CN104265482A - 一种低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统，包括发动机、机械泵油部分和电控喷射部分。由发动机凸轮轴的偏心轮或曲轴箱产生的力驱动膜片泵产生油压，燃油从燃油箱经滤清器至膜片泵，将燃油压力提升后再经油压调节器稳压后送至喷油器。电控喷射部分中的电子控制单元(ECU)根据发动机转速信号、温度信号、节气门位置信号以及进气压力信号等，查询ECU中存储的MAP图，对喷油器输出触发信号，控制喷油时刻及喷油脉宽，实现根据进气量的喷油量控制。本发明油压低、结构简单、成本低，适用于小型汽油机，且克服了化油器式供油难实现汽油机工作区域柔性调节油气混合气浓度的问题。

Description

一种低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统

技术领域

本发明属于汽油机自动控制领域，尤其是一种低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统。

背景技术

21世纪以来，我国内燃机行业得到迅速发展，其中小型汽油机产品是近10年来增长速度最快的产品。小型汽油机的性能很大程度依赖其混合气形成和燃烧,混合气数量及混合气成分直接影响燃烧过程中火焰的传播速度、燃烧的稳定性和燃烧的完善，进而影响着发动机的性能和排放水平。为了提高发动机的动力性、经济性和排放指标，需要混合气数量和混合气浓度成分随发动机工况变化而变化且能处于最优匹配值。影响混合气数量及混合浓度的主要因素是供油系统的可控性以及准确性。

小型汽油机供油系统目前大多使用化油器供油。化油器从原理上来看是一种空气流流经该装置后形成油气混合的工质进入汽油机气缸内燃烧做功，首先空气气体流经化油器的进气管道在喉口段产生真空，由此燃油从燃油浮子室中被吸出并进入空气流中形成油气混合气；其次借助于节气门，根据发动机的功率要求进行空气流的调节控制负载。然而在实际应用中，油气混合气浓度可通过机械参数匹配使汽油机在一个工况的某一项性能(如功率、油耗、排放中的NO_X或HC/CO等)最优，实际工作汽油机工况范围很广，有不同转速和不同负荷的各种组合，全部优化是困难的，只能是性能的折中。也就是说这种化油器式供油系统在汽油机多项性能要求不断提高，保证各种工况满足汽油机使用要求的难度增大，可控性以及准确性受到一定限制。

汽车用汽油机已广泛采用电控供油，柔性控制汽油机各工况的喷油量及油气混合气浓度，实现汽油机性能优化，但是目前的电控系统为满足汽车用发动机要求，喷油压力较高、控制系统繁杂、价格昂贵，应用在小型汽油机及摩托车汽油机上难以满足市场的性能和价格的要求。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种适用于小型汽油机的低压力喷射电控喷油系统，价格相对低廉、满足目前国际严格及今后更严格的排放法规，同时满足使用性能的要求。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统，包括发动机、机械泵油部分和电控喷射部分；机械泵油部分包括膜片泵、油压调节器和燃油箱，所述燃油箱和膜片泵的进油口连接，膜片泵的出油口和油压调节器连接，油压调节器与燃油箱连接；所述膜片泵与发动机连接，发动机上设有进气道，电控喷射部分包括固定在进气道水平段的喷油器、进气温度传感器、进气压力传感器，固定在进气道节气门处的节气门开度传感器，固定在发动机上的机体温度传感器和转速传感器，以及电子控制单元；所述喷油器与油压调节器连接，进气温度传感器、进气压力传感器、节气门开度传感器、机体温度传感器和转速传感器分别与电子控制单元的输入端连接，电子控制单元的输出端与喷油器连接。

进一步地，所述机械泵油部分还包括燃油滤清器，所述燃油滤清器一端与燃油箱通过油管连接，另一端与膜片泵的进油口连接。

进一步地，所述进气管的节气门阀体喉口直径比化油器结构的喉口直径大。

进一步地，膜片泵与发动机通过凸轮轴、偏心轮连接，所述凸轮轴设在发动机内，所述偏心轮与凸轮轴连接。

进一步地，所述膜片泵与发动机曲轴箱连接。

采用上述技术方案的小型汽油机与装配化油器式供油系统的原机相比，电子控制单元(ECU)的输入端与进气温度传感器、进气压力传感器、节气门开度传感器、机体温度传感器和转速传感器连接，输出端与喷油器连接，根据发动机温度信号、压力信号、节气门位置信号以及转速信号，查询ECU中存储的MAP图，采用开环控制方式控制喷油器的喷油时刻和喷油脉宽，通过MAP图中各工况的喷油脉宽控制汽油机的过量空气系数，实现汽油机高性能、低排放要求的各工况所需油气混合比。泵油部分采用发动机凸轮轴偏心轮或曲轴负压驱动膜片泵完成，而不需使用电动燃油泵，有利于简化控制系统结构，降低系统成本。进气道的节气门阀体喉口直径与化油器结构的喉口直径大，使汽油机进气量增大，喷油压力高于化油器燃油雾化改善，油气混合更为均匀。

本发明的有益效果是：通过采用上述各项技术解决方案提供了一种结构简单、成本低、油气均匀混合，可控制喷油时刻和喷油脉宽，实现汽油机高性能、低排放要求的各工况所需油气混合比的低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统。

附图说明

图1为本发明所述的电控喷油系统一实施例的结构示意图。

图2为膜片泵与发动机偏心轮的连接示意图。

图3为膜片泵与发动机曲轴箱的连接示意图。

图4为168F通用小型汽油机原机与电控改装后负荷特性过量空气系数对比图。

附图标记说明如下：

1-发动机，2-燃油滤清器，3-燃油箱，4-油压调节器，5-膜片泵，6-进气道、7-喷油器，8-进气温度传感器，9-进气压力传感器，10-节气门开度传感器，11-电子控制单元，12-机体温度传感器，13-转速传感器，14-凸轮轴，15-偏心轮，16-曲轴箱。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

如图1所示，本实施例的低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统包括发动机1、机械泵油部分和电控喷射部分；机械泵油部分包括膜片泵5、燃油滤清器2、油压调节器4和燃油箱3，所述燃油箱3和燃油滤清器2通过油管连接，燃油滤清器2和膜片泵5的进油口连接，膜片泵5的出油口和油压调节器4连接，油压调节器4与燃油箱3连接。所述膜片泵5与发动机1连接，发动机1上设有进气道6，电控喷射部分包括固定在进气道6水平段的喷油器7、进气温度传感器8、进气压力传感器9，固定在进气道6节气门处的节气门开度传感器10，固定在发动机1上的机体温度传感器12和转速传感器13，以及电子控制单元11；所述喷油器7与油压调节器4连接，进气温度传感器8、进气压力传感器9、节气门开度传感器10、机体温度传感器12和转速传感器13分别与电子控制单元11的输入端连接，电子控制单元11的输出端与喷油器7连接。

如图2所示，在发动机1内设有凸轮轴14，在凸轮轴14上连接有一偏心轮15，膜片泵5与偏心轮15连接，并通过发动机1产生的驱动力驱动膜片泵5供油，其实现简单方便，不需使用电动燃油泵，有利于简化控制系统结构，降低系统成本。

本发明的低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统工作过程如下所述：当偏心轮15偏心行程下行时，膜片腔进油，燃油从燃油箱3经所述燃油滤清器2至膜片泵5的进油口，偏心行程上行时，膜片泵5的进油口关闭，将泵中燃油压力提升后从出油口进入油压调节器4稳压后送至喷油器7，可以持续不断的给喷油器7供给一恒定压力的燃油，根据汽油机排量大小及最大功率、燃油消耗率确定膜片泵5所需的最大供油量，在部分负荷、转速工作时喷油量减少，多余燃油经油压调节器4流回燃油箱3。通过膜片泵5的复位驱动弹簧及油压调节器4控制喷油压力为定值，喷油压力不大于70kPa，最低可低至10kPa，对某一个机型匹配，喷油压力是定值，具体压力定值由汽油机性能匹配、生产条件等决定，相对于原机化油器供油，泵油压力较高且稳定性好，可控性强；相对于汽车汽油机0.3MPa左右的泵油压力，制造成本低，稳定性好，可控性强。控喷射部分中的电子控制单元11根据发动机1的转速信号，进气温度信号，机体温度信号、节气门位置信号以及进气压力信号，查询ECU中存储的优化标定的MAP图，控制喷油器7的喷油时刻和喷油脉宽，喷油器7喷出的燃油与空气气流在发动机1的进气管6内进行充分混合，使汽油机在工作区域的各工况有保证性能优化的混合气浓度。本发明进气管6的节气门阀体喉口直径比化油器结构的喉口直径大，使汽油机进气量增大，喷油压力高于化油器燃油雾化改善，油气混合更为均匀。

实施例2

如图1所示，本发明的低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统包括发动机1、机械泵油部分和电控喷射部分；机械泵油部分包括膜片泵5、燃油滤清器2、油压调节器4和燃油箱3，所述燃油箱3和燃油滤清器2通过油管连接，燃油滤清器2和膜片泵5的进油口连接，膜片泵5的出油口和油压调节器4连接，油压调节器4与燃油箱3连接。所述膜片泵5与发动机1连接，发动机1上设有进气道6，电控喷射部分包括固定在进气道6水平段的喷油器7、进气温度传感器8、进气压力传感器9，固定在进气道6节气门处的节气门开度传感器10，固定在发动机1上的机体温度传感器12和转速传感器13，以及电子控制单元11；所述喷油器7与油压调节器4连接，进气温度传感器8、进气压力传感器9、节气门开度传感器10、机体温度传感器12和转速传感器13分别与电子控制单元11的输入端连接，电子控制单元11的输出端与喷油器7连接。

如图3所示，所述膜片泵5与发动机曲轴箱16连接，由曲轴箱16的内压力实现对膜片泵5的驱动，其实现简单方便，不需使用电动燃油泵，有利于简化控制系统结构，降低系统成本。

本发明的低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统工作过程如下所述：当发动机工作时，曲轴箱16中曲轴转动以及活塞上下移动产生压力脉冲，压力脉冲驱动膜片泵5中的膜片，可以使得燃油从燃油箱3经燃油滤清器2至膜片泵5进油口，当负压减小时，膜片腔进油，负压增大时，进油口关闭，将泵中燃油压力提升后从出油口进入油压调节器4稳压后送至喷油器7，可以持续不断的给喷油器7供给一恒定压力的燃油，根据汽油机排量大小及最大功率、燃油消耗率确定膜片泵5所需的最大供油量，在部分负荷、转速工作时喷油量减少，多余燃油经油压调节器4流回燃油箱3。通过膜片泵5的复位驱动弹簧及油压调节器4控制喷油压力为定值，喷油压力不大于70kPa，最低可低至10kPa，对某一个机型匹配，喷油压力是定值，具体压力定值由汽油机性能匹配、生产条件等决定，相对于原机化油器供油，泵油压力较高且稳定性好，可控性强；相对于汽车汽油机0.3MPa左右的泵油压力，制造成本低，稳定性好，可控性强。控喷射部分中的电子控制单元11根据发动机1的转速信号，进气温度信号，机体温度信号、节气门位置信号以及进气压力信号，查询ECU中存储的优化标定的MAP图，控制喷油器7的喷油时刻和喷油脉宽，喷油器7喷出的燃油与空气气流在发动机1的进气管6内进行充分混合，使汽油机在工作区域的各工况有保证性能优化的混合气浓度。所述进气管6的节气门阀体喉口直径比化油器结构的喉口直径大，使汽油机进气量增大，喷油压力高于化油器燃油雾化改善，油气混合更为均匀。

小型汽油机供油系统对发动机的经济性，缸内燃烧状况以及排放性等起决定性作用。通用汽油机，传统设计思路主要考虑的是：发动机功率的提高、经济性、工作稳定性以及发动机可靠性及耐久性的要求。一般情况下，为了保证发动机的功率和工作稳定性，化油器配给的混合气浓度比较浓，使汽油机HC排放高，标定工况混合气浓度确定后，其它工况点混合气浓度由结构参数和化油器液力特性决定，不能满足汽油机工作区域的面工况要求可变的混合气浓度要求，因此原机化油器式供油系统不能满足发动机在不同工况的混合气制备要求。本发明电控喷油系统对发动机不同工况要求的喷油时刻和喷油量可以精确控制。汽油机排放考核的试验工况是一定转速下的不同负荷工况，即汽油机负荷特性的过量空气系数变化。图4是168F通用小型汽油机原机与电控改装后负荷特性过量空气系数对比图，从图中可以看出，使用原化油器式供油系统，过量空气系数随着负荷的变化区域是随负荷减小而减小，即小负荷时混合气浓，导致油耗高，排放HC、CO效率差；而使用本发明电控喷油系统，过量空气系数随负荷的减小而增大，即大负荷混合气浓，控制了NO_X的增长，且大负荷的高温HC也较低，小负荷混合气稀，燃烧充分，HC排放低，温度低抑制了NO_X的增长，控制排放同时可以降低油耗，且电控过量空气系数随负荷变化可以按所要求的曲线变化，实现柔性控制混合气浓度，有效地降低了排放，能满足通用小型汽油机国际上最严的排放法规限值及未来排放控制的要求。汽油机台架试验表明使用本发明电控喷油系统后汽油机的动力性、经济性得到了改善，排放性能达到了预期的目标。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统，其特征在于：包括发动机(1)、机械泵油部分和电控喷射部分；

机械泵油部分包括膜片泵(5)、油压调节器(4)和燃油箱(3)，所述燃油箱(3)和膜片泵(5)的进油口连接，膜片泵(5)的出油口和油压调节器(4)连接，油压调节器(4)与燃油箱(3)连接；

所述膜片泵(5)与发动机(1)连接，所述发动机(1)上设有进气道(6)；电控喷射部分包括固定在进气道(6)的水平段的喷油器(7)、进气温度传感器(8)、进气压力传感器(9)，固定在进气道(6)节气门处的节气门开度传感器(10)，固定在发动机(1)上的机体温度传感器(12)和转速传感器(13)，以及电子控制单元(11)；所述喷油器(7)与油压调节器(4)连接，进气温度传感器(8)、进气压力传感器(9)、节气门开度传感器(10)、机体温度传感器(12)和转速传感器(13)分别与电子控制单元(11)的输入端连接，电子控制单元(11)的输出端与喷油器(7)连接。

2.根据权利要求1所述的低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统，其特征在于：

还包括燃油滤清器(2)，所述燃油滤清器(2)一端与燃油箱(3)通过油管连接，另一端与膜片泵(5)的进油口连接。

3.根据权利要求1或2所述的低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统，其特征在于：

所述进气管(6)的节气门阀体喉口直径比化油器结构的喉口直径大。

4.根据权利要求3所述的低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统，其特征在于：

膜片泵(5)与发动机(1)通过凸轮轴(14)、偏心轮(15)连接，所述凸轮轴(14)设在发动机(1)内，所述偏心轮(15)与凸轮轴(14)连接。

5.根据权利要求3所述的低压力喷射的小型汽油机电控喷油系统，其特征在于：

所述膜片泵(5)与发动机曲轴箱(16)连接。