CN1493779A - 电控燃油喷射四冲程汽油发动机 - Google Patents

电控燃油喷射四冲程汽油发动机 Download PDF

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Abstract

一种电控燃油喷射汽油机，它包括发动机本体(31)、进气系统(30)、脉冲式电动燃油喷射器(5)、燃油供给管路(8)和回油管路(9)、排气系统(32)、电子控制单元ECU(11)、点火装置(33)、转速及角标传感器(12)、节气门位置传感器(13)，其特征为：进气系统(30)中设有一个隔热装置(1)，燃油喷射器(5)被安装于隔热装置(1)之上或之前某一位置，燃油供给管路(8)和回油管路(9)均为无压或极低压管路，ECU(11)直接驱动燃油喷射器(5)将燃油定时定量地喷入发动机进气系统(30)中。

Description

电控燃油喷射四冲程汽油发动机
本发明涉及电控燃油喷射四冲程汽油发动机。
电控燃油喷射发动机由于可以精确控制空燃比，所以其有害废气排放量能够得到有效控制，同时发动机性能能够得到进一步提高，还为废气催化处理装置的应用提供了保证。然而电喷发动机供油系统要比化油器复杂很多，成本高，因此在一些成本控制要求较高的应用领域，例如摩托车，电喷系统难以获得普及。
在现有的电控燃油喷射四冲程汽油机中，燃油系统至少由一个加压油泵、一个或多个电控燃油喷射阀、一个油压调节器、一个电控单元(ECU)和数个传感器组成，并且油泵和喷射阀是分离的，油泵处于燃油箱中或燃油管路中间，而喷射阀处于发动机进气系统中，将燃油喷向节气门(单点喷射)或进气口(多点喷射)。这种电喷系统如果要用于缸数少例如双缸或单缸的发动机上，则由于油泵成本较高，整机成本就难以被用户接受。
由中国专利申请96194815.9和01103954.x已知另外一种燃油喷射装置，这是将油泵和喷射阀合二为一且由ECU直接驱动进行脉冲式喷油的装置，这种装置再配一低压供油循环泵业已证明适用于二冲程缸内直喷式汽油机。
本发明的目的是利用电动脉冲式喷油的喷油器构成更为简单的电控缸外燃油喷射四冲程汽油发动机，以降低电喷汽油发动机的成本，尤其是单缸或双缸电喷汽油发动机的成本。
此目的通过权利要求书1特征部分所述结构达到。对本发明有利的进一步改进在从属权利要求中说明其特征。
据此，本发明利用电动脉冲式喷油器给发动机供油，ECU直接驱动喷油器，连接喷油器的供油管和回油管均为无压或极低压管路，例如直接连接到位置不低于喷油器的燃油箱上，尤其在进气系统中设有一个隔热装置，电动燃油喷射器被安装于隔热装置之上或之前某一位置。因此，通过发动机气缸盖散出的热量将很难传递到喷油器上，喷油器的温度将不会上升过高(例如高于70℃)致使其中低压的燃油大量挥发而产生气泡并影响喷油器的工作。隔热装置中的隔热材料可为陶瓷、隔热塑料或隔热弹性橡胶等。利用弹性橡胶作隔热材料还有利于减小发动机震动对喷油器工作的影响。
在下面的实施例中借助于附图详细说明本发明，其中：
图1表示在单缸或多缸(包括双缸)发动机中应用该发明构成进气口喷射系统的实施例1。
图2表示在多缸发动机中应用该发明构成单点喷射系统的实施例2。
图3和图4表示用耐热弹性橡胶或耐热塑料作隔热材料的隔热装置的两种设计。
在实施例1中，按本发明的电控燃油喷射四冲程汽油机的进气系统30包括隔热装置1、进气管(对多缸机而言为进气岐管)2、节气门3、节气门体4等，电动喷油器5被安装在与隔热装置相连的进气管(进气岐管)2之上，喷油器喷油的方向为气缸盖6上的进气道进气口7。喷油器通过进油管8和回油管9与燃油箱10相连，燃油箱10的位置应不低于喷油器之进油口，以保证喷油器进油口处始终充满燃油。如果燃油箱不得不布置在低于喷油器的位置，则应附加一个燃油循环泵(例如汽车化油器发动机常用的膜片泵等)来保证喷油器进油口在工作中始终充满燃油。
该发动机中还包括驱动喷油器工作的电控单元(ECU)11，测量发动机转速和曲轴位置的转速及曲轴转角传感器12和测量节气门开度大小的节气门位置传感器13，电控单元中有单片计算机和存储器等信号处理硬件以及进行计算的软件。
为了更精确地控制发动机燃油喷射量，在发动机气缸盖6或气缸体17上还可装置发动机温度传感器14，对于风冷发动机直接测量气缸盖6或气缸体1 7的温度，而对于水冷或油冷发动机，传感器14将伸入到气缸盖6或气缸体17上的冷却水道或冷却油道中来测量冷却液的温度。在节气门3前还可安装进气温度传感器15。
在排气管(对多缸机而言也可为排气岐管)18或排气道19上安装氧传感器16可时刻监测进入发动机的可燃混合气是否处于理论当量比的空燃比状态，从而实现对发动机空燃比的反馈控制。由于ECU11能够确切地知道发动机的状态，所以ECU11中可以设置点火控制及驱动电路，驱动点火线圈20来点火，这样发动机的点火提前角可以得到最优化控制。
在实施例2中，与实施例1相比，将多缸机(包括双缸机)中每缸都需一个的多个喷油器用安装于节气门体4之前的一个喷油器5所代替，构成单点喷射系统，从而会使电控燃油喷射多缸机的成本降低。在该实施例中，隔热装置1被置于节气门体之前，电动喷油器5被安装在隔热装置1之前部的进气管2’之上，喷油器5将燃油喷向节气门3。这样节气门体4和进气歧管2受发动机缸盖传来的热量的影响，会处于比较高温的状态，这有利于喷出燃油的蒸发，从而有利于各缸空燃比的均匀一致。但是，这些热量由于受到隔热装置1的阻挡，很少能传递到喷油器5上去，从而排除了喷油器5因温度过高产生气泡而异常工作的可能。
本发明所述的隔热装置1可设计为如图3所示的结构，它由两个金属法兰21、22和隔热橡胶或耐热塑料23组成，法兰作为橡胶或塑料压制成型加工时的镶件与橡胶或塑料紧密结合，橡胶或塑料将两个法兰连接在一起，但能有效阻止热量从一个法兰向另一个法兰传导。
本发明所述的隔热装置1也可设计为如图4所示的结构，它将喷油器5的安装位置24设于其前部的金属进气管2’上，后端接口仍为法兰22，但前端的进气口为圆管接口25。
下面借助于本发明实施例1来说明本发明之电控燃油喷射汽油机的工作方式。
ECU11通电后，首先可以控制喷油器5预喷几次燃油以利于发动机起动，当曲轴转动起来后，每循环或每圈都喷1次油，喷油量的大小由此时的转速、节气门位置、进气温度、发动机温度以及起动状态等确定。ECU11还控制点火系统33在合适的相位点火。在发动机起动热车后，ECU11基本上按存储器中存储的喷油和点火MAP图表来控制喷油量和点火提前角，该喷油和点火MAP是节气门位置和转速的二维函数。如果节气门位置突变(突加速或突减速)则要按节气门位置的变化速率对喷油量进行变工况修正。当氧传感器16正常工作后，在稳定工况下，ECU要根据氧传感器16测出的空燃比状态对喷油量进行反馈修正，如果氧传感器16测出空燃比过稀则增加喷油量，若氧传感器16测出空燃比过浓，则减少喷油量，如此不断循环。喷油器5在喷一次油复位时，会产生一定的回油泵油量，该泵油量通过回油管9返回油箱。回油量的存在进一步降低了喷油器5的温度，同时还能够将喷油器5中生成的气泡带回燃油箱10释放分离。由于该系统中采用的隔热装置1，发动机热车后缸盖6散发的热量不易传递给喷油器5，所以尽管喷油器5中燃油处于很低的压力，燃油仍不会产生过多的蒸汽气泡以致影响到喷油器5的正常工作。

Claims (10)

1、一种电控燃油喷射汽油机，它包括发动机本体(31)、进气系统(30)、脉冲式电动燃油喷射器(5)、燃油供给管路(8)和回油管路(9)、排气系统(32)、电子控制单元ECU(11)、点火装置(33)、转速及角标传感器(12)、节气门位置传感器(13)，其特征为：进气系统(30)中设有一个隔热装置(1)，燃油喷射器(5)被安装于隔热装置(1)之上或之前某一位置，燃油供给管路(8)和回油管路(9)均为无压或极低压管路，ECU(11)直接驱动燃油喷射器(5)将燃油定时定量地喷入发动机进气系统(30)中。
2、按照权利要求1所述的电控燃油喷射汽油发动机，其特征为：隔热装置(1)中的隔热材料(23)为弹性橡胶或耐热塑料，其两端有金属连接法兰(21)和(22)或金属管(2’)，该连接法兰(21)、(22)和金属管(2’)作为镶件与隔热材料(23)压制成型为一整体。
3、按照权利要求1或2所述的电控燃油喷射汽油发动机，其特征为：隔热装置(1)处于节气门体(4)之前，燃油喷射器(5)安装于隔热装置(1)之前部的进气管(2’)之上，并将燃油喷向节气门(3)。
4、按照权利要求1或2所述的电控燃油喷射汽油发动机，其特征为：隔热装置(1)与气缸盖(6)相连接，燃油喷射器(5)被安装于隔热装置(1)之前部的进气管(2’)之上，并将燃油喷向发动机缸盖进气道的进气口(7)。
5、按照权利要求1或2所述的电控燃油喷射汽油发动机，其特征为：隔热装置(1)与气缸盖(6)相连接，在节气门体(4)和隔热装置(1)之间分设一个进气管(对多缸机而言为进气岐管)(2)，燃油喷射器(5)被安装于该进气管(进气岐管)(2)上，并将燃油通过隔热装置(1)喷向发动机缸盖进气道的进气口(7)。
6、按照权利要求3-5所述的电控燃油喷射汽油发动机，其特征为：ECU(11)根据发动机转速传感器(12)的转速信号和节气门位置传感器(13)的节气门开度信号及其变化率来计算基本喷油脉冲的大小。
7、按照权利要求6所述的电控燃油喷射汽油发动机，其特征为：在发动机气缸盖(6)或气缸体(17)上安装有发动机温度传感器(14)。对风冷发动机而言，温度传感器位于气缸盖(6)或气缸体(17)上，测量的是气缸盖(6)或气缸体(17)的温度。对于水冷或油冷发动机而言，温度传感器(14)伸入到气缸盖(6)或气缸体(17)上的冷却水道或冷却油道中，测量冷却液的温度。ECU(11)根据发动机温度传感器(14)的信号来确定适当的喷油量修正。
8、按照权利要求7所述的电控燃油喷射汽油发动机，其特征为：在排气管或排气岐管(18)上安装有氧传感器(16)，ECU(11)按照氧传感器(16)的信号对喷油量进行反馈修正，以控制进入发动机的混合气的空燃比始终处于理论当量比附近。
9、按照权利要求8所述的电控燃油喷射汽油发动机，其特征为：点火装置(33)中的点火线圈(20)低压端由ECU(11)控制，ECU(11)按发动机转速传感器(12)的信号和节气门位置传感器(13)的信号来确定点火提前角。
10、按照权利要求9所述的电控燃油喷射汽油发动机，其特征为：在进气节气门体(4)前装有进气温度传感器(15)，ECU(11)按其信号对基本喷油量进行修正。
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