专利名称：液体喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体喷嘴，该喷嘴带有末端有一个或多个孔的通道，在使用过程中，喷嘴与一个液体供给装置连通，这样液体可以被供给到喷嘴，以便穿过通道通过一个或多个孔流出到介质中。本发明的系统可用于任何喷射装置；但是其特别适合用于内燃机上。
本发明还涉及用来控制在发动机的燃烧室内喷射和点火的发动机操作系统。
背景技术：
内燃机目前通常都带有电控燃油喷嘴，来将燃油直接送入发动机汽缸内。喷嘴可以根据特定发动机的应用在很宽的范围内适当地进行选择。其类型包括例如静电喷嘴、压力旋流式喷嘴或空气辅助雾化喷嘴。通常，直喷型内燃机日益取代汽化器燃油系统，因为这些喷嘴更容易控制来获得更好的排放性能以便满足日益严格的排放管理标准。
为了避免与现有精制火花塞(sparkplug)发生干涉，改善后的直接喷射方式采用的形式包括一个单独的喷嘴。在这种方式下，发动机制造商还可以不做变动地继续生产和出售火花塞部件，而同时又可以生产特殊燃油喷嘴部件并与单独火花塞部件在燃烧室内共同工作。
通常不将火花塞部件和喷嘴部件组合成一个单独部件。不这样做的一个原因是这种组合会增加不必要的复杂性而且没有任何可预知的益处。一种火花塞和喷嘴部件组合的假设从传统观点来看是尺寸过大的，还需要非常深入的研发工作以获得必要的严格的公差并将部件的尺寸减少到一个可接受的范围内。本领域的普通技术人员都认为生产组合部件所需的额外成本不会产生任何实际的收益。
大量涉及对火花塞部件单独改进的专利和涉及对喷嘴部件单独改进的专利与涉及单个火花基和喷嘴组合部件的专利申请相比，更清楚地显示了在内燃机领域中的传统观点一直认为火花塞和喷嘴必须是单独的部件。
很少有涉及组合火花塞和喷雾器部件的专利。一个最近的例子是由国际专利申请号PCT/GB01/04646所公开，其中随着足够的电压差的产生提供了静电雾化来点燃雾化的燃油。另一个组合系统由法国专利FR900.408在1945年公开，其涉及一个过于复杂的喷油嘴和火花塞系统。只有在这些系统中出现的必要的用于喷雾的电插头才似乎证明了在喷嘴中有火花电极出现。
为了满足在全世界范围内出现的日益严格的排放法规，汽车工业生产出了由发动机操作系统控制的先进的燃油喷射系统。图1表示了一个发动操作系统1的例子。发动机操作系统绕一个带有处理装置的发动机控制单元(在本领域中通常指一个ECU)旋转。通常，发动机操作系统与一个曲轴位置传感器、一个凸轮轴位置传感器、一个节气门位置传感器、一个冷却液温度传感器、一个空气流量传感器、一个爆燃传感器和一个氧气传感器一起工作，这些传感器将信息提供给ECU，随后这些信息被仅仅转化成监视发动机工况的一个方面以便优化燃油喷射和点火脉冲。这样一个多部件的发动机操作系统的成本，通常当被安装到大容量多缸发动机上时才可以承受，从而比较合理。
对于设备的市场价值相对较小的小型发动机来说，这样传统的发动机操作系统的费用是不可行的。因此，这类小型发动机常见用于摩托车、休闲车辆(leisure craft)甚至电动工具上，并不含这样复杂但非常有用的发动机操作系统。
但是，排放法规不仅开始应用于在西方的车辆运输工具，而且也应用于全世界的运输工具，并且在将来将逐步应用于现在由于经济原因而没有装备这些发动机操作系统的所有小型发动机。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种经济上可行的发动机操作系统，其可以用于所有类型的发动机上，但特别适用于控制例如只有一个汽缸的所谓小型发动机的运行及其最终的排放。
本发明的另一个目的是简化发动机的控制系统，而不需要或仅仅对现有的发动机结构有最少的改动。
还有一个目的是提供一种发动机操作系统，其可以对燃油喷射和点火脉冲提供更快的内部循环控制。
本发明的更普遍的目的是提供一种对任何类型的液体喷嘴的改进。
在本发明的第一独立部分，本发明提供一种液体喷嘴，该喷嘴带有末端有一个或多个末端孔的通道，在使用过程中，喷嘴可以与一个液体供给装置连通，这样液体可以被供给到喷嘴，以便穿过所述通道通过一个或多个所述孔流出到介质中；其中喷嘴包括一个与液体要喷入的介质相接触的传感器；还有一个可以与该传感器一起工作的处理装置，来导出状态值并给喷嘴和/或其他相关装置的工作提供适当的控制。
该结构与传统观点完全不同，将喷嘴与传感器组合起来。该组合件可以对喷射有更精确的控制，并因此可以提高喷射液体的经济性，特别是在一种变化介质工况下，就像其体现在燃烧室中一样。该结构还可以省去特别复杂的传感结构，并形成一个更加实用和节约成本的喷射系统。
特别好的是，喷嘴可以与火花电极组合在一起以便形成一个组合火花塞和喷嘴单元，并且在使用过程中，介质可以由燃烧室内容物构成。通过省去了对单独的火花塞部件和喷嘴部件的现有要求，这种组合可以带来预料不到的优点，例如对燃油喷射和点火脉冲的更精确控制。
特别好的是，传感器的一部分可以是离子传感电极，用来感应在离子传感电极和低压电极之间空隙的电阻。
该结构非常有利，因为该结构相对简单并且通常较带有光学或压电传感器的结构更为紧凑。因此在这种结构中不需要分别用于点火和传感的单独的电插头。
本发明还涉及一种发动机操作系统，系统带有一个或多个如上述任一部分所述的液体喷嘴。
该结构非常有利，因为该结构省去了复杂的、传统的发动机操作系统对例如曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、空气流量传感器、爆燃传感器和氧气传感器的需求。省去了上述任一或所有这些传感器，同时至少获得相同用途的数据，所以就节省了相当的成本并使得这样的发动机操作系统可以用于所谓的小型发动机上。迄今为止，小型发动机由于成本的原因还没有使用发动机操作系统，但是现在其得到了可以与使用相对昂贵的发动机操作系统的大型发动机具有同样收益的效果，特别是在燃油经济性和减少排放方面。
根据本发明的第二个独立方面，本发明涉及一种发动机操作系统，其包括一个发动机控制单元(ECU)，其可操作地连接到一个或多个传感器上，其中上述传感器中的至少一个可以与液体喷嘴组合在一起，并且与液体要排入的介质相接触，以便导出状态值并提供适当的发动机控制。
这种结构可以在不需要过多传感器的前提下获得精确的系统。将传感器与液体喷嘴组合在一起并使传感器与介质接触，这与传统观点完全不同，传统观点认为发动机工作传感器应该位于发动机的很多位置，而不是与液体要喷入的介质相接触。这种结构的一个好处是可以更直接的导出状态值，可以对发动机实施更快的控制。
根据一个第二独立方面的一个从属方面，发动机操作系统带着一个单独的传感器一起工作。
在这种结构中，就不需要对不同的传感器源进行复杂地解读。该结构还可以允许对发生的内循环进行周期分析，这就减少了所需的控制时间，并提高了控制质量。而且，这种发动机操作系统还特别节约成本，其可以应用于目前由于经济原因而无法采用的地方。在本领域内，这样的改进同样对环境也是非常有益的。
在另一个从属方面，系统不包括曲轴传感器。这种构造与来自于本领域中现有的认为所有发动机操作系统都至少需要一个曲轴传感器的观点完全不同。
图1是一种现有类型的发动机操作系统的流程图；图2是本发明第一实施例的液体喷嘴的截面图；图3是本发明第二实施例的液体喷嘴的截面图；图4是本发明第三实施例的液体喷嘴的截面图；图5是本发明第四实施例的液体喷嘴的截面图；图6是本发明所述的发动机操作系统的流程图。
具体实施例方式
图1已经在发明的背景技术部分进行了详细地说明。
图2表示了一个液体喷嘴2，其包括一个液体入口3，用来从一个液体供给部件(在图中未示出)接收液体，例如可以是燃油。液体供给部件可以是任何公知的类型，并且可以由本领域的普通技术人员从已知的可选择对象中进行选择。在喷射过程中，受压液体纵向流经一个通道4，流出到一个静电雾化室5中。雾化室5的壁的一部分由一个带有很多孔的电极构成，孔可以用附图标记7来表示，以便使得液体可以从雾化室5中流出进入到一种介质中。壳体9的下部带有一个螺纹面10，以允许液体喷嘴与内燃机的汽缸之间可释放地接合。当液体喷嘴适当地安装于汽缸时，液体流出进入汽缸内的介质中。
可以通过在中心电极8和电极6之间提供一个适当的电压差来实现在雾化室5中的静电雾化。
壳体9的下部还带有一个接地电极11，其与电极6有足够的距离，这样当在电极6和电极11之间提供一个适当电压的时候，就可以产生一个点火火花。
作为该液体喷嘴的一部分，还有一个传感器15。该传感器的一部分形成了能与介质接触的环带12。环带设置于壳体9下部形成的凹槽19内。传感器15的外露部分不需要成为这种几何形状，为了减少其外露面积，其可以被限定成一个偏心盘。环带12可以用来传感压力，为了这样做，其可以采用压电晶体，可以产生一个电压来表示介质在其表面所施加的压力。这种类型的环带可以通过一个护罩来保护以避免介质直接接触到传感器的敏感的压电晶体部分。这样的传感器护罩可以用不锈钢或任何其他适宜的耐高温材料制造。
然后压电晶体所产生的电流就被一个插头13提供给适当的处理装置(在图中未示出)。
本领域的普通技术人员都可以选择一种适当的处理装置，要具有足够快的处理速度来传递有关汽缸内情况的实时数据和/或存储并分析历史数据来建立以下的参数1)要确定曲轴和凸轮轴位置所必需的活塞位置；换句话说，缸内传感器使得在不需要传统的曲轴相邻位置传感器的情况下就导出曲轴位置，2)压力升高的速率，该速率可以在不需要节气门传感器和空气流量测量仪的情况下就确定在汽缸中收集的空气体积，3)直接的燃烧压力，而不需要适用单独的爆燃传感器，
4)连续的燃烧监视来建立一个实时的发动机工作记录，以去除对冷却液传感器的需要。
处理装置通过经常或定期将当前周期数据与先前周期和参考周期数据进行实时比较来建立对燃烧进行闭环控制，从而适合于连续地优化燃烧循环。
图3表示了一个与附图2所详细描述类型相同的液体喷嘴14，因此为了清楚起见，相同部件用相同的附图标记表示。喷嘴14带有一个位于壳体9中的光学燃烧传感器15。光学传感器15包括一个光发生与接收器16，用来产生一个光信号，光信号沿着一个光导17向下传播到一个位于凹槽19中的可变形的反射器18上，反射器是为了与液体要喷射进入的介质接触。随着在介质中压力的变化，反射器18发生变形，并将光线以改进的方式反射给光发生与接收器16，光发生与接收器16可操作地连接到处理装置(在图中未示出)上，以便适当控制喷嘴或其他装置工作。
光学燃烧传感器15还可以是一种光谱系统，其中可变形反射器可以用例如石英窗来代替。该系统可以用来产生关于在介质中存在的燃烧物质比例的信息，随着这一信息在每个循环都被输送到处理装置，其可以最终优化空燃和排放信息。该系统可以不用单独的排放氧气传感器。
图4表示了一个与附图2所详细描述类型相同的液体喷嘴20，因此为了清楚起见，相同部件用相同的附图标记表示。喷嘴20是另一种公知的压力旋涡式喷嘴的改进，因此其带有一个活塞21、一个线圈22、一个燃油通道23、一个中心电极24，它们与活塞21一起作用产生一个通过了出口25的所谓的旋涡效应排放。在壳体9中形成的通道可以容纳线圈电插头26，其也可以用来容纳压力传感器15的插头13。与图2类似的传感器结构也可用于该系统中。
图5表示的是根据本发明一种已知类型改进的空气辅助喷嘴。除了燃油入口3和燃油通道4之外，其还带有一个通向空气通道28的空气入口27。所供给的空气作为在这种标准喷嘴中的加压形式提供出来。通道4和28都进入液体混合室29中。在混合室29的壁上有一个孔30，使燃料能被排放到介质中。一个点火装置和离子传感电极可以位于中心，其下部构成了混合室29。当电极31没有点火的时候，其可以用来测量间隙32中的电阻。离子传感电极可以用来测量在室中的电阻(当下部电极至少是室壁的一部分时)。点火装置和离子传感电极可操作地连接到处理装置(在图中未示出)上，以便确定间隙32的电阻值，并用来导出状态值，例如压力、空燃比和燃烧的发生。由于该系统所占用的空间仅仅是火花塞和喷嘴部件分别占用的空间，所以这个系统是特别有益的。
图6的发动机操作系统与图1中现有系统进行的比较显示，通过使用上述结合附图所描述的喷嘴可以根本上简化结构。
图6的发动机操作系统仅需要一个单个传感器来获得对燃油喷射和点火脉冲的精确控制。
上述实施例是关于在内燃机中所使用的改进的喷嘴。但是，本发明不仅仅限定于这些特殊的系统，而可以用于没有特定说明的其他喷嘴，例如家用喷雾器、药用喷嘴、化妆品液体喷雾器、合成溶液喷雾器等等，所有这些都处于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种液体喷嘴，该喷嘴带有末端有一个或多个末端孔的通道，在使用过程中，喷嘴与一个液体供给装置连通，这样液体可以被供给到喷嘴，以便穿过所述通道，通过一个或多个孔流出到介质中；其中喷嘴包括一个与液体要喷入的介质相接触的传感器；还有一个与该传感器一起工作的处理装置，来导出状态值并给喷嘴和/或其他相关装置的工作提供适当的控制。
2.如权利要求1所述的液体喷嘴，其特征在于喷嘴与火花电极组合在一起以便形成一个组合火花塞和喷嘴单元，并且在使用过程中，介质由燃烧室内的内容物构成。
3.如权利要求2所述的液体喷嘴，其特征在于传感器的一部分是离子传感电极，用于感应在离子传感电极和低压电极之间空隙的电阻。
4.一种液体喷嘴，如上所述和/或如所附文字和/或附图部分任意组合所示。
5.一种发动机操作系统，其带有上述任一权利要求所述的一个或多个液体喷嘴。
6.一种发动机操作系统，其包括一个发动机控制单元，其连接到一个或多个传感器上，其中上述传感器中的至少一个与液体喷嘴组合在一起，并且与液体要排入的介质相接触，以便导出状态值并提供适当的发动机控制。
7.如权利要求6所述的发动机操作系统，其特征在于带着一个单个传感器一同工作。
8.如权利要求6或7所述的发动机操作系统，其特征在于系统不包括曲轴传感器。
9.一种发动机操作系统，如上所述和/或如所附文字和/或附图部分任意组合所示。
全文摘要
一种带有通道(4)的液体喷嘴(2)，通道的末端有一个或多个末端孔(7)，在使用过程中，喷嘴可以与一个液体供给装置连通，这样液体可以被供给到喷嘴，以便穿过通道通过一个或多个孔流出到介质中；其中喷嘴包括一个与液体要喷入的介质相接触的传感器(12)；还有一个可以与该传感器一起工作的处理装置，来导出状态值并给喷嘴和/或其他相关装置的工作提供适当的控制。
文档编号F02D35/02GK1761813SQ200480007459
公开日2006年4月19日 申请日期2004年2月6日 优先权日2003年3月22日
发明者杰弗里·艾伦 申请人:赛昂喷雾有限公司