CN1080026A - 计量传送到内燃机燃料的仪器和方法 - Google Patents

Abstract

一种对传送给发动机燃烧室的液体燃料进行计 量的方法包括：在每个发动机循环期间向一个充满压 缩气体的室传送预定的固定量的液体燃料，接着，按 照发动机的负载和/或速度调整燃料量，使其达到每 个燃烧循环需要的量，并将调整过的燃料量从充满压 缩气体的室中排放到燃烧室中。固定的燃料量在预 定的压力下保持在所说的室中并且对燃料量的调整 是通过在一个时间周期内打开排放阀来完成的，该时 间周期是根据要求被送回以传送给发动机的燃料量 决定的。

Description

本发明是关于控制通过直接喷射送入内燃机的燃料的供给速度。

随着对减少内燃机排出物的要求的提高，我们已经认识到除汽车发动机以外、具体地讲除工艺优良的船舶发动机以及用于摩托车和小型摩托车的发动机以外，各种发动机的废气排出的允许值也必须控制。并且趋向于限制燃料的消耗和各种固定式内燃机的排出物以及限制使用相对小容量内燃机的设备，诸如割草机。

通过直接向发动机燃烧室喷射送入燃料，我们已经建立了对废气排出，尤其是对二冲程循环发动机的废气排出的最有效控制。在具有相对较大功率发动机的汽车中，从经济上较易接受的是，提供一种高级控制系统，该系统插入有一个程序化的高能量电子控制元件（ECU）以控制整个燃烧过程，该过程包括燃料计量，燃料喷射，以及燃料点火。但是，这种发动机控制系统的造价太高因而不允许用于低造价、小功率发动机的控制操作，诸如小的船舶发动机，摩托车和小型摩托车以及割草机的发动机。

因此，本发明的目的是提供一种用于内燃机燃料计量的方法和仪器，其十分有效且较易操作，使高容量的内燃机制造在造价上相对较低。

从这个目的上看，其提供了一种计量传送到发动机燃烧室的液体燃料的方法，该方法包括在每个燃烧室循环期间向一个充满压缩气体的喷射室送入预定量的液体燃料，所说的预定液体燃料量包括一个基本燃料量和一个第二燃料量，且当发动机正在工作时，至少在该发动机负载的部分范围内可根据基本燃料量来调整第二燃料量，从而控制传送到每个循环的燃料量，并将基本和第二燃料量一起从喷射室送入燃烧室并夹带着从喷射室出来的气体。

通过把计量的燃料量分成所说的基本量和所说的第二量很方便地提供了所说的预定燃料量，并将所说的基本燃料量与来自前边燃烧室循环的第二燃料量混合起来，以提供预定的燃料量送入喷射室。在第二燃料量与计量的燃料量在一个循环中分离和第二燃料量与基本燃料量在下一个循环中混合之间，对第二燃料量的调整更有效。

在一个实施例中，预先确定的燃料量通过一个带阀门的管道进入喷射室，该阀门的作用是控制与一个燃料源相连的管道入口端，且一个固定的开口卸料末端与喷射室连接，当管道的通路末端打开时，所说的基本燃料量通过管道进入喷射室，当管道的通路末端关闭时，所说的第二燃料量就被滞留在管道中。

用抽回燃料的方法可以很方便地有效调整第二燃料量，且把抽回的燃料送回燃料系统，诸如送回至初始供给燃料的一个燃料贮存器。通过一个合适的ECU基发动机控制系统来控制一个可选择开关开口，从而控制抽回的燃料。开口开关的周期是变化的以控制从第二燃料量中抽回的燃料量。

在一个实施例中，预定的燃料量是固定的，这样，根据实际发动机的负载和/或速率，把相等量的燃料分送给每个燃烧室环。在该实施例中，所预定的量不少于这个发动机的最大加料率，并且在调整第二燃料量期间每个循环的燃料量都被去除，从而减少了满足主要发动机负载和速率所需送给燃料的总量。

另一方面预定的燃料量按一预定的方法可以进行变化，预定的方法与发动机的负载和速率有关，预定的燃料量可变化为近似且不少于每个循环所需的燃料。随后，第二燃料量通过调整操作被调整，以提供满足工作条件的正确的燃料量。这种计量方法特别适用于所计量的发动机的工作负载和速率在较低的范围内，此时，在超过燃料需求的宽度范围，达到所要求的计量精度值是十分困难的。

本发明还提供了用于计量传送到一个发动机燃烧室的液体燃料的仪器，该仪器包括：准备用于传送给充满压缩气体的喷射室的、预定量的液体燃料的装置，将所说的预定燃料量分成基本燃料量和第二燃料量的装置，至少在发动机部分工作负载范围期间可以工作的装置用于调整所说的第二燃料量以控制传送给每个循环的燃料量，和将基本和第二燃料量一起从喷射室、夹带着来自喷射室的气体，传送给燃料室的装置。

这里披露的对一台发动机所需的液体燃料进行计量的方法，可与悬而未决的国际申请No.PCT/AU92/00301中所披露的燃料系统相结合，并给予了详细的说明。在那份悬而未决的申请中，披露了用于内燃机的组合燃料和润滑剂，润滑剂是依靠与燃料消耗的直接关系计量的。可以知道，当这里披露的燃料计量方法与先前披露的燃料和润滑剂供应相结合时，在计量燃料量调整期间，从室里去掉的燃料回到不对燃料/润滑剂比值产生不利影响的位置。例如，去掉的燃料可回到燃料的上游和油计量泵。

更好的情况是，在用于一个循环的燃料传送给燃烧室以后，在该循环的一部分期间，喷射室里的气体是由发动机燃烧室提供的，计量的燃料量送入所说的喷射室。这是通过在燃料传送完成后，且最好在燃烧开始以前，使喷嘴保持打开一段时间来达到的。

更好地是在发动机操作时没有引入空气节流即通常所说的“非节流”操作。这种非节流操作确保了燃烧室在所有负载/速度条件下接收最大的空气量。此外，导入空气节流的缺乏提供了相对恒定的导入空气量以供给燃烧室，不管发动机的负载或速度为何。相对恒定的导入空气量确保了燃烧室的压力在点火以前不依据发动机的负载或速度而上升。事实是在燃烧室中有最大量的空气将保证获得较高的压缩压力。

下面将结合附图对本发明的实际布置加以描述，其中介绍了燃料计量系统的一个实际布置。

在各个附图中：

图1是一个燃料供应和油计量部件的横剖面示意图。

图2是一个燃料计量部件的横剖面示意图。

图3是图2所示燃料计量部件的计量室和计量杆部件以及燃料喷射部件的放大横剖面示意图。

参照附图1，它表示了通过包括油计量器的燃料和油泵部件的横剖面示意图。

油入口嘴15与一个油贮存器（未表示）相连以通过单向阀17向油连通管16供油。油通过被单向阀19控制的嘴18从连通管16输送。油计量杆20紧贴地滑动安装在泵室21上，泵室21构成油连通管16的一部分。

油计量杆20伸入燃料供应室25内且杆20的中部与隔板26相连，隔板26构成了燃烧室25的一个壁。燃料室25分别通过单向阀29和30与燃料供应导管27和燃料传送导管28相连，以便隔板26的运动将燃料从燃烧室25传送给燃料计量部件，该部件将在下面进一步讨论。

值得注意的是，如图1所示，隔板26的位置随着连通管16充油可以延伸，以使燃料室25最大限度地填充燃料且使计量杆20位于其最高位置。

随着通过燃料喷射部件对燃料的消耗，隔板26将向下移动并致使油计量杆20也向下移动。由于计量杆20与隔板26的中心部分26A固定以一起，因此它们一致向下移动并由此使油从连通管16中、按与燃料室25中燃料消耗速率直接对应的速率排出。由此可以看出上述机械提供了一种非常简单、可靠、和有效的装置，用以按直接对应燃料的消耗来计量供给发动机的油量。

此外，图1所示的燃料和油泵部件的结构和工作细节在前面提及的悬而未决的国际申请No.PCT/AU92/00301中得提供。

参照图2和3，图1所示的燃料和油泵部件的燃料传送通道28向构成于相同部分中的燃料计量配件40供给燃料。燃料被送入燃料集管室45，其具有一个累加器46，以使在隔板26循环返回运动期间集管室45内的燃料压力被保持，从而保持计量精度并防止空气闭锁。

穿过集管室45的是一个空心燃料计量杆47，其壁上具有一个孔48，因此在集管室45和燃料计量杆47内的内空腔49之间可以提供连续的交换。燃料计量杆47在上端是封闭的并在该端与活塞51相固定，在另一相反的一端具有一个单向阀门配件52，用以控制计量杆47的内空腔49和燃料计量箱53之间的交换。单向阀54控制着从计量室53进入燃料传送通道71的燃料的流动，通道71将燃料导入喷射部件140。

活塞51与计量杆47固定连接在一起，响应汽缸58中施加的流体压力在汽缸58中移动。所施加的流体压力如图2和3所示向右移动活塞51和燃料计量杆47并由此使单向阀52关闭且单向阀54打开，以便燃料室53中的燃料通过燃料传送通道71被排卸出来。可以知道，通过改变活塞51的冲程，并由此按照发动机的燃料需求可改变计量杆47、从计量室53传送的燃料量、计量杆47的每个冲程。

通过提供可转动地安装在轴60上的凸轮59与止动活塞61协同工作，可完成计量传送燃料的量的变化，止动活塞61是控制汽缸58中活塞51的返回位置的。因此当止动活塞61向右移动时，如图2所示，燃料计量杆47的冲程减小，其结果每个冲程从燃料计量室53传送的燃料量被减少。凸轮61的工作可直接由驱动器控制，或由合适的ECU控制装置来控制，比如一个步进马达，以使传送到发动机的燃料量与发动机的负载和速率相匹配。

当燃料供给曲柄轴箱给二冲程循环发动机扫气时，通过一个合适的压力控制装置，诸如调节器（未示出），供给室58以驱动活塞51的流体可以很方便地压缩从在发动机曲柄轴箱中的泵的工作中产生的空气。计量的燃料量被传送给一个合适的燃料喷射部件，如图3所示的140，通过一个喷嘴将燃料定时地传送到发动机的燃烧室。

图3所示的燃料喷射部件140具有一个喷射器室70，它接收来自计量室53通过通道71传送的燃料还具有螺线管激励阀143用以控制从喷射器室70传送给发动机燃烧室的燃料的传送定时。在工作过程中喷射器室70充满了气体，这些气体来自此后描述的发动机燃烧室，或由合适的外部源通过一个如145所指示的口来提供。当阀门143打开后，气体的压力足以使燃料通过喷嘴142送入发动机的燃烧室并抵抗先前那里的压力。

上述燃料计量机械对低供料率、诸如处于或接近发动机空转时的有效控制是很难达到的。当供料率的变化处于开环控制系统时更是如此。该问题可通过使用闭环控制系统来解决，但相对价格高些。

当使用喷射器时，其中燃料被传送给一个充满压力气体的室，并夹带着气体且由该气体推动送入发动机，通过提供一个“微调能力”与前述图2所示的计量系统结合起来也可改善燃料的计量。

扩充微调能力从而实现对整个燃料进行计量的功能也是可能的，因此避免了使用以前提过的可变冲程活塞51或其它燃料计量装置。此外，换一种方式，微调能力可与其它主要燃料计量仪器结合起来使用。

可以知道，如果计量过的燃料量通过一个导管送入一个室，例如喷射室70，其在压力下充满气体，在燃料向导管中传送燃料结束时，导管将充满燃料，只要基本稳定的条件具备，燃料就将滞留在导管里。当喷射器喷嘴如42打开，室里的燃料将被传送到发动机的燃烧室，但实际上导管中所有的燃料将仍滞留在导管中。这种燃料的滞留是由于室内的气体压力，喷射的短时间隔，导管的内径尺寸以及燃料表面张力等因素引起的。这些因素并不需要规定特殊的限制，仅需遵从燃料喷射工艺的通常惯例。

因此，由于在每次向喷射器室传送计量的燃料量完成时导管将充满燃料，如果部分燃料量被从导管中抽回，那么下次传送到喷射器室的燃料将减少一个从导管抽回燃料的量。因此在每次向喷射器室传送燃料之间通过控制从导管抽回的燃料量，可以控制或至少微调或调整传送给喷射器室的燃料量。

参考图3，支管72通过螺线管驱动阀73将燃料传送通道71与集管室45连通起来。在阀73上游的支管72中的孔74控制着通过支管72的燃料的流动速率，当阀73打开时，上述对速率的控制取决于通道71和室45间的压差。

燃料传送通道71是这样成形和配置的，即使在计量杆47的传送冲程结束时，喷射器室70中的气体压力将一定量的燃料滞留在燃料传送通道71中，由计量杆47传送的燃料余量进入喷射器室70。阀门73一但打开，燃料将按控制的速率从燃料传送通道71流入集管室45。通过改变阀门73打开的周期，从燃料传送通道71去掉的燃料量以被控制的方式变化。

在计量杆47的每个传送冲程期间，由活塞51的冲程确定的燃料量从计量室53传送到燃料传送通道71。这使得通道71中的燃料剩余量与来自计量室53中的燃料量一起传送到喷射器室70，从而减少了重新充满燃料传送通道71所需的燃料量。喷嘴142随后打开且只有喷射器室70中的燃料将夹带着来自喷射器室的气体被送入发动机。

在喷嘴142关闭后，阀门73可被打开以使燃料从通道71中流出;从而完成对传送给下个喷射循环的燃料量的任何所需校正。

由此可见，通过控制在每个喷射循环之间从通道71抽回的燃料量，从而控制加料率使其满足发动机的需要。螺线阀73是由通常在发动控制系统中使用的普通ECU控制的，以按照通过供给ECU的负载和速度输入信号确定的发动机燃料需求改变阀门73的打开周期。

上述用于控制传送给发动机燃料量的支路系统也可同前述的计量杆47的冲程变化结合起来使用。在这种布置中支路可被用作“微调”或精细调节计量的燃料量的装置。当使用支路系统在燃烧率的较低范围控制燃料和利用计量杆的可变冲程对高范围燃烧率进行控制时，这种组合是很方便的。

现在参照图3对燃料喷射器140的一般结构进行描述。阀门143通过一个阀杆144与装在喷射器主体131内的螺线管147的衔铁141相连，阀杆144穿过喷射器室70。阀门143通过园盘形弹簧推向关闭的位置，且通过激励螺线管147被打开。在图3中阀143表示为处于打开位置。螺线管147的激励是由一个未表示的ECU控制的，其与发动机的循环呈同步关系以完成燃料从喷射器室70到发动机汽缸的传送。

从一个合适的压力调节源，通过汽门145，在实际压力控制下，使燃料室70充满气体，这里压力源未表示。通过激励螺线管147，阀门143向下移动从而打开喷嘴142，以使装在燃料室70中的计量的燃料量通过喷嘴142由空气传送到发动机汽缸的燃烧室中。通过一个公知方式的ECU对螺线管147的激励进行定时，从而控制向发动机燃烧室的燃料传送的定时。

除了从外部源向喷射室70提供空气外，高压气体也可从发动机燃烧室获得。这可通过在完成燃料喷射以后且当燃烧室中的气体压力大于向燃烧室喷射燃料时的气体压力时，保持喷嘴142打开一个时期来达到。通过这种方法，压力大于喷射时燃烧室内气体压力的气体（大量空气）被送入喷射器室70，并滞留在那里以备在下一个发动机循环传送计量的燃料量。在燃烧开始之前或至少在燃烧物可以进入燃料室70之前且很方便地，在燃料点火之前，喷嘴142最好是关闭的。从燃烧室来的高压气体的滞留，可省去为了提供足够压力的气体以完成燃料向燃烧室喷射而设置一台压气机。

在发动机燃料系统中，通过一个具有一些内在校正特性的固定的孔，对支路燃料量进行控制，从而计量燃料是十分先进的。

当喷射器室里的气体压力是从燃烧室的气体进入喷射器来得到时，在喷射之后以及燃烧之前，每个发动机循环中燃烧室里的压缩压力实际上是均匀的。在发动机压缩循环中，如果喷射器的喷嘴在每个循环中封闭于一个固定的点，情况更是如此。相应地，当支路阀门73打开时，燃料通过孔74的流动速率在每个循环中实际上是固定的。

结果是，一但压缩压力发生变化，就向发动机自动补偿燃料供应。如果压缩压力下降，那么燃料流过孔74的速率就会下降，由此更多的燃料将滞留在通道71中以传送给发动机，且转矩输出将会增加。如果增加压缩压力，燃料通过孔74的流动速率就会增加，转矩就会减小。

此外，当发动机和/或燃料系统状况随时间改变时，调整支路周期就能补偿这些变化。由于支路螺线管是由一个ECU，诸如常用发动机控制ECU进行控制的，该ECU可被程序化以根据发动机预选参数的感应完成对支路活门73的打开周期的校正。校正可在整个燃烧范围或在其一个预选部分进行，同时校正在整个燃烧范围可以是均匀的或变化的。

Claims (20)

1、一种对传送给发动机燃烧室的液体燃料进行计量的方法包括：在每个燃烧室循环期间向充满压缩气体的喷射室传送预定量的液体燃料，所说预定量燃料是由基本燃料量和第二燃料量组成的，和至少当发动机在部分发动机负载范围内运转时根据基本燃料量调整第二燃料量以控制传送给每个循环的燃料量，和从喷射器室、夹带着来自喷射器室的气体、将基本和第二燃料量一起传递给燃烧室。

2、按照权利要求1所述的方法包括：在每个燃烧室循环期间将计量的燃料量分为所说的基本量和所说的第二量，从先前的燃烧室循环中将所说的基本燃料量与第二燃料量混合起来以提供预定的燃料量传送给喷射器室。

3、按照权利要求2所述的方法包括：在第二燃料量在一个循环中从计量的燃料量中分离和在下一个循环中与基本燃料量结合之间，调整第二燃料量。

4、按照权利要求1至3所述的任何一种方法包括：通过去除燃料来调整第二燃料量。

5、按照前述任何一个权利要求的方法包括：通过一个导管向喷射器室传送预定量的燃料，该导管具有一个与燃料源相连通的阀控入口端和一个与喷射器室相连的永久打开排放端，当导管的入口端打开时，所说的基本燃料量通过导管传送到喷射器室，且当导管的入口端关闭时，在所说的导管中滞留所说的第二燃料量。

6、按照权利要求5所述的方法包括：当所说的第二燃料量滞留在所说的导管时，调整第二燃料量，并将所说的调整的第二燃料量由下个基本燃料量并与下个基本燃料量一起通过导管传送给喷射器室。

7、按照前述任何一个权利要求的方法包括：连同对第二燃料量的任何调整，响应发动机负载和/或速度的变化改变基本燃料量。

8、按照前述任何一个权利要求的方法包括：在将燃料从喷射器室送入燃烧室之后，向喷射器室传送来自燃烧室的气体，以使喷射器室内的压力在一个预定范围内上升。

9、用于计量传送给发动机燃烧室的液体燃料的仪器包括：用以准备向充满压缩气体的喷射器室传送的预定液体燃料量的装置;将所说的预定燃料量分为基本燃料量和第二燃料量的装置;至少在发动机部分工作负载范围内可工作的装置用于调整所说的第二燃料量以控制传送给喷射器的燃料量;和从喷射器室，夹带着来自喷射器室的气体，将基本和第二燃料量一起传送给燃烧室的装置。

10、按照权利要求10所述的仪器，其中所说的划分所说预定燃料量的装置是用于将一个燃烧室循环中所准备的基本和第二燃料量分开，并使所说的装置在一个循环中传送基本燃料量，且在下一个所说燃烧室循环中将第二燃料量与所说下一个循环的基本燃料量一起传送。

11、按照权利要求11所述的仪器，其中所说的调整所说第二燃料量的装置用于：在燃烧室的一个循环期间分离第二燃料量和在下一个循环期间开始向喷射器室传送所说的第二燃料量这两个过程之间的周期内完成所说的调整。

12、按照权利要求10至12中任何一个所述的仪器，其中所说的调整装置用于在将所说第二燃料量与基本燃料量分离后从所说第二燃料量中去除燃料。

13、按照权利要求10至13中任何一个所述的仪器，其中所说的用于准备所说预定量燃料的装置包括：一个导管，所说的燃料经过它进入喷射器室，所说的导管具有实际上等于所说第二燃料量的容量。

14、按照权利要求14所述的仪器，其中所说的导管具有一个与一个燃料源相连通的阀控进入端和一个与喷射器室相连通的固定开口排放端。

15、按照权利要求15所述的仪器，其中所说的用于准备所说预定燃料量的装置包括用于在每个燃烧室循环传送一个固定的燃料量的装置。

16、按照权利要求15所述的仪器，其中所说的用于准备所说预定燃料量的装置包括用于在每个燃烧室循环传送一个被控制的可变燃料量的装置。

17、按照权利要求14至17中任何一个所述的仪器，其中调整装置包括一个可选择开关的口，当从所说的导向通过喷射器室内气体施加的压力排放燃料时，口处于打开状态。

18、按照权利要求18所述的仪器，其中提供的装置用于将从导管中排放的燃料送回装置上游的燃料库以准备预定的燃料量。

19、按照权利要求10至15中任何一个所述的仪器，其中准备预定的燃料量的装置是一个泵，用于在每个燃烧室循环传送固定的燃料量。

20、按照权利要求10至15中任何一个所述的仪器，其中准备预定的燃料量的装置是一个泵和在每个燃烧室循环中响应发动机负载和/或速度改变通过所说的泵传送的燃料量的装置。

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