CN101592105A - 智能燃油喷射器及其控制、使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种智能燃料喷射器，包括：喷射器体、喷油嘴及调压装置，喷油嘴是由一根尖端阶梯式的针阀和针阀体组成，与之相应喷油嘴端开有喷孔。进一步，所述喷油嘴是由一根尖端三级阶梯式的针阀和针阀体组成，与之相应喷油嘴端开有三排喷孔，且各排喷孔的角度各不相同。通过ECU向压电晶体发出控制指令，由此控制开启的喷孔数目，实现改变喷射量和改善喷射效果的目的。本发明最突出的优点在于能满足多种燃料的喷射要求，它可以根据不同燃料类型、不同燃烧模式、不同发动机工况，自动改变喷射压力、开启喷孔的数量和喷射规律等参数，实现发动机高效率低排放运行。
Description
技术领域
本发明属于内燃机领域，涉及燃料喷射器，尤其是可根据不同燃料理化特性、运行工况调节燃料喷射规律的燃料喷射器。
背景技术
随着国民经济的快速增长，我国对石油的社会需求大幅度增长。石油对外依存度急剧上升，甚至威胁到国家能源战略安全，同时环保压力也会日益增大。化石燃料燃烧所产生的二氧化碳排放会造成温室效应。因此调整能源结构，发展环保的替代能源已成为中国经济可持续发展的重要前提。然而在未来可替代能源的选择性上，几乎所有汽车厂商都认定一点：没有唯一，只有更多。因此寻求多种解决方式是目前可行的出路。然而，受制于传统发动机的结构，很多替代能源还无法在汽车上得到广泛应用。这无疑给替代能源的推广带来巨大阻力。目前，学界已提出了Smart Engine的设想，即在同一种发动机上使用不同燃料，以促进替代能源的发展。智能燃料喷射系统作为Smart Engine的核心功能部件之一，在设计上面临巨大的挑战。目前国内外对该方面的研究还停留在原有的发动机上不改变喷射装置的前提下进行两种燃料的掺混，例如汽油机上实现汽油或乙醇汽油混合燃料使用，传统汽油机改造为氢气/天然气(CNG)/石油液化气(LPG)和汽油的双燃料发动机，乙醚或生物柴油与柴油混合在柴油机上使用等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于多种燃料喷射的智能燃料喷射器，解决现有智能燃料喷射系统的设计上只能实现两种相近燃料掺混的问题。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种智能燃料喷射器，包括：喷射器体、喷油嘴及调压装置，喷油嘴是由一根尖端阶梯式的针阀和针阀体组成，与之相应喷油嘴端开有喷孔。
进一步，所述喷油嘴是由一根尖端三级阶梯式的针阀和针阀体组成，与之相应喷油嘴端开有三排喷孔，且各排喷孔的角度各不相同，以满足不同工况、不同燃烧模式下的喷射要求。
所述的智能燃料喷射器的控制方法，通过ECU向压电晶体发出开启指令，压电晶体在电场作用下发生负压电效应，产生形变、长度缩短，其缩短量通过电场强度来控制；当压电晶体长度缩短后，针阀在喷油射嘴腔高压燃料的作用力下抬升，升程大小即为压电晶体形变大小；不同的形变大小对应于不同的针阀升程大小，由此控制开启的喷孔数目，实现改变喷射量和改善喷射效果的目的。
所述的智能燃料喷射器的使用方法：对液体燃料(汽油、柴油、生物柴油、乙醇、甲醇、乙醚等)采用缸内直接高压喷射方式；对于难以液化的气体燃料，如天然气和氢气等则采用进气道喷射的方式，气体燃料的喷射采用专门的气体喷射电磁阀来控制。
由于采用上述方案，本发明最突出的优点在于能满足多种燃料的喷射要求，它可以根据不同燃料类型、不同燃烧模式、不同发动机工况，自动改变喷射压力、开启喷孔的数量和喷射规律等参数，实现发动机高效率低排放运行。
附图说明
图1是本发明智能燃油喷射器的结构示意图。
其中：1为压电晶体电极、2为高压管路、3为喷射器体、4为针阀回位弹簧、5为喷油嘴、6为第一排喷孔、7为第三排喷孔、8为第二排喷孔、9为针阀、10为低压管路、11为压电晶体
图2单排喷孔开启模式示意图。
图3双排孔开启模式示意图。
图4喷孔全开模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明作进一步描述。
该智能燃料喷射器主要包括喷射器体3、喷油嘴5及调压装置等三部分，通过ECU向压电晶体11发出开启指令，压电晶体11在电场作用下发生负压电效应，产生形变、长度缩短，其缩短量通过电场强度来控制。当压电晶体11长度缩短后，针阀9在喷油射嘴腔高压燃料的作用力下抬升，升程大小即为压电晶体11形变大小。不同的形变大小对应于不同的针阀9升程大小，由此控制开启的喷孔数目，实现改变喷射量和改善喷射效果的目的。
如图1所示，沿轴向从上向下依次安装压电晶体电极1，压电晶体11，针阀回位弹簧4，针阀9。压电晶体11与压电晶体1电极首尾相接，针阀回位弹簧4顶住针阀承压面，高压油路5从喷油气3体左侧进入喷油嘴内部靠近喷孔的位置，低压油路10从喷油器5体右侧进入喷油器体5靠近针阀回位弹簧4的位置。在喷油嘴5底部从上向下依次开三排喷孔，喷空数量分别6、3、4。
该智能燃料喷射器有三种工作模式(单排孔开启模式、双排孔开启模式和喷孔全开模式)。
1.单排孔开启模式
在单排孔开启模式中，开启喷孔为第一排喷孔6，这是是由运行工况需求和燃烧模式确定的。
单排孔开启模式工作过程可分为四个阶段：喷射器关闭(静止状态)；第一排喷孔6开启，即喷射器开启(喷射起点)；第一排喷孔6完全开启；喷射器关闭(喷射终点)。
A：喷射器关闭(静止状态)
当喷射器处于非工作状态时，压电晶体11处于断电状态，压电晶体11上没有施加控制电场，因此压电晶体11没有产生形变。尽管喷油嘴5腔高压燃料对针阀9承压面作用向上的作用力，但压电晶体11抵住针阀9上端不让其打开。此时针阀回位弹簧4向下作用力作用下，针阀9被紧紧压在阀座上，此时喷油嘴5关闭。
B：第一排喷孔6开启，喷射器开启(喷射起点)
当ECU向喷射器压电晶体两电极1输入开启脉冲电压时，压电晶体11在电场的作用下产生负压电效应，压电晶体11产生形变收缩。压电晶体11轴向长度变短，针阀9在喷油嘴腔高压燃料向上的作用力下，克服针阀回位弹簧4作用力，逐渐提升直至第一排喷孔6开启，喷射器处于工作状态。
由于作用在压电晶体两端电极1上的电场只能产生第一排喷孔6开启升程大小的形变，所以针阀9虽然提起一定高度，但第二、三排喷孔仍然没有打开，仍处于封闭状态。
C：第一针阀完全开启
如图2所示，当压电晶体11在电场作用下逐渐产生形变时，喷油嘴腔高压燃料对针阀9承压面作用向上的作用力推动针阀9上升直至其最大升程。此时第一排喷孔6打开，喷射器喷射。通过控制电场大小，使压电晶体11的形变没有达到第二、三喷孔开启时针阀9的升程，因此它们仍然保持关闭。
D：第一针阀关闭，喷射器关闭(喷射终点)
当ECU发出喷射结束指令时，喷射器驱动电路立即置压电晶体1维持电压为零，压电晶体电极1两端的电场快速衰减，压电晶体11形变消失恢复原始长度。此时压电晶体11作用在第一针阀上端横截面上的压力也增加，当该压力与第一针阀回位弹簧4作用力之和大于喷油嘴腔高压燃料作用在针阀9承压面上的作用力时，针阀9开始落座，第一排喷孔6关闭，喷射器停止喷射。
上述为智能燃料喷射器单排孔开启模式的工作过程。整个过程是通过压电晶体11来间接控制针阀9开启与关闭及针阀9升程大小。相比较后两种工作模式，即双排孔开启模式和喷孔全开模式，单排孔开启模式的喷射量是最少的。
2.双排孔开启模式
双排孔开启模式的目的在于：一.通过加大喷射量确保能量密度相对较低的燃料的动力性能，通过增加喷射量来提高功率；二.在高负荷工况时，需要提供更多的燃料来保证高负荷的功率要求。
如图3所示，双排孔开启模式的工作原理类似于单排孔开启模式，不同点在于双排孔模式针阀9升程高度大于单排喷孔针阀9的升程，实现同时打开两组喷孔喷射。该种开启模式相比单排孔开启模式而言，其喷射量增大。
3.喷孔全开模式
如图4所示，喷孔全开模式原理类同于前两种工作模式。当双排孔开启模式喷射量无法满足功率需要时，则智能燃料喷射器进入喷孔全开模式，三排喷孔同时开启，实现最大的喷射量。
上述三种工作模式基本工作原理是相同的，即通过ECU向压电晶体11发出开启指令，压电晶体11在电场作用下发生负压电效应，产生形变、长度缩短，其缩短量通过电场强度来控制。当压电晶体11长度缩短后，针阀9在喷油射嘴腔高压燃料的作用力下抬升，升程大小即为压电晶体11形变大小。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1、一种智能燃料喷射器，其特征在于：包括：喷射器体、喷油嘴及调压装置，喷油嘴是由一根尖端阶梯式的针阀和针阀体组成，与之相应喷油嘴端开有喷孔。
2、根据权利要求1所述的智能燃料喷射器，其特征在于：所述喷油嘴是由一根尖端三级阶梯式的针阀和针阀体组成，与之相应喷油嘴端开有三排喷孔，且各排喷孔的角度各不相同，以满足不同工况、不同燃烧模式下的喷射要求。
3、权利要求1所述的智能燃料喷射器的控制方法，其特征在于：通过ECU向压电晶体发出开启指令，压电晶体在电场作用下发生负压电效应，产生形变、长度缩短，其缩短量通过电场强度来控制；当压电晶体长度缩短后，针阀在喷油射嘴腔高压燃料的作用力下抬升，升程大小即为压电晶体形变大小；不同的形变大小对应于不同的针阀升程大小，由此控制开启的喷孔数目，实现改变喷射量和改善喷射效果的目的。
4、权利要求1所述的智能燃料喷射器的使用方法，其特征在于：对液体燃料采用缸内直接高压喷射方式；对于难以液化的气体燃料采用进气道喷射的方式；对气体燃料采用气体喷射电磁阀来控制喷射的方式。
Priority Applications (1)
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| CNA2009100534385A CN101592105A (zh) | 2009-06-19 | 2009-06-19 | 智能燃油喷射器及其控制、使用方法 |
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|---|---|
| CN101592105A true CN101592105A (zh) | 2009-12-02 |
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| CNA2009100534385A Pending CN101592105A (zh) | 2009-06-19 | 2009-06-19 | 智能燃油喷射器及其控制、使用方法 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN101798977A (zh) * | 2010-03-04 | 2010-08-11 | 哈尔滨工程大学 | 压电与电磁组合双阀装置 |
| CN108474315A (zh) * | 2016-01-20 | 2018-08-31 | 福特全球技术公司 | 用于操作直喷内燃发动机的方法和用于执行此方法的应用点火内燃发动机 |
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2009
- 2009-06-19 CN CNA2009100534385A patent/CN101592105A/zh active Pending
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