CN102449289B - 电动化油器 - Google Patents

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Abstract

一种用于汽油发动机的电动化油器(1)，该电动化油器具有空气进气喉管(4)和燃油量孔(3)，空气进气喉管用于从引入到空气进气喉管(4)的燃油管路(2)抽吸燃油，该燃油管路连接到燃油室，燃油量孔位于燃油室和空气进气喉管(4)中的管口(5)之间，燃油量孔用于调节由于空气进气喉管(4)中的负压而能从燃油室抽吸的燃油量，该化油器可被灵活地适用于汽油发动机，更优选适用于电动工具，该化油器克服了现有技术的所述缺点，并具有允许恒定的持久性能的既简单又耐用的结构，为了制造上述化油器，提出了：以与燃油量孔(3)串联的方式设置至少两个特斯拉二极管(6、7)，泵单元(9)和泵送室(8)位于两个特斯拉二极管之间。

Description

电动化油器
技术领域
本发明涉及一种用于汽油发动机的电动化油器，该电动化油器具有空气进气喉管(air funnel)和燃油量孔(fuel jet)，空气进气喉管用于从引入到空气进气喉管的燃油管路抽吸燃油，该燃油管路连接到燃油室，燃油量孔位于燃油室和空气进气喉管中的管口之间，该燃油量孔用于调节由于空气进气喉管中的负压而能从燃油室抽吸的燃油量。
背景技术
例如从DE 102 16 084A1已知这样的化油器。
传统的化油器通过抽吸燃油并使燃油与空气混合来产生空气-燃油混合物。在燃油管路中的燃油量孔处调节供给到空气进气喉管的燃油量。由于特别是对诸如用于电锯的内燃机等、不断地改变相对于水平方向的角度的专用小型发动机的日益增长的需求，以及对灵活的功率适应的期望，需要既快速又灵活地影响汽油发动机中的空气-燃油混合物的产生。在用于两轮车的发动机的情况中，存在例如通过化油器的灵活适应性来达到产生较少污染物的目的。
DE 102 16 084 A1试图以如下方式实现该目的：燃油量孔设置有可变的流动截面。为了改变流动截面，提出使用压电式致动器。但是，由于这种压电式致动器的行程短，所以需要转换元件，这使这种化油器的结构复杂化。此外，使用转换元件导致较高的不精确性和较高的敏感性(susceptibility)。
DE 102 42 816 A1描述了一种电磁阀，其中，流动通道基于线圈中的电流经由电枢板相互流体分开。在电枢板作为唯一可动部件的情况下，仅需要微小的力来开闭阀。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于汽油发动机、尤其是用于电动工具的可灵活适应的化油器，该化油器克服了现有技术的上述缺点，并且具有既简单又耐用的结构，从而使恒定的持久性能成为可能。
该目的通过以下方面得以实现。
一种用于汽油发动机的电动化油器，所述电动化油器具有空气进气喉管和燃油量孔，所述空气进气喉管用于从在所述空气进气喉管处终止的燃油管路抽吸燃油，所述燃油管路连接到燃油室，所述燃油量孔位于所述燃油室和所述空气进气喉管中的管口之间，所述燃油量孔用于调节由于所述空气进气喉管中的负压而能从所述燃油室抽吸的燃油量，所述化油器的特征在于，以与所述燃油量孔串联的方式设置至少两个特斯拉二极管，泵单元和泵送室位于所述两个特斯拉二极管之间。
本发明包括如下的技术教导：以与燃油量孔串联的方式设置至少两个特斯拉二极管，泵单元和腔(下面称为“泵送室”)位于所述两个特斯拉二极管之间。
本发明利用特斯拉二极管的如下特性：在下文中称为“反向”的方向上的流动阻力比在下文中称为“正向”的、与反向相反的方向上的流动阻力大。两个方向上的压力损失的比例利用所谓的“二极管特性值(diodicity)”表示，二极管特性值是一个无量纲数。由于这种非对称特性，这种部件与电气工程中的二极管类似，也被称为流体二极管。
特斯拉二极管的流阻的非对称性在于流动通道的环状配置，其中，沿正向流经特斯拉二极管的液体主要流经直线通道，而反向的流体必须流经至少一个弯曲通道，从而增大了流阻。此外，在弯曲通道与直线通道相遇的至少一个区域中，产生回流，该回流进一步增大了反向的流阻。特斯拉二极管的精确操作是己知的，因此对此将不进行任何进一步论述。
如果经由泵单元来减小配置在两个特斯拉二极管之间的泵送室中的体积，则可提高泵送室中的压力。从泵送室侧看，第一特斯拉二极管被反向连接，第二特斯拉二极管被正向连接。由于第二特斯拉二极管中的低流阻，来自腔的流体完全或至少大部分流经第二特斯拉二极管。
如果泵单元在泵送操作中沿相反的方向运动，使得在腔中产生负压，则从燃油管路抽吸流体。因为在向泵送室的流动方面，仅第一特斯拉二极管沿正向存在，所以燃油完全或至少大部分流经第一特斯拉二极管。
因此，通过在沿相同流动方向配置的两个特斯拉二极管之间配置的泵单元和泵送室的配置，可实现简单结构的泵送装置。该泵送装置用作控制单元，可有效地且灵活地适应燃油管路中的燃油从燃油量孔向空气进气喉管中的管口的流动。由此，利用本发明，可实现能灵活适应的化油器，该化油器可利用简单的构造对诸如电动工具的倾斜或枢转等外部影响或者诸如废气中的λ值等内部影响同时进行快速地反应。
因为在特斯拉二极管中存在既不能机械移动也非电动的部件，所以特斯拉二极管具有极低的敏感性。特斯拉二极管不具有任何的磨损部件，因此在无磨损的情况下保持恒定的持久性能。此外，因为在特斯拉二极管中无可动部件，所以特斯拉二极管也无任何泄漏问题。再则，如果使用简单结构的泵单元，则根据本发明的整个控制单元和化油器具有高的耐用性和低的敏感性，同时具有恒定的持久性能。由于不存在开启阈值(opening threshold)，所以也可在kHz-范围中顺利操作特斯拉二极管。
如果沿从燃油量孔到空气进气喉管的流动方向看的特斯拉二极管被反向设置，则特别有利。在此情况下，控制单元沿与从燃油量孔到空气进气喉管中的管口的燃油流的方向相反的方向泵送，由此控制单元具有节流单元的功能。如果该控制单元发生故障，则在燃油管路中比控制单元的运转期间的燃油多的燃油被输送到空气进气喉管，即化油器中所产生的空气-燃油混合物随后将变得较浓。因此，以没有控制单元的状态在空气进气喉管中产生过浓的空气-燃油混合物的方式调节燃油量孔是有利的。在根据本发明的化油器的通常运转中，控制单元使混合物变稀到所期望的混合比。在控制单元发生故障时，空气-燃油混合物则将太浓而不是太稀，这不会使发动机受损。
但是，经由控制单元使稀的空气-燃油混合物变浓也是有利的。在此情况下，两个特斯拉二极管沿正向配置，由此在运转时有利于从燃油量孔向管口的流动。
在优选的实施方式中，泵单元是隔膜元件。该隔膜元件具有形成泵送室的内壁的部分区域的隔膜。通过隔膜的周期性运动，周期性地产生泵送室中的体积变化，由此周期性地产生泵送室中的压力变化。例如以电磁的方式或经由压电元件使隔膜运动。这种隔膜元件是具有低敏感性和长寿命的耐用元件。由于隔膜的非常小的重量，所以隔膜能够以非常高的频率运动。
可替代地，使用具有泵送活塞的泵单元是有利的。在此情况下，活塞担任周期性地减小或增大泵送室的体积的物体。
有利的是，以电压调制的方式致动泵单元。这具有可采用数字信号的优点。调制使得可以进行泵单元的无级调节，由此使得可以进行燃油管路中的燃油流的无级控制。
如果以脉冲宽度调制的方式致动泵单元，则是特别有利的。这种调制特别易于处理，以利用简单的控制实现泵单元的无级调节。
此外，有利的是，由评价废气-λ探测器所测量的测量值的控制器来调节泵单元。所产生的废气混合物由传感器分析，并经由控制器被导入调节校正器，用于调节校正将要被供给到空气进气喉管的燃油量。
但是，有利的是，也可以替代地或附加地将一系列的其它测量值供给到控制器，从而致动泵单元，由此调节将要被供给到空气进气喉管的燃油量。
优选地，以汽油作为燃油的情况下，特斯拉二极管的二极管特性值在1.1和3之间，更优选在1.3和2之间。
在制造特斯拉二极管期间，通过特斯拉二极管的几何形状可如所设计或所要求的那样影响特斯拉二极管的二极管特性值。因此，特斯拉二极管的路径的曲率半径、角度和截面积适于影响二极管特性值。有利的是，特斯拉二极管的几何设计也适于有针对性地调节调节装置的输送特性。根据对调节装置的输送、与泵单元的频率相关的输送压力、和类似参数的期望或需求程度，设计特斯拉二极管，由此或相应地，采用控制单元用的特斯拉二极管。
如果特斯拉二极管被设计成使得特斯拉二极管中的雷诺数明显低于2300的临界雷诺数，则是有利的。这里“明显”意指低于2000、更优选低于1200、最优选低于500的雷诺数。有利的是，燃油以层流的状态流经特斯拉二极管。这获得特斯拉二极管的良好特性，这里“良好”意指连续的特性分布，其不具有特斯拉二极管的作为流速函数的流阻的突然改变。这有利于燃油流的无级控制。
有利的，优选经由小尺寸的特斯拉二极管实现雷诺数，其中，该特斯拉二极管的通道的有利截面积在0.05mm2和1mm2之间，优选在0.1mm2和0.5mm2之间。
有利的是，腔和/或特斯拉二极管被设计成板的凹部。该板例如可以是金属板。有利的是，可以利用传统的表面加工法制造腔和/或特斯拉二极管。有利的方法可以为例如电火花加工(spark erosion)、激光处理、蚀刻以及铣削(milling)。采用诸如蚀刻等较精细的加工方法还是采用诸如铣削等较粗糙的加工方法，主要取决于化油器的大小。
特别有利的是，借助于微冲压模通过冲压来制造特斯拉二极管。该方法使得可以进行精密的并且低成本的制造。
有利的是，腔和/或特斯拉二极管的盖状终端(termination)由另一块板形成，该板从上面闭合腔和/该特斯拉二极管的中空空间。
由两块板形成的上述结构的优点是，通过简单制造的两块板就已得到控制单元的主体部分。两块板可以非常简单地一体化成传统的化油器壳体。由此本发明的另一优点是，仅需稍微改变现有的用于传统的化油器的制造过程或甚至可以对现有的化油器进行改装。
附图说明
下面结合附图借助于示例性实施方式更加详细地解释根据本发明的化油器的进一步的优势设计和进一步的开发。在单纯的示意图中：
图1示出根据本发明的化油器的线路图，
图2示出特斯拉二极管(Tesla diode)的宏观照片，
图3示出根据本发明的化油器的控制单元的透视分解图，
图4示出组装状态下的图3中的控制单元的透视图，
图5示出安装有根据图3和图4的控制单元的原始的传统的化油器的透视示意图。
具体实施方式
图1示意性示出根据本发明的化油器1的线路图。该化油器具有燃油管路2，燃油管路2从燃油室(未示出)经由燃油量孔3通向空气进气喉管4，在空气进气喉管4处，燃油管路2在管口(orifice)5处引出。在燃油管路2中，插入有第一特斯拉二极管6和第二特斯拉二极管7。在本示例性实施方式中两个特斯拉二极管6、7沿相反方向配置，这在图1中经由线路符号的相应取向示出。在特斯拉二极管6、7之间配置下文中称为“泵送室”的腔8，腔8经由燃油管路2与特斯拉二极管6、7流体连接。作为泵单元的隔膜元件9与泵送室8有效连接，该隔膜元件具有隔膜10，该隔膜可借助于致动器元件11而运动。在图1中被示意性地示为弹簧元件的致动器元件11在本示例性实施方式中是压电元件。可替代的是，隔膜10可以被电磁致动。特斯拉二极管6和7、泵送室8以及泵单元9一起构成控制单元30。
当如图1中以箭头15所示的那样，空气流过空气进气喉管4时，在空气进气喉管4的作为文丘里喷嘴的缩颈部16处形成负压ΔP，由此存在于燃油管路2中的燃油经管口5如箭头17所示意性地示出的那样被抽吸到空气进气喉管4中。借助于燃油量孔3的致动器18可调节从控制腔到管口5的燃油流(图1中用箭头31表示)。这里，燃油量孔3被调节成使得空气进气喉管4中生成的要被供给到发动机(未示出)的空气-燃油混合物对发动机的通常运转而言是过足的。
通过隔膜元件9的周期性致动，在泵送室中通过上下运动(用双箭头12示出)周期性地产生正压和负压。虚线表示存在负压时的隔膜10，实线表示存在正压时的隔膜10。周期性的体积变化与特斯拉二极管6、7的二极管特性值(diodicity)结合引起控制单元30的泵送作用。该泵送作用与燃油管路2中的流动31相反，由此该示例性实施方式中的控制单元30用作节流单元。在此示例性实施方式中两特斯拉二极管的二极管特性值为1.5。
隔膜元件9以脉冲宽度调制的方式被操作，使得在使用数字式致动时可以简单有效地改变隔膜元件9的泵送作用。在最简单的情况下，通过改变所施加的电压频率可改变隔膜10的振动频率。
图2示出第一特斯拉二极管6的图。在左方，可以看见第一凹部19，第一凹部19与来自燃油量孔(未示出)的燃油管路连接。在右方，可以看见泵送室8，泵送室8沿反向位于特斯拉二极管6的后方。在本示例性实施方式中，在第一凹部19和特斯拉二极管6之间以及在特斯拉二极管6和泵送室8之间的燃油管路2直接合并到特斯拉二极管的路径20和21。弯曲路径20和直线路径21以如下方式被设计并彼此相通：当沿反向(在图中从左向右)流过特斯拉二极管6时由于几何条件和由此产生的流动条件而导致高的流阻。
在此示例中，借助于微冲压模通过冲压而将节流单元30的第一凹部19、泵送室8、燃油管路2、弯曲路径20以及直线路径21设置到金属板中。在该情况中，路径20、21的宽度约为600μm。
在第二示例性实施方式(图3-图5)中，控制单元30的第一凹部19、泵送室8、燃油管路2、弯曲路径20以及第一和第二特斯拉二极管6、7通过电火花加工而设置到第一金属板22中。在此情况下，泵送室8的直径约为3mm，相对于泵送室8，控制单元30的其它元件的尺寸大致如图3所示。在第一金属板22中，第一特斯拉二极管6和第二特斯拉二极管7被形成为基本上相互平行。第一特斯拉二极管6和第二特斯拉二极管7经泵送室8相互连接。由此，获得U形路径，这获得控制单元30的节省空间的设计。在第一特斯拉二极管6的自由端，将第一凹部19设置到金属板中，在第二特斯拉二极管7的自由端，设置贯通第一金属板22的第二凹部23。第二金属板24可与第一金属板22螺接，该第二金属板24形成燃油管路2和特斯拉二极管6、7的路径20、21的盖。在第二金属板24中，设置孔25，孔25形成与第一金属板22的第一凹部19的连接。由此，控制单元30可从外部连接到燃油管路2。第二金属板24还具有开口26，开口26使泵送室8向上延长。在开口26中，插入隔膜元件9，其中，在该示例性实施方式中，隔膜元件9具有电气插塞连接27，隔膜元件9能够例如利用相应的匹配连接器经该电插塞连接容易地且可逆地连接到高频源。
该第二凹部23经由燃油管路2与空气进气喉管4中的管口5相连(相应地，参见图1)。
图5示出第三示例性实施方式的立体图，其中第二示例性实施方式(图3和图4)的控制单元30被组装到传统化油器1的壳体28。除了化油器1的厚度由于第一金属板22和第二金属板24而稍许增大外，从外部仅可看到在本示例性实施方式中是活塞元件的泵元件9。另外还可看到与传统化油器相同的供给管线和连接，在这里这些无需详述。
为了实现本发明的各种构造，上述说明书、权利要求书和附图中所公开的特征不仅单独是重要的，而且其任意的组合也是重要的。特别地，特斯拉二极管的设计和配置可在宽的范围内改变。因此，可将多个特斯拉二极管串联配置或平行配置，以对控制单元的所期望的输送特性产生一定的效果。为此，也可在特斯拉二极管中串联配置多个弯曲路径。在本发明的范围中，设置多个控制单元也是有利的，其中，至少一个第一控制单元执行节流功能并且至少一个第二控制单元是加浓单元(enrichment unit)。这里，节流单元在通常的运转中可使空气-燃油混合物变稀，相反，例如作为阻风门(choke)的加浓单元偶尔地进行特定加浓。
附图标记列表
1    化油器
2    燃油管路
3    燃油量孔
4    空气进气喉管
5    管口
6    第一特斯拉二极管
7    第二特斯拉二极管
8    泵送室
9    泵单元
10   隔膜
11   致动器元件
12   双箭头(用于周期性的隔膜运动)
15   箭头(用于空气流)
16   缩颈部
17   箭头
18   致动器
19   第一凹部
20   弯曲路径
21   直线路径
22   第一板
23   第二凹部
24   第二板
25   贯通孔
26   开口
27   电气插塞连接
28   壳体
30   控制单元
31   流动方向

Claims (15)

1.一种用于汽油发动机的电动化油器(1)，所述电动化油器(1)具有空气进气喉管(4)和燃油量孔(3)，所述空气进气喉管(4)用于从在所述空气进气喉管(4)处终止的燃油管路(2)抽吸燃油，所述燃油管路(2)连接到燃油室，所述燃油量孔(3)位于所述燃油室和所述空气进气喉管(4)中的管口(5)之间，所述燃油量孔(3)用于调节由于所述空气进气喉管(4)中的负压而能从所述燃油室抽吸的燃油量，所述化油器(1)的特征在于，以与所述燃油量孔(3)串联的方式设置至少两个特斯拉二极管(6、7)，泵单元(9)和泵送室(8)位于所述两个特斯拉二极管之间。
2.如权利要求1所述的化油器，其特征在于，从所述燃油量孔(3)到所述空气进气喉管(4)的路径中的特斯拉二极管(6、7)被反向设置，使得包括所述特斯拉二极管(6、7)、所述泵送室(8)和所述泵单元(9)的控制单元(30)具有节流单元的功能。
3.如权利要求1或2所述的化油器，其特征在于，所述泵单元(9)是隔膜元件。
4.如权利要求1或2所述的化油器，其特征在于，所述泵单元(9)具有泵送活塞。
5.如权利要求1或2所述的化油器，其特征在于，以电压调制的方式致动所述泵单元(9)。
6.如权利要求5所述的化油器，其特征在于，以脉冲宽度调制的方式致动所述泵单元(9)。
7.如权利要求1或2所述的化油器，其特征在于，基于测量值来调节所述泵单元(9)。
8.如权利要求7所述的化油器，其特征在于，所述泵单元(9)基于废气λ值来调节。
9.如权利要求中1或2所述的化油器，其特征在于，以汽油作为燃油的情况下，所述特斯拉二极管(6、7)的二极管特性值在1.1和3之间。
10.如权利要求中1或2所述的化油器，其特征在于，以汽油作为燃油的情况下，所述特斯拉二极管(6、7)的二极管特性值在1.3和2之间。
11.如权利要求1或2所述的化油器，其特征在于，所述特斯拉二极管(6、7)中的雷诺数明显低于2300的临界雷诺数。
12.如权利要求1或2所述的化油器，其特征在于，所述特斯拉二极管(6、7)和所述泵送室(8)被设置于两块板(22、24)中的至少一块板中，并且另一块板(24、22)用作盖。
13.如权利要求12所述的化油器，其特征在于，通过表面加工来设置所述特斯拉二极管(6、7)和所述泵送室(8)。
14.如权利要求13所述的化油器，其特征在于，利用微冲压模来设置所述特斯拉二极管(6、7)和所述泵送室(8)。
15.如权利要求2所述的化油器，其特征在于，所述化油器具有作为节流单元的上述控制单元(30)和作为加浓单元的至少一个另一控制单元(30)。
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