CN106870219B - 燃料喷射装置以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种燃料喷射装置以及方法，所述燃料喷射装置，其特征在于，包括喷油器(2)以及设置在喷油器(2)附近，用于引导气体以使气体在喷油器(2)喷口附近喷出、从而促进喷油器(2)所喷出的燃料气化的导套(1)；还包括用于给导套(1)提供气体的气源。本发明的燃料喷射装置以及方法设计巧妙，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及汽车设备领域，尤其涉及一种燃料喷射装置以及方法。
背景技术
在内燃机内部，液体燃料(如汽油、甲醇等)必须经过充分气化后才能更完全燃烧。在低温状态下，液体燃料的挥发性差、气化潜热大，液体燃料的气化比例和速度大大下降，这就会造成液体燃料不能完全燃烧，内燃机冷启动效果不好。
发明内容
本发明就上述技术问题，提出了一种燃料喷射装置以及方法。
本发明所提出的技术方案为：
本发明提出了一种燃料喷射装置，包括喷油器以及设置在喷油器附近，用于引导气体以使气体在喷油器喷口附近喷出、从而促进喷油器所喷出的燃料气化的导套；还包括用于给导套提供气体的气源。
本发明上述的燃料喷射装置中，喷油器和导套之间彼此独立设置，或者导套与喷油器相接触。
本发明上述的燃料喷射装置中，当导套与喷油器相接触时，导套套设在喷油器上。
本发明上述的燃料喷射装置中，气源为高压气压源，该高压气压源与导套之间设置有用于防止气体反流的第一阀门；第一阀门与导套之间设置有用于给气体加热的加热器。
本发明上述的燃料喷射装置中，气源为常压气源，该常压气源与导套之间设置有用于防止气体反流的第二阀门；第二阀门与导套之间设置有用于给气体加热的加热器。
本发明上述的燃料喷射装置中，气源包括高压气压源和常压气源，高压气压源和常压气源分别经同一用于给气体加热的加热器与导套连接；高压气压源与加热器之间设置有用于防止气体反流的第一阀门；常压气源与加热器之间设置有用于防止气体反流的第二阀门。
本发明上述的燃料喷射装置中，还包括空燃比控制模块，用于：
判断导套所引导的气体为空气，还是废气；获取内燃机工作循环周期T；获取在内燃机工作循环周期T内的平均进气歧管压力获取主进气通道的空气流量Q'；
计算进入内燃机的实际空气流量Q：
其中，Q为进入内燃机的实际空气流量；
Q'为主进气通道的空气流量；
Q”为导套所引导的气体的流量；
T为内燃机工作循环周期；
为在内燃机工作循环周期T内的平均进气歧管压力；
为的预先标定的线性插值函数，表示导套所引导气体的质量流速；
根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，控制内燃机的空燃比。
本发明上述的燃料喷射装置中，还包括空燃比控制模块，用于：
判断导套所引导的气体为空气，还是废气；获取在内燃机进气阀关闭时的进气歧管压力MAP'；获取内燃机进气歧管温度MAT；获取内燃机转速n；获取内燃机单缸排量V；
计算进入内燃机的实际空气流量Q：
Q＝η·ρ·V·(MAP/MAP0)/(MAT/MAT0)
MAP”＝Linear(MAP')
η＝Array(n,MAP')
其中，n为内燃机转速；
MAP'为在内燃机进气阀关闭时的进气歧管压力；
Array(n,MAP')为n和MAP'的预先标定的二维线性插值函数；
η为内燃机的充气效率；
Linear(MAP')为MAP'的预先标定的线性插值函数；
MAP”为导套所引导的气体的分压力；
MAP为有效进气歧管压力；
MAP0为标准大气压；
MAT0为标准温度；
ρ为空气的标准密度；
V为内燃机单缸排量；
MAT为内燃机进气歧管温度；
根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，控制内燃机的空燃比。
本发明还提出了一种基于上述的燃料喷射装置的燃料喷射方法，包括以下步骤：
判断导套所引导的气体为空气，还是废气；获取内燃机工作循环周期T；获取在内燃机工作循环周期T内的平均进气歧管压力获取主进气通道的空气流量Q'；
计算进入内燃机的实际空气流量Q：
其中，Q为进入内燃机的实际空气流量；
Q'为主进气通道的空气流量；
Q”为导套所引导的气体的流量；
T为内燃机工作循环周期；
为在内燃机工作循环周期T内的平均进气歧管压力；
为的预先标定的线性插值函数，表示导套所引导气体的质量流速；
根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，控制内燃机的空燃比。
本发明还提出了一种基于上述的燃料喷射装置的燃料喷射方法，包括以下步骤：
判断导套所引导的气体为空气，还是废气；获取在内燃机进气阀关闭时的进气歧管压力MAP'；获取内燃机进气歧管温度MAT；获取内燃机转速n；获取内燃机单缸排量V；
计算进入内燃机的实际空气流量Q：
Q＝η·ρ·V·(MAP/MAP0)/(MAT/MAT0)
MAP”＝Linear(MAP')
η＝Array(n,MAP')
其中，n为内燃机转速；
MAP'为在内燃机进气阀关闭时的进气歧管压力；
Array(n,MAP')为n和MAP'的预先标定的二维线性插值函数；
η为内燃机的充气效率；
Linear(MAP')为MAP'的预先标定的线性插值函数；
MAP”为导套所引导的气体的分压力；
MAP为有效进气歧管压力；
MAP0为标准大气压；
MAT0为标准温度；
ρ为空气的标准密度；
V为内燃机单缸排量；
MAT为内燃机进气歧管温度；
根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，控制内燃机的空燃比。
本发明通过在现有喷油器处设置一导套，该导套用于引导气体，以使气体在喷油器喷口附近喷出，从而加强喷油器喷口的气体流动以加强液体燃料的挥发；优选地，空气导套用于引导热气体，该热气体通过热传导方式给液体燃料进行预热，也能实现促进液体燃料的气化。本发明的燃料喷射装置以及方法设计巧妙，实用性强。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1示出了本发明第一实施例的燃料喷射装置的示意图；
图2示出了图1所示的燃料喷射装置的气源的一实施例的示意图；
图3示出了图1所示的燃料喷射装置的气源的另一实施例的示意图；
图4示出了图1所示的燃料喷射装置的气源的又一实施例的示意图；
图5示出了图1所示的燃料喷射装置的气源的再一实施例的示意图；
图6示出了本发明第二实施例的燃料喷射装置的示意图。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题是：在低温状态下，液体燃料的挥发性差、气化潜热大，液体燃料的气化比例和速度大大下降，这就会造成液体燃料不能完全燃烧，内燃机冷启动效果不好。本发明就该技术问题而提出的技术思路是：喷油器通常安装在进气歧管靠近内燃机进气阀一端，喷射方向朝向内燃机进气阀；此时，在现有喷油器处设置一导套，该导套用于引导气体，以使气体在喷油器喷口附近喷出，从而加强喷油器喷口的气体流动以加强液体燃料的挥发；优选地，空气导套用于引导热气体，该热气体通过热传导方式给液体燃料进行预热，也能实现促进液体燃料的气化。
为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
燃料喷射装置
第一实施例
如图1所示，图1示出了本发明第一实施例的燃料喷射装置的示意图。该燃料喷射装置包括喷油器2以及设置在喷油器2附近，用于引导气体以使气体在喷油器2喷口附近喷出、从而促进喷油器2所喷出的燃料气化的导套1；还包括用于给导套1提供气体的气源(图1中未示出)。
在本实施例中，喷油器2和导套1之间彼此独立设置；导套1所引导的气体一般只起到加强喷油器喷口的气体流动以加强液体燃料的挥发的作用。优选地，导套1所引导的气体可以是空气，也可以是汽车所产生的废气，或者用于辅助启动的燃料(如二加醚)。进一步地，导套1所引导的气体为热气体。这样，导套1所引导的气体还能够与喷油器2所喷出的燃料混合，通过热传导方式促进喷油器2所喷出的燃料气化的功能。导套1可以与进气歧管一体成型，也可以是缸盖的一部分。
如图2所示，图2示出了图1所示的燃料喷射装置的气源的一实施例的示意图。在该实施例中，气源为高压气压源，该高压气压源与导套1之间设置有用于防止气体反流的第一阀门3。该第一阀门3可采用单向阀或普通的电磁切断阀。在这里，气源所提供的气体为高压空气。
如图3所示，图3示出了图1所示的燃料喷射装置的气源的另一实施例的示意图。在该实施例中，气源仍然为高压气压源，该高压气压源与导套1之间设置有用于防止气体反流的第一阀门3。该第一阀门3可采用单向阀或普通的电磁切断阀，可以理解，第一阀门3还可起到切断气源的作用。在这里，气源所提供的气体为高压空气。第一阀门3与导套1之间设置有用于给气体加热的加热器4，从而使给导套1提供的气体为热空气。高压气压源可以是压缩空气或者气泵泵压空气。在该实施例中采用高压气压源的好处是可在内燃机未启动之前即向内燃机喷射加热过的空气。
如图4所示，图4示出了图1所示的燃料喷射装置的气源的又一实施例的示意图。在该实施例中，气源为常压气源，该常压气源与导套1之间设置有用于防止气体反流的第二阀门5。该第二阀门5可采用单向阀或普通的电磁切断阀。在这里，气源所提供的气体可以是来自排气管加热的空气，甚至是内燃机排出的废气，也可是经热水加热过的空气等。第二阀门5与导套1之间设置有用于给气体加热的加热器4，从而使给导套1提供的气体为热空气。
如图5所示，图5示出了图1所示的燃料喷射装置的气源的再一实施例的示意图。在该实施例中，气源包括高压气压源和常压气源，高压气压源和常压气源分别经同一用于给气体加热的加热器4与导套1连接。高压气压源与加热器4之间设置有用于防止气体反流的第一阀门3。常压气源与加热器4之间设置有用于防止气体反流的第二阀门5。
导套1所引导的气体可以连续喷射、也可经过计量后喷射；该气体可以在暖机过程结束后关闭，也可不关闭。导套1出口可以增设扰流部件，从而优化液体燃料的气化效果。
第二实施例
第二实施例与第一实施例的区别仅在于：导套1与喷油器2之间的设置位置不同。具体地，如图6所示，图6示出了本发明第二实施例的燃料喷射装置的示意图。该燃料喷射装置包括喷油器2以及设置在喷油器2附近，用于引导气体以使气体在喷油器2喷口附近喷出、从而促进喷油器2所喷出的燃料气化的导套1；还包括用于给导套1提供气体的气源(图6中未示出)。
在本实施例中，导套1与喷油器2相接触；导套1所引导的气体为热气体。这样，气体一方面实现给喷油器2中液体燃料预热的目的，另一方面在喷油器喷口附近喷出，从而加强喷油器喷口的气体流动以加强液体燃料的挥发。优选地，导套1套设在喷油器2上，从而加强导套1中的热气体与喷油器2之间的热传导。优选地，导套1的入口面积大于导套1的出口面积，这样，导套1可以起到气体增压作用，一方面进一步降低气体反流的发生，另一方面也可以加速喷油器2喷口附近的气体流动。
燃料喷射方法
进一步地，本发明还基于上述燃料喷射装置而提出了燃料喷射方法。在现代内燃机控制系统中，电控系统要对空气进行计量并据此计算对应的燃料喷射量，然后再经过氧传感器修正得到最终的燃料喷射量，从而实现控制内燃机空燃比的目的。本发明通过导套1为内燃机提供了一个额外的气体通道，其温度也与主进气通道气温不同。尽管如此，由于其流量相对主进气道流量相比极其微小，通常在电控系统的容差范围之内，这样，可以通过氧传感器反馈信号进行闭环修正，不用对其专门处理。但在起动状态下，氧传感器尚未工作，因此需要对其进行开环能优化空燃比控制。
在这里，本发明就不同空气计量方法而提出了两种燃料喷射方法的实施例。
第一实施例
本实施例适用采用热膜传感器计量主进气通道的空气流量的燃料喷射装置；在这里，空气流过热膜传感器的流速(质量流速)与热膜传感器输出电压正线性相关。电控系统(如ECU)将热膜传感器所测得的空气流速在内燃机工作循环周期内积分得到主进气通道向单缸的进气量。
由于导套1所引导的气体没有流过热膜传感器，因此，需要单独考虑。
如果导套1所引导的气体为废气时，由于废气中不含氧气，因此，热膜传感器所测得的主进气通道向单缸的进气量即为内燃机的实际空气流量。而如果导套1所引导的气体为空气时，内燃机的实际空气流量应为热膜传感器所测得的主进气通道向单缸的进气量与导套1所引导的气体流量之和。导套1所引导的气体流速与源压、被压、温度以及导套1出口面积相关，由于源压和温度一般为常数，误差也不大，同时，导套1出口面积为固定数值，因此，导套1所引导的气体流速仅与被压相关，而在本实施例中，被压为平均进气歧管压力。基于此，本发明提出了一种基于上述燃料喷射装置的燃料喷射方法，包括以下步骤：
判断导套1所引导的气体为空气，还是废气；获取内燃机工作循环周期T；获取在内燃机工作循环周期T内的平均进气歧管压力获取主进气通道的空气流量Q'；
计算进入内燃机的实际空气流量Q：
其中，Q为进入内燃机的实际空气流量；
Q'为主进气通道的空气流量；
Q”为导套1所引导的气体的流量；
T为内燃机工作循环周期；
为在内燃机工作循环周期T内的平均进气歧管压力；
为的预先标定的线性插值函数，表示导套1所引导气体的质量流速；
根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，控制内燃机的空燃比。具体来说，即根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，计算对应的燃料喷射量，并根据该燃料喷射量进行燃料喷射。
可以理解，基于燃料喷射方法的第一实施例，燃料喷射系统，还包括空燃比控制模块，用于：
判断导套1所引导的气体为空气，还是废气；获取内燃机工作循环周期T；获取在内燃机工作循环周期T内的平均进气歧管压力获取主进气通道的空气流量Q'；
计算进入内燃机的实际空气流量Q：
其中，Q为进入内燃机的实际空气流量；
Q'为主进气通道的空气流量；
Q”为导套1所引导的气体的流量；
T为内燃机工作循环周期；
为在内燃机工作循环周期T内的平均进气歧管压力；
为的预先标定的线性插值函数，表示导套1所引导气体的质量流速；
根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，控制内燃机的空燃比。具体来说，即根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，计算对应的燃料喷射量，并根据该燃料喷射量进行燃料喷射。
第二实施例
本实施例适用采用进气歧管空气密度以及各个工况的充气效率(进气阀关闭内燃机气缸内的空气密度与进气歧管空气密度之比)来计算进入内燃机的实际空气流量的燃料喷射装置。如果导套1所引导的气体为空气，其在进入内燃机的实际空气流量中的占比很小，因此可以忽略，此时，测量得到的进气歧管压力即为有效进气歧管压力。若导套1所引导的气体为废气，而废气中不含氧气，则有效进气歧管压力为测量得到的进气歧管压力与废气分压力之差。而通过有效进气歧管压力可以准确计算出进入内燃机的实际空气流量。
基于上述原理，本发明提出了一种基于上述燃料喷射装置的燃料喷射方法，包括以下步骤：
判断导套1所引导的气体为空气，还是废气；获取在内燃机进气阀关闭时的进气歧管压力MAP'；获取内燃机进气歧管温度MAT；获取内燃机转速n；获取内燃机单缸排量V；
计算进入内燃机的实际空气流量Q：
Q＝η·ρ·V·(MAP/MAP0)/(MAT/MAT0)
MAP”＝Linear(MAP')
η＝Array(n,MAP')
其中，n为内燃机转速；
MAP'为在内燃机进气阀关闭时的进气歧管压力；
Array(n,MAP')为n和MAP'的预先标定的二维线性插值函数；
η为内燃机的充气效率；
Linear(MAP')为MAP'的预先标定的线性插值函数；
MAP”为导套1所引导的气体的分压力；
MAP为有效进气歧管压力；
MAP0为标准大气压；
MAT0为标准温度；
ρ为空气的标准密度；
V为内燃机单缸排量；
MAT为内燃机进气歧管温度；
根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，控制内燃机的空燃比。具体来说，即根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，计算对应的燃料喷射量，并根据该燃料喷射量进行燃料喷射。
可以理解，基于燃料喷射方法的第二实施例，燃料喷射系统，还包括空燃比控制模块，用于：
判断导套1所引导的气体为空气，还是废气；获取在内燃机进气阀关闭时的进气歧管压力MAP'；获取内燃机进气歧管温度MAT；获取内燃机转速n；获取内燃机单缸排量V；
计算进入内燃机的实际空气流量Q：
Q＝η·ρ·V·(MAP/MAP0)/(MAT/MAT0)
MAP”＝Linear(MAP')
η＝Array(n,MAP')
其中，n为内燃机转速；
MAP'为在内燃机进气阀关闭时的进气歧管压力；
Array(n,MAP')为n和MAP'的预先标定的二维线性插值函数；
η为内燃机的充气效率；
Linear(MAP')为MAP'的预先标定的线性插值函数；
MAP”为导套1所引导的气体的分压力；
MAP为有效进气歧管压力；
MAP0为标准大气压；
MAT0为标准温度；
ρ为空气的标准密度；
V为内燃机单缸排量；
MAT为内燃机进气歧管温度；
根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，控制内燃机的空燃比。具体来说，即根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，计算对应的燃料喷射量，并根据该燃料喷射量进行燃料喷射。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种燃料喷射装置，其特征在于，包括喷油器(2)以及设置在喷油器(2)附近，用于引导气体以使气体在喷油器(2)喷口附近喷出、从而促进喷油器(2)所喷出的燃料气化的导套(1)；还包括用于给导套(1)提供气体的气源；
燃料喷射装置，还包括空燃比控制模块，用于：
判断导套(1)所引导的气体为空气，还是废气；获取内燃机工作循环周期T；获取在内燃机工作循环周期T内的平均进气歧管压力获取主进气通道的空气流量Q'；
计算进入内燃机的实际空气流量Q：
其中，Q为进入内燃机的实际空气流量；
Q'为主进气通道的空气流量；
Q”为导套(1)所引导的气体的流量；
T为内燃机工作循环周期；
为在内燃机工作循环周期T内的平均进气歧管压力；
为的预先标定的线性插值函数，表示导套(1)所引导气体的质量流速；
根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，控制内燃机的空燃比。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射装置，其特征在于，喷油器(2)和导套(1)之间彼此独立设置，或者导套(1)与喷油器(2)相接触。
3.根据权利要求2所述的燃料喷射装置，其特征在于，当导套(1)与喷油器(2)相接触时，导套(1)套设在喷油器(2)上。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射装置，其特征在于，气源为高压气压源，该高压气压源与导套(1)之间设置有用于防止气体反流的第一阀门(3)；第一阀门(3)与导套(1)之间设置有用于给气体加热的加热器(4)。
5.根据权利要求1所述的燃料喷射装置，其特征在于，气源为常压气源，该常压气源与导套(1)之间设置有用于防止气体反流的第二阀门(5)；第二阀门(5)与导套(1)之间设置有用于给气体加热的加热器(4)。
6.根据权利要求1所述的燃料喷射装置，其特征在于，气源包括高压气压源和常压气源，高压气压源和常压气源分别经同一用于给气体加热的加热器(4)与导套(1)连接；高压气压源与加热器(4)之间设置有用于防止气体反流的第一阀门(3)；常压气源与加热器(4)之间设置有用于防止气体反流的第二阀门(5)。
7.一种燃料喷射装置，其特征在于，包括喷油器(2)以及设置在喷油器(2)附近，用于引导气体以使气体在喷油器(2)喷口附近喷出、从而促进喷油器(2)所喷出的燃料气化的导套(1)；还包括用于给导套(1)提供气体的气源；
燃料喷射装置，还包括空燃比控制模块，用于：
判断导套(1)所引导的气体为空气，还是废气；获取在内燃机进气阀关闭时的进气歧管压力MAP'；获取内燃机进气歧管温度MAT；获取内燃机转速n；获取内燃机单缸排量V；
计算进入内燃机的实际空气流量Q：
Q＝η·ρ·V·(MAP/MAP0)/(MAT/MAT0)
MAP”＝Linear(MAP')
η＝Array(n,MAP')
其中，n为内燃机转速；
MAP'为在内燃机进气阀关闭时的进气歧管压力；
Array(n,MAP')为n和MAP'的预先标定的二维线性插值函数；
η为内燃机的充气效率；
Linear(MAP')为MAP'的预先标定的线性插值函数；
MAP”为导套(1)所引导的气体的分压力；
MAP为有效进气歧管压力；
MAP0为标准大气压；
MAT0为标准温度；
ρ为空气的标准密度；
V为内燃机单缸排量；
MAT为内燃机进气歧管温度；
根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，控制内燃机的空燃比。
8.一种基于权利要求1所述的燃料喷射装置的燃料喷射方法，其特征在于，包括以下步骤：
判断导套(1)所引导的气体为空气，还是废气；获取内燃机工作循环周期T；获取在内燃机工作循环周期T内的平均进气歧管压力获取主进气通道的空气流量Q'；
计算进入内燃机的实际空气流量Q：
其中，Q为进入内燃机的实际空气流量；
Q'为主进气通道的空气流量；
Q”为导套(1)所引导的气体的流量；
T为内燃机工作循环周期；
为在内燃机工作循环周期T内的平均进气歧管压力；
为的预先标定的线性插值函数，表示导套(1)所引导气体的质量流速；
根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，控制内燃机的空燃比。
9.一种基于权利要求7所述的燃料喷射装置的燃料喷射方法，其特征在于，包括以下步骤：
判断导套(1)所引导的气体为空气，还是废气；获取在内燃机进气阀关闭时的进气歧管压力MAP'；获取内燃机进气歧管温度MAT；获取内燃机转速n；获取内燃机单缸排量V；
计算进入内燃机的实际空气流量Q：
Q＝η·ρ·V·(MAP/MAP0)/(MAT/MAT0)
MAP”＝Linear(MAP')
η＝Array(n,MAP')
其中，n为内燃机转速；
MAP'为在内燃机进气阀关闭时的进气歧管压力；
Array(n,MAP')为n和MAP'的预先标定的二维线性插值函数；
η为内燃机的充气效率；
Linear(MAP')为MAP'的预先标定的线性插值函数；
MAP”为导套(1)所引导的气体的分压力；
MAP为有效进气歧管压力；
MAP0为标准大气压；
MAT0为标准温度；
ρ为空气的标准密度；
V为内燃机单缸排量；
MAT为内燃机进气歧管温度；
根据计算得到的进入内燃机的实际空气流量Q，控制内燃机的空燃比。
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