力随着将该液体燃料喷入气体发生器主体41的气泡发生器41a内而降低;因此,气体由于其与液体燃料之间的压力差而经由气体导入通路43供给气体发生器41a。
如图1和3A所示,超声波发生器5产生超声波E,且利用该超声波E照射混入微泡M的液体燃料。超声波发生器5由超声波照射通路51、振荡器52和振荡器电路53构成。超声波发生器5经由燃料供给通路73与燃料喷射阀6连接;因此,混入利用超声波E照射的微泡M的液体燃料如图1和3A的箭头C所示被供应给燃料喷射阀6。这里,超声波具有能够使微泡M内的气体收缩的频率。微泡M利用微泡发生器4产生且混入液体燃料。频率依据微泡M内的气体而不同。也就是说,超声波发生器5能够产生频率取决于所生成微泡M内的气体的超声波。
超声波照射通路51的一端(相对于液体燃料流动方向处于上游侧的一端)与燃料供给通路72连接,且其另一端(相对于液体燃料流动方向处于下游侧的一端)与燃料供给通路73连接。振荡器52被提供为使该振荡器52的焦点(振荡器52所生成的超声波的焦点)设在超声波照射通路51内。振荡器52与振荡器电路53连接,且该振荡器52利用从燃料供给控制器8输出给振荡器电路53的振荡器启动信号来启动。
燃料喷射阀6将利用燃料泵3加压且经由燃料供给通路71,72,73、微泡发生器4和超声波发生器5供给的液体燃料供应给内燃机100。燃料喷射阀6设在例如图1所示构成内燃机100的吸气通路的进油口101处。因此,利用燃料泵3加压且供应给燃料喷射阀6的液体燃料从该燃料喷射阀6喷向进油口101。所喷射的液体燃料经由进油口101供应给内燃机100的每个气缸(未表示)的燃烧室G。这样控制燃料喷射阀6,以使得该燃料喷射阀6的喷射例如喷射时间和喷射量利用从燃料供给控制器8输出的的喷射信号控制。另外,燃料喷射阀6提供给每个气缸(未表示),因为进油口101提供给内燃机100的每个气缸(未表示)。燃料喷射阀6被构造成使液体燃料喷向进油口101;然而,本发明不限于上述实施例,液体燃料可直接喷入燃烧室G。换句话说,液体燃料可直接喷入气缸。
这里,74代表燃料温度传感器,其是一种用于检测被供应给燃料喷射阀6的液体燃料的温度以将该温度输出给燃料供给控制器8的燃料温度检测器。
燃料供给控制器8是用于控制微泡M的生成的气泡发生控制器且是用于控制超声波的生成的超声波发生控制器。利用燃料温度传感器74检出的燃料温度输入燃料供给控制器8,且该燃料供给控制器8基于所输入的燃料温度控制微泡发生器4和超声波发生器5。
具体的,燃料供给控制器8由用于输入/输出输入信号/输出信号的输入/输出部(I/O)81、至少具有控制利用微泡发生器4生成微泡M的功能和利用超声波发生器5生成超声波的功能的处理器82、以及存储器83构成。处理器82包括燃料温度获取单元84、气泡发生控制器85和超声波发生控制器86。另外,处理器82还由存储器和CPU(中央处理单元)构成,且通过将程序装入该存储器并执行此程序来实现燃料供给控制器8的控制。此程序基于微泡发生器的控制方法等。存储器83由诸如闪存一类的非易失性存储器、诸如ROM(只读存储器)一类的可读取存储器、诸如RAM(随机存取存储器)一类的可读写存储器、或者所述存储器的组合构成。燃料供给控制器8不需要单独构造。用于控制内燃机100的运转的ECU(发动机控制单元)可具有燃料供给控制器8的功能。
接着说明根据第一实施例的燃料供给装置1的操作。更特别的,说明微泡发生器4和超声波发生器5的控制方法。图4是根据第一实施例的燃料供给装置的控制流程图。这里,燃料供给控制器8依据在内燃机100从起动至停止的过程中该内燃机100的运转状态确定被供给该内燃机100的液体燃料量以及确定该液体燃料的供给时间。也就是说,燃料供给控制器8确定从燃料喷射阀6喷射的液体燃料量以及确定该液体燃料的喷射时间。具体的,在向内燃机100供给燃料时,燃料供给控制器8给燃料泵3输出泵启动信号以驱动该燃料泵3,并将储存在燃料箱2内的液体燃料供应给燃料喷射阀6。这里,供应给燃料喷射阀6的液体燃料利用燃料泵3加压。然后,燃料供给控制器8基于所输入的内燃机100的运转状态的信息例如发动机转数和加速器开度控制燃料喷射阀6。同时,燃料供给控制器8基于液体燃料喷射量的图表控制燃料喷射阀6。这里,此图表基于被储存在存储器83中的发动机转数、加速器开度等。
燃料供给控制器8的处理器82的燃料温度获取单元84在利用燃料供给控制器8向内燃机100供给液体燃料时获取该液体燃料的温度T(步骤ST101)。具体的,获取被供应给燃料喷射阀6的液体燃料的温度T。这里,温度T利用燃料温度传感器74检出且输出给燃料供给控制器8。
接着,处理器82的气泡发生控制器85判断利用燃料温度获取单元84获取的液体燃料的温度T是否小于或等于预定值T1(步骤ST102)。预定值T1是从燃料喷射阀6喷射的液体燃料难以减压沸腾以致该液体燃料难以微粒化的温度,例如,内燃机100冷起动时液体燃料的温度。处理器82的燃料温度获取单元84重复获取液体燃料的温度T,直至所获取的液体燃料的温度T变得小于或等于预定值T1。
接着,当气泡发生控制器85判定从燃料喷射阀6喷射的液体燃料的温度T小于或等于预定值T1时,利用处理器82的气泡发生控制器85启动微泡发生器4(步骤ST103)。具体的,气泡发生控制器85给气体导入控制阀42输出用于开闭该气体导入控制阀42的信号。结果,气体利用如上所述的其与液体燃料之间的压力差从气体开口41d经由气体导入通路43和41c供应给气泡发生器41a。
利用燃料泵3加压的液体燃料从燃料开口41e经由燃料供给通路71和燃料导入通路41b供应给气泡发生器41a。因此,利用通过将加压液体燃料喷入气泡发生器41a产生的剪切力由被供应给气泡发生器41a的气体产生微泡M,且将此微泡M混入从气泡发生器41a流入燃料供给通路72的液体燃料中(参见图2A和2B)。由此,微泡发生器4产生微泡M,并将所产生的微泡M混入液体燃料中。微泡发生器4能将所产生的微泡M均匀地混入液体燃料中,因为该微泡发生器4相对于流经气泡发生器41a的液体燃料产生微泡M。也就是说,微泡M能被均匀地分布在液体燃料中。
接着,处理器82的超声波发生控制器86启动超声波发生器5(步骤ST104)。具体的,超声波发生控制器86给振荡器电路53输出振荡器启动信号,且该振荡器电路53启动振荡器52。结果,振荡器52产生如上所述的超声波E。在本实施例中,超声波E具有可使空气收缩的频率,此空气是微泡M内的气体。超声波发生器5利用超声波E照射混入微泡M且流经超声波照射通路51的加压液体燃料(参见图3A)。因而,超声波发生控制器86产生超声波E,且该超声波发生控制器86利用该超声波E照射混入微泡M的液体燃料。
混入利用超声波E照射的液体燃料中的微泡M收缩以变成如图3B所示的小微泡M′。当利用超声波E照射液体燃料时,混入该液体燃料中的微泡M在短时间内重复收缩,以致微泡M′的温度瞬时上升。结果,混入微泡的液体燃料的温度T瞬时上升。如上所述,因为微泡M被均匀地分布地液体燃料中,所以该液体燃料的温度T可以均匀地上升。
温度瞬时上升的液体燃料与混入该液体燃料的微泡M一起被供应给燃料喷射阀6,且该液体燃料和微泡M从燃料喷射阀6喷向进油口101。从燃料喷射阀6喷射的液体燃料易于减压沸腾且微粒化,因为其温度上升。另外,因为微泡M混入从燃料喷射阀6喷射的液体燃料中,所以该微泡M减压沸腾并破裂。结果,从燃料喷射阀6喷射的燃料被微粒化。因此,当液体燃料的温度T低时例如在内燃机100冷起动时,由于从燃料喷射阀6喷射的燃料可以微粒化,该内燃机100的起动性能得以改善。另外,能够抑制内燃机100起动时排放恶化。
在以上第一实施例中,仅空气用作供混入液体燃料中的微泡M使用的气体;然而,根据本发明的燃料供给装置1不限于以上实施例,除空气以外的微泡M用气体例如促进燃料燃烧的氢气或氧气也可混入液体燃料中。然后,超声波发生器5发出频率取决于微泡M内气体的超声波E。例如,当氢气用作微泡M用气体时,超声波发生器5利用其频率可使微泡M收缩的超声波E照射混入该微泡M的液体燃料。
另外,可依据内燃机100的运转状态切换供混入液体燃料中的微泡M使用的气体,如以下作为本发明第二实施例说明的。根据第二实施例的燃料供给装置的构造基本与根据图1所示第一实施例的燃料供给装置1的构造相同。
图5表示微泡发生器的另一种构造。微泡发生器4进一步提供有如图5所示的切换阀44,并利用该切换阀44切换经由气体导入通路43供应给气泡发生器41a的气体。可被切换的气体的至少一种优选是促进燃料燃烧的气体例如氢气或氧气。根据第二实施例的微泡发生器4通过切换此切换阀44,可生成由空气和氢气之一构成的微泡M。切换阀44响应于从燃料供给控制器8输出的切换信号切换被供应给气泡发生器41a的气体。
接着,说明根据第二实施例的燃料供给装置的操作。图6是根据第二实施例的燃料供给装置的控制流程图。根据第二实施例的燃料供给装置的操作中与根据第一实施例的燃料供给装置的操作相同的部分不重复说明。第二实施例中,燃料供给控制器8依据在内燃机100从起动至停止的过程中该内燃机100的运转状态确定从燃料喷射阀6喷射的液体燃料喷射量以及确定该液体燃料的喷射时间。
燃料供给控制器8的处理器82的燃料温度获取单元84在利用燃料供给控制器8向内燃机100供给液体燃料时获取该液体燃料的温度T(步骤ST201)。接着,气泡发生控制器85判断所获取的液体燃料的温度T是否小于或等于预定值T1(步骤ST202)。
然后,当处理器82的气泡发生控制器85判定从燃料喷射阀6喷射的液体燃料的温度T小于或等于预定值T1时,该气泡发生控制器85利用切换阀44将流入气体导入通路43的气体切换为氢气(步骤ST203)。具体的,气泡发生控制器85向切换阀44输出切换信号以选择氢气为流经该切换阀44的气体。
接着,处理器82的气泡发生控制器85启动微泡发生器4(步骤ST204)。具体的,气泡发生控制器85打开气体导入控制阀42以将氢气供入气泡发生器41a。利用供应给气泡发生器41a的氢气产生微泡M,且该微泡M混入液体燃料中(参见图5)。
然后,处理器82的超声波发生控制器86启动超声波发生器5(步骤ST205)。具体的,超声波发生控制器86启动振荡器52以产生频率可使构成微泡M的氢气收缩的超声波E。超声波发生器5利用超声波E照射流经超声波照射通路51的加压液体燃料。这里,微泡M混入液体燃料中(参见图3A)。结果,微泡均匀分布于其内的液体燃料的温度T瞬时上升。
温度瞬时上升的液体燃料与混入该液体燃料的微泡M一起被供应给燃料喷射阀6,且该液体燃料从燃料喷射阀6喷向进油口101。从燃料喷射阀6喷射的液体燃料易于减压沸腾以使该液体燃料微粒化,因为其温度上升。另外,因为微泡M混入从燃料喷射阀6喷射的液体燃料中,所以该微泡M减压沸腾并破裂。另外,由于微泡M内的气体是氢气,所以促进燃料的燃烧。这是因为氢气是一种促进燃料燃烧的气体。因此,当液体燃料的温度T低时例如在内燃机100冷起动时,由于从燃料喷射阀6喷射的燃料被微粒化以促进燃料燃烧,该内燃机100的起动性能得以显著改善。另外,能够抑制内燃机100起动时排放恶化。
当处理器82的气泡发生控制器85判定从燃料喷射阀6喷射的液体燃料的温度T超过预定值T1时,该气泡发生控制器85利用切换阀44将流入气体导入通路43的气体切换为空气(步骤ST206)。具体的,气泡发生控制器85向切换阀44输出切换信号,以将流经该切换阀44的气体切换为空气。
接着,处理器82的气泡发生控制器85启动微泡发生器4(步骤ST207)。具体的,气泡发生控制器85打开气体导入控制阀42以将空气供入气泡发生器41a。利用供应给气泡发生器41a的空气产生微泡M,且该微泡M混入液体燃料中(参见图5)。
混入由空气构成的微泡M的液体燃料被供应给燃料喷射阀6,且此液体燃料从该燃料喷射阀6喷向进油口101。由于微泡M混入从燃料喷射阀6喷射的液体燃料中,所以该微泡M减压沸腾并破裂。结果,从燃料喷射阀6喷射的燃料微粒化。因此,即使液体燃料的温度T不低,也可使从燃料喷射阀6喷射的燃料微粒化。结果,内燃机100的输出和燃耗得以改善。另外,能够抑制排放恶化。
在以上第一和第二实施例中,燃料温度获取单元84获取利用燃料温度传感器74检出的液体燃料的温度T;然而,本发明不限于以上实施例。例如,可基于安装内燃机100的车辆的外部温度预测液体燃料的温度。另外,可基于在内燃机100内部流通的致冷剂的致冷温度预测液体燃料的温度。
工业实用性
如上所述,根据本发明的燃料供给装置可用作从燃料喷射阀喷射液体燃料的燃料供给装置,更特别的,根据本发明的燃料供给装置适于使从燃料喷射阀喷射的燃料微粒化。
Claims (7)
1.一种燃料供给装置,所述燃料供给装置通过从燃料喷射阀向气缸和进气口中至少一者内喷射液体燃料来向内燃机供给燃料,所述燃料供给装置包括:
微泡发生器,所述微泡发生器产生微泡,并依据所述内燃机的运转状态将所述微泡混入被供给到所述燃料喷射阀的所述液体燃料中;以及
超声波发生器,所述超声波发生器依据由所述微泡发生器产生的所述微泡中的气体产生超声波,并依据所述运转状态利用所述超声波照射混合有所述微泡的所述液体燃料。
2.根据权利要求1所述的燃料供给装置,还包括
获取所述液体燃料的温度的燃料温度获取单元,其中
当所获取的所述液体燃料的温度低于或等于预定值时,所述微泡发生器产生所述微泡并且所述超声波发生器产生所述超声波。
3.根据权利要求2所述的燃料供给装置,还包括
检测安装有所述内燃机的车辆的外界空气温度的外界空气温度检测器,其中
所述燃料温度获取单元基于所述外界空气温度预测所述液体燃料的温度。
4.根据权利要求2所述的燃料供给装置,还包括
检测在所述内燃机内部循环的致冷剂的致冷剂温度的致冷剂温度获取单元,其中
所述燃料温度获取单元基于所述致冷剂温度预测所述液体燃料的温度。
5.根据权利要求1所述的燃料供给装置,其中
所述微泡发生器通过由所述液体燃料的喷射而产生的剪切力由气体产生所述微泡。
6.根据权利要求1所述的燃料供给装置,其中
所述微泡发生器依据所述内燃机的所述运转状态改变用于所述微泡的所述气体,所述微泡混入被供给到所述燃料喷射阀的所述液体燃料中。
7.根据权利要求6所述的燃料供给装置,其中
用于所述微泡的所述气体中的至少一种是与其它气体相比更促进所述液体燃料的燃烧的气体,
所述微泡发生器在所述液体燃料的温度低于或等于预定值时将用于所述微泡的所述气体改变为促进所述液体燃料的燃烧的所述气体,以及
促进所述液体燃料的燃烧的所述气体是含有氢或氧的气体。
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