燃料喷射单元的制作方法

专利名称：燃料喷射单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射单元。
技术背景当前汽车中的大多数内燃机都使用燃料喷射系统来向发动机的燃烧 室供应燃料。燃料喷射系统已经替代了早期的汽化器技术，因为它们对 燃料输送进行更好的控制，并使发动机能够符合排放法规指标而且能提 高整体效率。燃料喷射系统在适当时间输送适当量的燃料是很重要的。不当的燃 料输送可能导致发动机的输出功率降低并且浪费燃料。因此，为了适当 地将燃料喷射到摄入的充入空气中，燃料喷射系统利用发动机控制单元， 在附图的图1中示意性示出了该发动机控制单元的一个实施例。图1表示包括气缸102的传统内燃机100，活塞104在气缸102中 往复运动，并且在活塞104和气缸102之间限定有燃烧室106。活塞104 通过连杆108连接到曲轴110。曲轴110驱动凸轮轴(未示出)，凸轮轴 又驱动进气门112和排气门114。进气门112和排气门114通过将气门112、 114偏压回其阀座的复位弹簧(未示出)而与活塞104在气缸102中的运 动成时间关系地被驱动。发动机100的燃料喷射系统包括布置成将燃料118输送至进气门112 上游的进气通道120中的燃料喷射器116。在进气通道120中放置节气门 122以控制进气通道120和燃烧室106中的充入空气流。发动机控制单元124控制将燃料118喷射到位于进气通道120中的 充入空气内的时间，而且还控制喷射的燃料118的量。发动机控制单元 124经由控制线路126接收来自节气门122的信号，该信号指示节气门 122的旋转位置因此指示发动机负载。此外，发动机控制单元124经由控制线路130接收来自曲轴传感器128 (可以用凸轮轴传感器替代)的定时 信号。曲轴传感器128响应于曲轴110上的齿部132以及齿部132中的 间隙134。发动机控制单元124可根据从曲轴传感器128接收到的定时信 号确定发动机100的转速以及活塞104在气缸102内的位置，这用于确 定进气门112的打开和关闭定时。发动机控制单元124考虑由曲轴传感 器128产生的定时信号和附接至节气门122的传感器产生的负载信号而 产生控制信号，该控制信号经由线路136传送到喷射器116并控制喷射 器116的操作。虽然当前可用(如上所述)的先进且高度发展的燃料喷射系统对用 在汽车内燃机中来说是理想的，但对内燃机的许多其它应用来说水平如 此先进不太合适而且太昂贵。例如，用于各种发动机作动力的园艺设备 (例如割草机、绿篱修剪机、链锯、中耕机、草坪曝气机、松土机和切 碎机)、小型发电机、机动自行车、小型摩托车等的小型单缸发动机以紧 縮成本为目标构造，因此不能承受先进燃料喷射系统的成本。至今为止， 这些小型发动机仍使用传统的廉价汽化器技术。然而，这类小型发动机 很快将与汽车发动机一样面对同种废气排放法规从而必须进行调整以符 合排放指标。因此，这些小型发动机需要廉价而简单的燃料喷射系统。发明内容根据本发明的第一方面，提供了一种燃料喷射单元，该燃料喷射单元包括压力传感器，该压力传感器可操作以检测充入空气的压力；电子控制器，该电子控制器响应于由所述压力传感器检测到的压力， 该控制器可操作以检测由所述压力传感器检测到的压力中的变化，并根 据一个以上的检测压力变化发生的时间控制燃料喷射定时；以及由所述控制单元控制的燃料喷射器；其中-所述压力传感器、所述控制器和所述燃料喷射器形成为整体式燃料 喷射控制器；并且所述燃料喷射定时仅仅根据所述压力传感器检测到压力变化的时间 来控制。根据本发明的第二方面，提供了一种用于内燃机的燃料喷射单元，该燃料喷射单元包括压力传感器，该压力传感器可操作以检测充入空气的压力；位置传感器，该位置传感器用于感测节气门的位置；电子控制器，该电子控制器利用由所述压力传感器检测到的压力和由所述位置传感器检测到的节气门位置来确定在发动机循环中待输送的燃料量以及燃料输送定时；以及由所述电子控制器控制的燃料喷射器；其中所述压力传感器、所述控制器、所述燃料喷射器和所述位置传感器 一起组装成整体式燃料喷射单元。根据本发明的第三方面，提供了一种用于内燃机的燃料喷射单元， 该燃料喷射单元包括压力传感器，该压力传感器可操作以检测充入空气的压力；氧气传感器，该氧气传感器用于感测在再循环以与充入空气混合的 排气中的氧气含量；电子控制器，该电子控制器利用由所述压力传感器检测到的压力和 由所述氧气传感器检测到的氧气含量来确定在发动机循环中由流体喷射 输送的燃料量以及燃料输送定时；以及由所述电子控制器控制的燃料喷射器；其中-所述压力传感器、所述控制器、所述燃料喷射器和所述氧气传感器 一起组装成整体式燃料喷射单元。根据本发明的第四方面，提供了一种用于内燃机的燃料喷射单元，该燃料喷射单元包括压力传感器，该压力传感器可操作以检测充入空气的压力； 电子控制器，该电子控制器利用由所述压力传感器检测到的压力来控制发动机循环中的燃料喷射定时；电机，该电机可连接到节气门并受所述控制器控制，从而所述控制器可控制节气门位置；以及由所述电子控制器控制的燃料喷射器；其中所述压力传感器、所述控制器、所述燃料喷射器和所述电机一起组 装成整体式燃料喷射单元。利用本发明实施方式的内燃机可去除以上参照图1所述的类型的复 杂、沉重而昂贵的燃料喷射定时系统。作为替代，它们可利用更廉价且 简单的系统，该系统具有检测摄入的充入空气的压力的压力传感器，然 后通过控制器检测并解析压力变化，该控制器利用这一信息来控制燃料 喷射器的定时。根据本发明的另一方面，提供了一种内燃机，该内燃机包括根据本 发明第一方面的燃料喷射单元。根据本发明的又一方面，提供了一种发动机动力设备，该设备包括 根据本发明第二方面的内燃机。所述发动机动力设备可以是汽车。或者，该发动机动力设备可以是 园艺设备，例如割草机、绿篱修剪机、链锯、中耕机、草坪曝气机、松土机和切碎机。在所附权利要求中限定了本发明的其它相应的方面和特征。


下面将参照附图描述本发明的实施方式，附图中图1示意性地表示传统的内燃机；图2示意性地表示具有根据本发明第一实施方式的燃料喷射单元的 内燃机；图3A是表示当发动机处于满负载时发动机进气通道中的气压如何 改变的曲线图；图3B是表示当发动机处于部分负载时发动机进气通道中的气压如 何改变的曲线图；图3C是表示当发动机空转时发动机进气通道中的气压如何改变的 曲线图；图4示意性地表示适于在本发明的发动机控制单元中使用的电子控制器；图5是图2所示的发动机控制单元的操作的示意流程图； 图6示意性地表示具有根据本发明第二实施方式的燃料喷射单元的 内燃机；图7示意性地表示用在本发明的燃料喷射单元中的燃料喷射器； 图8示意性地表示具有根据本发明第三实施方式的燃料喷射单元的 内燃机；图9示意性地表示具有根据本发明第四实施方式的燃料喷射单元的 内燃机；图10示意性地表示具有根据本发明第五实施方式的燃料喷射单元 的内燃机；图11示意性地表示具有根据本发明第六实施方式的燃料喷射单元的 内燃机；图12是图11的燃料喷射单元的冷却回路的图； 图12a是图12的冷却回路的修改例的图；图13示意性地表示具有图13的燃料喷射单元的处于启动状态的内 燃机；并且图14表示具有根据本发明第八实施方式的燃料喷射单元的内燃机。
具体实施方式
图2示意性地表示具有燃料喷射单元602的内燃机600。内燃机600 与图1所示的内燃机100类似。与发动机100的部件相同的发动机600 的部件被赋予相同的附图标记，并且为了清楚起见省略对它们的描述。发动机600具有曲轴202，曲轴202与图1所示的曲轴110类似，只 是曲轴202没有齿部132，因而没有间隙134。发动机600还具有用于检测进气通道120内的气压的压力传感器 204。压力传感器204经由控制线路208向电子控制器206供应压力信号。电子控制器206根据从压力传感器204接收到的压力信号确定(i)发动机负载；(ii)发动机转速；和(iii)进气门112的打开和/或关闭定 时。这将在稍后更详细地描述。此外，如前所述，电子控制器206产生 控制信号，该控制信号经由线路136传送到喷射器116并控制喷射器116 的操作。在图1所示的发动机100中，发动机控制单元124利用来自曲轴传 感器128的信号确定发动机转速以及进气门112的打开和关闭定时。因 此，应理解，由于电子控制器206根据从压力传感器204接收到的压力 信号确定发动机转速以及进气门112的打开和关闭定时，所以发动机200 不需要发动机100的曲轴传感器128 (也不需要控制线路130)。其原因 在于发动机200的曲轴202比发动机100的曲轴110更加简单地形成， 即，曲轴200不需要设有齿部132和间隙134，这些都设置在曲轴110上 以使曲轴传感器128能够执行其任务。另外，在图1所示的发动机100中，发动机控制单元128利用来自 附接至节气门122的传感器的负载信号确定发动机负载。因此，应理解， 由于电子控制器206根据从压力传感器204接收到的压力信号确定发动 机负载，所以发动机600不需要附接至节气门122的传感器(也不需要 控制线路126)。图3A是表示当活塞104在气缸102内的上死点(TDC)位置(在该 处活塞104距曲轴202最远)与在气缸102内的下死点(BDC)位置(在 该处活塞104距曲轴202最近)之间循环时由压力传感器204检测到的 进气通道120中的气压300如何改变的曲线图。作为参考压力，在曲线 图上用水平直线代表大气压302。在曲线图上用水平虚线代表发动机循环 中的平均检测压力303，大气压302与平均检测压力303之间的差值为 dp。可以看到，在压力传感器204检测到的压力中存在尖锐峰值304。 每个尖锐峰值304与发动机循环期间进气门112的关闭对应。关闭进气 门112在进气通道120内引起"压力脉冲"。该压力脉冲对应于峰值304 的急剧增加。然而，该压力脉冲效应很快消失并且进气通道120内的气 压回到近似大气压302。这对应于峰值304的急剧减小。此外，在压力传感器204检测到的压力中存在另一峰值306。该峰 值306源于进气门112的打开。曲轴202和凸轮轴的布置使进气门112 在活塞104仍在气缸102内上升时打开。峰值306是由于气缸102中的 排气在排气冲程期间被高压推入进气通道120而产生的。由于随后活塞104在气缸102内向下运动并将空气和燃料混合物吸 入气缸102，所以进气通道120中的空气运动使得迸气通道120内的气压 下降。图3A是针对发动机200处于满负载时的曲线图。图3B和3C与图 3A的曲线图类似，只是图3B的曲线图是针对发动机200处于部分负载 时，而图3C的曲线图是针对发动机200空转时。可以看到，在发动机循 环期间由压力传感器204检测到的压力变化取决于发动机负载。具体地 说，当发动机200处于满负载时，节气门122完全打开，这意味着在进 气门112关闭之后进气通道120内的气压可迅速回到大气压302。然而， 当发动机200处于空转(或部分负载)时，节气门122降低空气可进入 和离开进气通道120的速度，从而导致进气通道120内的气压较慢地回 到大气压302。这导致在较低发动机负载下的较大差值dp。然而，在图 3A至图3C的每个曲线图中，响应于进气门112的打开和关闭而产生的 峰值304和306仍然清晰可辨。图4示意性地表示电子控制器206。发动机控制单元206经由控制 线路208接收来自压力传感器204的代表进气通道120中的气压的压力 信号。然后该压力信号供应至低通滤波器400和高通滤波器402。低通滤 波器400和高通滤波器402的输出分开供应至处理器404。处理器404可 访问存储在存储器408中的查询表406。处理器404利用低通滤波器402 的输出、高通滤波器404的输出和查询表406产生待经由控制线路136 供应至喷射器116的控制信号。如下所述，处理器单元404利用低通滤波压力信号确定发动机200 的负载。处理器单元404还利用高通滤波压力信号确定发动机200的转 速以及进气门112的打开和关闭定时。图5是图4所示的发动机控制单元206的操作流程图。在步骤S500中，发动机控制单元206接收来自压力传感器204的压 力信号，该压力信号代表进气通道120中的气压。在步骤S502中，低通滤波器单元400对输入的压力信号进行低通滤 波，并向处理器单元404输出经低通滤波的压力信号。在步骤S504中，高通滤波器单元402对输入的压力信号进行高通滤 波，并向处理器单元404输出经高通滤波的压力信号。在步骤S506中，电子处理器404利用由高通滤波器402输出的高通 滤波压力信号来确定在从压力传感器204接收到的压力信号中的峰值304 的定时。这可以以任何传统方式进行，例如在高通滤波压力信号的幅值 超过阈值时检测到峰值304出现。因此应理解，选择使用专用高通滤波 器使得峰值304可容易识别。在代表进气门112关闭的连续峰值304之间的时间与发动机200的 转速直接相关也就是说，曲轴202每转两转(即， 一个发动机循环) 进气门112打幵和关闭一次。因此处理器单元404根据代表关闭进气门 112的连续峰值304之间的时间(或者代表打开进气门112的连续峰值 306之间的时间)计算发动机转速。优选使用峰值304，因为它们比峰值 306高而尖，因此给出了对于发动机转速和定时参考来说最清楚的信号。 然而，也可替代或附加地使用峰值306。接着，在步骤S508中，根据检测到的压力确定发动机负载。处理器 单元404确定在整个发动机循环中(例如在进气门112的连续关闭之间) 的平均检测压力303。电子控制器404利用来自低通滤波器单元402的低 通滤波压力信号确定平均检测压力303，使得检测压力中峰值304和306 的影响最小化。平均检测压力303与大气压力302之间的差值dp用作发 动机负载的指示。该压差dp的值越小，发动机负载越高。在步骤S510中，电子控制器404参照查询表406确定应该配送多少 燃料118与进气通道120中的空气混合。稍后将更加详细地描述査询表 406。在步骤S512中，电子控制器404确定对当前发动机循环何时应该开 始燃料喷射，即，开始在当前发动机循环中配送燃料。具体地说，燃料喷射的起动会在与进气门112的打开相关的预定时间发生。电子控制器404基于在前一发动机循环期间进气门112的打开时间估计在当前发动机 循环中何时打开进气门。例如，电子控制器404计算在前一发动机循环 中进气门112关闭与进气门112打开之间的时间，并假定该时间段对于 当前发动机循环不变。当电子控制器404检测到对于当前发动机循环进 气门112关闭时，就可以简单地算出预计进气门112下一次何时打开。 可选地是，对于设计成以恒定发动机转速运行的发动机，电子控制器404 仅需要获知在前一发动机循环期间进气门112打开的时间，根据该时间 即可计算出在当前发动机循环期间进气门112的预计打开时间。最后，在步骤S514中，电子控制器404产生用于喷射器116的适当 控制信号并在线路136上输出该控制信号。查询表406针对给定范围的发动机负载和给定范围的发动机转速， 存储待喷射到进气通道120中的空气内的燃料118的量的对应指示。注 意，发动机转速范围可由检测压力中在连续峰值304 (或306)之间的时 间范围表示。在本说明书详细描述的实施方式中，对燃料量的指示是对固定量的 燃料118的离散喷射次数的指示。然而，如果使用脉宽调制喷射器，那 么燃料量将由喷射器的启动时长确定。在任一情况下，在查询表406中 限定(通过单次燃料喷射的脉宽或者固定燃料量的离散喷射次数)燃料 118和空气结合的时长。因而这限定了在当前发动机循环期间待与进气通 道120中的空气结合的燃料118的量。应理解，电子控制器206可存储计算机程序，电子处理器404执行 该计算机程序以进行对喷射器116的定时控制。该计算机程序可与査询 表406 —起存储在存储器408中。电子控制器206可存储大气压302的参考值，使得可计算压差dp。 或者，电子控制器206可从检测大气压302的当前值的另一压力传感器 (未示出)接收输入。该压力传感器可以是压力传感器204，在起动发动 机200之前检测大气压302。应理解，电子控制器206无需利用低通滤波器单元400来确定平均压力303。例如，处理器404可简单地将在发动机循环中从压力传感器 204直接接收到的压力信号进行平均。另外，燃料喷射单元206无需利用高通滤波器402来确定压力传感 器204检测到的压力中的峰值304和306。例如，处理器404可在从压力 传感器204直接接收到的压力信号中简单地搜索局部最大值。此外，处 理器404可执行标准信号处理技术以确定从压力传感器204直接接收到的压力信号的周期性。在图2的发动机600中，燃料喷射器H6、压力传感器204和发动机 控制单元206形成为整体式燃料喷射单元602。燃料喷射单元602可布置成不估计发动机负载(因此没有低通滤波 器单元400)。在这种情况下，电子控制器206从替代源接收指示发动机 负载的输入信号。该替代实施方式在图6中示意性地示出，图6表示内 燃机700，其具有与发动机600的整体式燃料喷射控制器602相同的整体 式燃料喷射单元702，只不过其包括接合到节气门122的电位计704。电 位计704经由控制线路706向电子控制器206提供指示节气门的旋转位 置从而指示发动机负载的控制信号。电子控制器206还从压力传感器204 接收检测到的压力信号并利用该压力信号(如上所述)确定发动机700 的转速和进气门112的打开和关闭定时。然后电子控制器206以与如上 所述相同的方式控制喷射器116。应理解，在具有一个以上的气缸102的内燃机中，可在各个气缸102 的进气通道120处设置压力传感器204，并且单个燃料喷射单元206从各 个压力传感器204接收压力信号并利用基于每个气缸的定时计算而在适 当时向对应的喷射器116输出控制信号。或者，在具有一个以上的气缸102的内燃机中，可设置单个压力传 感器204而从一个以上的气缸102检测压力变化。于是电子控制器206 检测多个进气门112的打开和关闭。在对所有气缸102使用单个喷射器 116的情况下，电子控制器206就以与上述类似的方式控制喷射器116， 只不过在一个完整的发动机循环期间喷射器116会启动一个以上的燃料 喷射期。在每个气缸102具有其自身的喷射器116的情况下，电子控制器206需要获知多个进气门112中的哪一个打开和关闭，从而可在适当 的时间控制对应的喷射器116。如果打幵和/或关闭进气门112的定时顺 序布置成具有可从由压力传感器204产生并由电子控制器206接收的压 力信号中检测出的区别性定时特征，电子控制器206就可确定多个进气 门112中的哪一个打开和关闭。内燃机常常仅以等速运行但负载变化。这样的实施例包括在园艺设 备(例如割草机、中耕机、绿篱修剪机、链锯、草坪曝气机、松土机、 切碎机等)中使用的内燃机。这样，查询表406可简化成使其对于给定 范围的发动机负载(而不是发动机转速)存储待喷射到进气通道120中 的空气内的燃料118的量的指示。如上所述，该指示可以是对于给定的 具体发动机负载，固定量的燃料118的离散喷射次数或者燃料喷射器116 应启动的时长(脉宽)。在任一情况下，通过固定燃料量的离散喷射次数 或者单次燃料喷射的脉宽限定燃料118和空气结合的结合间隔长度。在多数内燃机中，进气通道120中存在的气体是空气。然而应理解， 在内燃机中可以使用除空气之外的气体与燃料118结合。任何在与燃料 118结合时适于在燃烧室106内燃烧的气体都可以使用。图7表示喷射器116的实施方式。其包括可在壳体1001中滑动的活 塞1000。活塞1000受螺线管1002和偏压阔簧1003作用。该活塞可运动 以将燃料吸入燃料室1004并从燃料室1004配送燃料。单向入口阔1005 允许燃料从燃料入口 1006流入燃料室1004，同时防止燃料流出燃料室 1004至燃料入口 1006。单向弹簧加载的出口阀1007允许燃料从燃料室 1004配送至燃料出口 1008，但是防止燃料从燃料出口 1008吸回到燃料 室1004中。活塞1000具有从活塞1000径向向外并越过螺线管1002的 端面延伸的端板1009。在燃料喷射器116的操作中，螺线管1002的启动吸引端板1009使 其抵靠螺线管1002的端面，活塞1000抵抗弹簧1003的偏压力运动而将 燃料从燃料室1004经由出口阀1007排至燃料出口 1008。然后，当螺线 管1002断电时，偏压弹簧1003迫使活塞1000运动而经由入口阀1005 将燃料吸入燃料室1004。活塞lOOO具有限定的活塞冲程Xp。通过设定活塞在两个终点止动件之间的行程而限定该活塞冲程。通过设定有限的 活塞行程，在燃料喷射器116的每次配送操作中配送的燃料量可设为设定值。因此，无论何时操作螺线管1002，燃料喷射器116都配送设定量的燃料。这意味着在每个发动机循环中，可通过控制在发动机循环期间启动螺线管1002的次数而控制由燃料喷射器116配送的燃料量。与脉宽 调制喷射器不同，由该燃料喷射器输送的燃料量不受进气通道120中的 压力变化的影响。图8表示燃料喷射单元1100的另一实施方式。除了单元1100另外 提供了排气再循环并且另外包括氧气传感器1101之外，其与前述的燃料 喷射器702相同。排气再循环由通道1102提供，该通道1102连接到排 气转轮(exhaust runner) 1103并将排气从排气转轮1103经由燃料喷射单 元1100引至进气通道120。为此，在燃料喷射单元1100中设置排气再循 环通道1104和1105，通道1104连接到燃烧后气体的入口，通道1105连 接到排气出口，该出口使排气进入进气口？ 120 1102。排气从通道1105 经由排气流控制孔1106进入进气通道1102，排气流控制孔1106的尺寸 定为控制排气再循环的总流量。众所周知，使用排气再循环明显降低了在燃烧过程中NOx排放的产 生。在图示实施方式中，再循环排气通过燃料喷射单元1100的方向允许 氧气传感器位于燃料喷射单元1100内。通常，氧气传感器在排气系统中 位于排气门下游。氧气传感器1101使电子控制器206具有指示燃烧过程 的效率的反馈信号，该反馈信号使控制器206能优化空气/燃料比从而优 化连接到发动机的催化转化器的效率并优化燃耗。图8的结构是有利的，因为其允许氧气传感器直接装配在单个燃料 喷射单元中，从而免去了对单独的线和连接器的需求，这些需求都会明 显增加发动机的成本。图9表示图8的实施方式的修改例，其中燃料喷射单元1200还包括 步进电机1201 (在所有其它方面都与燃料喷射单元1100相同，并且相同 的部件和功能将不再描述)。步进电机1201控制节气门122的叶片的位 置。在多数情况下(例如在割草机中)，小型内燃机的节气门受机械地打开和关闭节流叶片的机械调节器控制。由于燃料喷射单元1200具有使其 能够确定发动机的转速和定时从而对燃料喷射进行定时并控制燃料供量 的传感器，所以可以对电子控制器编程以利用该信息来驱动节流叶片位 置。从而，电子控制器将控制步进电机1201 (或者任何合适的等同驱动 电机)。燃料喷射单元1200的修改例在图10中以燃料喷射单元1300示出。 燃料喷射单元1300除了其供电方式之外与单元1200相同。前述燃料喷 射单元或者通过内部电池供电，或者更有可能通过作为一个整体的电池 和用于内燃机的发电机或者交流发电机的组合供电。在图10中，示出的发电机1301包括被发电绕组1303环绕的涡轮转 子1302。发电单元1301可与燃料喷射单元1300成一整体，或者设置为 可与单元1300分离和连接的单独单元。涡轮转子1302被穿过进气通道 120的空气流驱动而旋转。涡轮转子1302的旋转会经由发电绕组1303产 生电流，然后该电力被传送至单元1300以为该单元供电。这样，燃料喷 射的实施可进一步简化并且燃料喷射单元成为对传统汽化器的更加直接 的替代，因为它不需要来自发动机其余部分的电源。图ll、 12、 12a都示出可为前述任一燃料喷射单元而设的冷却结构。 图中所示的燃料喷射单元1400没有单独示出电子控制器、压力传感器等， 但这仅仅是为了图示简便起见。应理解，燃料喷射单元1400可包括形成 前述燃料喷射单元的一部分的任一部件。图11表示在无需将燃料喷射单元附接至发动机的现有冷却回路的情 况下如何冷却根据本发明的燃料喷射单元。图11的结构提出利用来自喷 射到进气通道120中的燃料的"蒸发冷却"作为冷却进入燃料喷射单元 1400的流体的方式。燃料喷射系统的所有电子燃料喷射器和泵都带给喷射的燃料额外的 热。如果为燃料添加太多的热，燃料就会蒸发，这会导致在流体中形成 气泡，从而为泵和喷射器带来问题并导致不充分/不精确的燃料供给且有 可能损坏发动机。传统的方案包括增大泵容量并使额外的燃料围绕燃料 系统流动以将热带回燃料箱。或者，增大泵压以提高燃料的蒸发温度从而使燃料可以在高温下保持液态。这两种方案对于流速或压力而言都需 要额外的泵容量，从而增加成本并增加发动机的复杂性，或者进一步增 加带给燃料的热。在传统的汽化器中，已知这些装置在湿冷天气下受到"结冰"的困 扰，因为在汽化器中雾化的燃料由于燃料的蒸发潜热而冷却进气。这对 于汽化器是个很严重的问题，许多汽化器制造商已经在汽化器中引入了 加热水回路，或者甚至引入电加热以解决该问题。图11的结构接受了之前公知的喷射器和汽化器的两个不同问题，并 通过利用燃料的蒸发作为对输送至燃料喷射单元的燃料进行冷却以从燃 料除去不期望的热的方式而使这两个问题相结合而成为该结构的优点。 通过蒸发进行的冷却发生在燃料到达燃料喷射器之前，使得燃料喷射器 总是利用冷燃料作业以利用最少的能量使效率最大化。此外，该结构将不期望的热传递至进气通道120内的雾化燃料，这是有利的，因为这样 有助于使进气通道120中的燃料蒸发从而有助于燃料和空气的混合。图12是沿箭头方向剖取的经过图11的线A-A的剖面。供应至所示 冷却回路的燃料到达燃料入口 1401。然后燃料围绕进气通道120流经环 绕进气通道120的环形通道。燃料从环形通道1402经由通道1403吸至 喷射器1404。燃料从喷射器1404喷射至进气通道120中(图12示意性 示出冷却回路而没有示出燃料喷射器的实际位置，该位置在环形通道 1402的上游，如图11所示)。燃料通过蒸发和雾化由喷射器1404输送， 蒸发和雾化对于进气通道120的壁具有非常强的激冷效果，因此对于环 形通道1402中的燃料具有非常强的激冷效果。相反，绕经环形通道1402 的燃料中的热用于温暖进气通道120中的燃料，从而有助于蒸发以及燃 料和空气的混合。设有使燃料返回环形通道1402的返回通道1405。环形通道1402和 通道1403和1405形成燃料可在其中流动以提供冷却的回路。通过环形 通道1402中的燃料与通道1405中的燃料(其已从喷射器1404以及燃料 喷射单元的其它部件除去热)之间的温差而形成燃料的自然流动。该回 路提供不需要任何泵进行作业的热虹吸系统。图12a表示可通过向进气通道120的内侧添加散热片以增大进气通 道120在相关区域中的表面积从而改善热传递，从而提高冷却回路中的 燃料的冷却效果(相反，提高进气通道120中的燃料的加热效果)。图12和12a的冷却结构通过确保冷却燃料的良好供应而在不需要任 何附加的电力输入的情况下提高了喷射效率，并改善了蒸发和空气/燃料 混合以及燃烧过程(从而降低了排放)。图13表示本发明的另一实施方式。在该实施方式中，示出了燃料喷 射单元2000，其以单个集成单元的方式包括燃料喷射器2001、雾化器单 元2002 (其可包括雾化喷嘴和/和静电雾化器)、压力传感器2030和设置 在电路板2005上的电子控制器2004。电力电缆2006使电路板2005能够 连接到电源。设置燃料入口 2007和燃料出口 2008以及节流叶片位置传 感器2009。该单元封装在壳体2010中。在图13中，燃料喷射单元2000示出为与内燃机的进气通道120分 离。进气通道120设有节流叶片122，而且环形燃料通道2020结合在进 气通道120中(以之前关于图12和12a所述的方式)。图13a表示在燃料喷射单元2000附接至内燃机的进气通道120时使 用弹簧保持夹2030和2031将燃料喷射单元2000保持在适当位置。可以 看到，燃料入口 2007和燃料出口 2008与环形燃料通道2020连接，此时 燃料喷射器2002可将燃料输送至进气通道120中并且压力传感器2003 可操作以感测空气通道120中的压力。而且，此时节气门120的中心轴 伸入传感器2009中。图13和13a表示本发明的可作为"模块(cartridge)"生产的燃料 喷射单元。具有所有必要传感器、燃料喷射器和相关电子设备的燃料喷 射单元作为单个单元提供，可迅速夹到小型发动机的节气门体上。许多配备有汽化器的现有小型发动机是由工程技能有限的公众使 用。这些发动机通常在污秽、多尘或潮湿的环境下作业，而且长时间不 使用且需要手动起动。这些事实意味着燃料系统必须非常耐用而且密封 良好。如果燃料系统发生任何问题(这是常见问题)，操作者就很难替换 或维修汽化器。对于具有围绕发动机安装的复杂布线、线束、许多不同的传感器以及复杂电子设备的普通燃料喷射系统就是这样。通过将单个集成式燃料喷射单元构成为模块，本发明通过将燃料喷 射单元的所有必要零件结合到可以相对于环境密封并可由工程技能很少 或没有的操作者简单容易地替换的单个单元中而克服了上述问题。该方 案克服了上述问题，并且因发动机始终以产生最小排放的方式操作，还 可以确保燃料系统保持良好的操作情况。对于先前的燃料系统，汽化器 和燃料喷射系统都会因年久和使用而劣化，并逐渐从发动机产生恶化的 排放直到发动机不能运行，此时所有者必须负担专业维修和替换的费用。 作为替代，本燃料喷射系统是使用者可维修的系统并且发动机的使用者可容易地买到更换模块以更换图13和13a中所示的燃料喷射单元。这样，使用者必须做的全部就是松开现有单元并用简单地夹在适当位置的新单元更换。在以上所有实施方式中，所示发动机的节气门体是简单的标准节气 门体。然而，申请人已经意识到，本发明的燃料喷射单元可以有利地使用稍精细的节气门体，如图14所示。图14所示的燃料喷射单元3000是 前述附图中描述和示出类型的燃料喷射单元。为此下面不再对操作进行 描述。节气门体重构为包括文丘里管(venturi) 3001和在文丘里管3001 的喉管上开口的喷嘴3002。燃料喷射单元3000的燃料喷射器3003将燃 料输送至混合室3004中。空气旁路通道3005绕过节气门122并使混合 室3004与大气连通。在节气门大大敞开的状态下，穿过进气通道120的气流会导致文丘 里管3001的喉管中产生低压，因而该低压会使空气穿过空气旁路通道 3005而从大气吸入混合室3004，在该处气流会夹带燃料，然后空气和夹 带的燃料经由喷嘴3002输送至进气通道120中。在部分负载状态下，在 发动机的操作中将在节流叶片122的下游产生低压，该低压也会起到将 空气穿过喷嘴3002吸入的作用，并且在输送的空气中夹带有燃料。优选的是，喷嘴3002为音速喷嘴或泡腾喷嘴，这会有助于燃料的雾 化并提高发动机的效率。进气通道120中改善的燃料雾化会改善燃料/空 气混合，因此改善发动机中的燃烧过程，这会使得小型发动机的排放减少和燃耗降低，而且更容易起动。汽化器利用进气通道中的空气运动来控制输送的燃料量，并提供一 定程度的雾化。传统类型的燃料喷射系统利用燃料泵的压力来输送燃料， 最新技术发展水平的喷射器提高了燃料压力以提供雾化。在本发明中， 使用燃料喷射器来输送燃料并控制燃料量，同时利用穿过旁路通道和穿 过喷嘴的空气运动来产生雾化效果。这使得各个过程完全优化以利用最 少的能量实现最大的益处。在该结构中，当发动机的进气门112关闭时燃料在混合室中聚集， 然后当进气门打开时燃料夹带在空气流中。这意味着雾化良好的燃料喷 雾与进气门的打幵同时发生，从而输送至进气通道120中的燃料直接进入发动机气缸而不会淀积在进气通道120的壁上。该定时效果还允许发动机循环的其它部分对进入混合室中的燃料进行计量，从而允许使用压 力较低的喷射器而不具有其固有的由于雾化不良燃料而引起问题的雾化 不足。以最佳的发动机定时利用最少的能量输送雾化得非常好的燃料。
权利要求
1.一种用于内燃机的燃料喷射单元，该燃料喷射单元包括压力传感器，该压力传感器可操作以检测充入空气的压力；电子控制器，该电子控制器响应于由所述压力传感器检测到的压力，该控制器可操作以检测由所述压力传感器检测到的压力中的变化，并根据一个以上的检测压力变化发生的时间控制燃料喷射定时；以及由所述控制单元控制的燃料喷射器；其中所述压力传感器、所述控制器和所述燃料喷射器形成为整体式燃料喷射单元；并且所述燃料喷射定时仅仅根据所述压力传感器检测到压力变化的时间来控制。
2. 根据权利要求1所述的燃料喷射单元，其中，所述控制器根据发 生两个检测压力变化之间的时间控制燃料喷射定时。
3. 根据权利要求1或2所述的燃料喷射单元，其中，所述控制器包括高通滤波器，该高通滤波器可操作以对表示由所述压力传感器检测到 的压力的压力信号进行高通滤波，该控制器根据经高通滤波的压力信号 检测在检测压力中的变化。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射单元，其中所述控制器可操作以确定发动机负载，该控制器根据如此确定的发 动机负载控制在每个发动机循环中输送的燃料量。
5. 根据权利要求4所述的燃料喷射单元，其中，所述控制器根据由所述压力传感器检测到的压力来确定发动机负载。
6. 根据权利要求5所述的燃料喷射单元，其中，所述控制器利用表 示由所述压力传感器检测到的压力的压力信号的平均值来确定发动机负 载。
7. 根据权利要求6所述的燃料喷射单元，该燃料喷射单元包括低通 滤波器单元，该低通滤波器单元可操作以对所述压力信号进行低通滤波，所述控制器利用经低通滤波的压力信号提供所述压力信号的平均值。
8. 根据权利要求4所述的燃料喷射单元，其中，所述控制器接收指 示充入空气量的负载信号并根据接收到的负载信号确定发动机负载。
9. 根据权利要求8所述的燃料喷射单元，其中，所述负载信号指示 发动机的节气门的位置。
10. 根据权利要求4至9中任一项所述的燃料喷射单元，其中，所 述控制器存储一表，该表具有指示针对发动机负载每个发动机循环待输 送的燃料量的信息，所述控制器利用该表控制在发动机循环中输送的燃
11. 根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射单元，该燃料喷射 单元还包括氧气传感器，该氧气传感器用于感测在再循环以与充入空气 混合的排气中的氧气含量，所述控制器考虑由所述氧气传感器检测到的 氧气含量来控制在发动机循环中输送的燃料量。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射单元，该燃料喷射 单元还包括电机，该电机可连接到发动机的一节气门/所述节气门并受所 述控制器控制，从而所述控制器可控制节气门位置。
13. —种用于内燃机的燃料喷射单元，该燃料喷射单元包括.-压力传感器，该压力传感器可操作以检测充入空气的压力； 位置传感器，该位置传感器用于感测节气门的位置； 电子控制器，该电子控制器利用由所述压力传感器检测到的压力和由所述位置传感器检测到的节气门位置来确定在发动机循环中待输送的 燃料量以及燃料输送定时；以及由所述电子控制器控制的燃料喷射器；其中所述压力传感器、所述控制器、所述燃料喷射器和所述位置传感器 一起组装成整体式燃料喷射单元。
14. 根据权利要求13所述的燃料喷射单元，其中，所述控制器仅仅根据所述压力传感器检测到压力变化的时间来控制燃料喷射定时。
15. 根据权利要求13或14所述的燃料喷射单元，该燃料喷射单元 还包括氧气传感器，该氧气传感器用于感测在再循环以与充入空气混合的排气中的氧气含量，所述控制器考虑由所述氧气传感器检测到的氧气 含量来控制在发动机循环中输送的燃料量。
16. 根据权利要求13至15中任一项所述的燃料喷射单元，该燃料 喷射单元还包括电机，该电机可连接到所述发动机的节气门并受所述控 制器控制，从而所述控制器可控制所述节气门的位置。
17. —种用于内燃机的燃料喷射单元，该燃料喷射单元包括 压力传感器，该压力传感器可操作以检测充入空气的压力；氧气传感器，该氧气传感器用于感测在再循环以与充入空气混合的排气中的氧气含量；电子控制器，该电子控制器利用由所述压力传感器检测到的压力和 由所述氧气传感器检测到的氧气含量来确定在发动机循环中由流体喷射 输送的燃料量以及燃料输送定时；以及由所述电子控制器控制的燃料喷射器；其中所述压力传感器、所述控制器、所述燃料喷射器和所述氧气传感器 一起组装成整体式燃料喷射单元。
18. 根据权利要求17所述的燃料喷射单元，该燃料喷射单元设有从 其穿过的排气再循环通道，该排气再循环通道具有可连接成从内燃机的 排气系统接收排气的气体入口以及用于将排气输送至发动机的进气通道 的气体出口，所述氧气传感器布置成检测所述排气再循环通道中的排气的氧气进入。
19. 根据权利要求18所述的燃料喷射单元，该燃料喷射单元包括用 于控制排气穿过所述排气再循环通道的流速的排气流控制孔。
20. 根据权利要求17至19中任一项所述的燃料喷射单元，其中， 所述控制器仅仅根据所述压力传感器检测到压力变化的时间来控制所述 燃料喷射定时。
21. 根据权利要求17至20中任一项所述的燃料喷射单元，其中， 所述控制器考虑由所述氧气传感器指示的氧气含量来控制在发动机循环 中输送的燃料量。
22. 根据权利要求17至21中任一项所述的燃料喷射单元，该燃料喷射单元还包括电机，该电机可连接到发动机的节气门并受所述控制器 控制，从而所述控制器可控制所述节气门的位置。
23. —种用于内燃机的燃料喷射单元，该燃料喷射单元包括-压力传感器，该压力传感器可操作以检测充入空气的压力； 电子控制器，该电子控制器利用由所述压力传感器检测到的压力来控制发动机循环中的燃料喷射定时；电机，该电机可连接到节气门并受所述控制器控制，从而所述控制 器可控制节气门位置；以及由所述电子控制器控制的燃料喷射器；其中所述压力传感器、所述控制器、所述燃料喷射器和所述电机一起组 装成整体式燃料喷射单元。
24. 根据权利要求23所述的燃料喷射单元，其中，所述控制器利用 由所述压力传感器检测到的压力来确定发动机循环输送的燃料量。
25. 根据权利要求23或24所述的燃料喷射单元，其中，所述控制 器利用由所述压力传感器检测到的压力来确定节气门位置。
26. 根据权利要求23至25中任一项所述的燃料喷射单元，其中，所述燃料喷射定时由所述控制器仅仅根据所述压力传感器检测到压力变 化时刻控制。
27. —种内燃机，该内燃机具有根据前述权利要求中任一项所述的 燃料喷射单元，该燃料喷射单元将燃料输送至经过所述进气通道进入发动机的燃烧室的充入空气中。
28. 根据权利要求27所述的内燃机，该内燃机包括在进气通道中与 发电机相关联的涡轮，其中穿过所述进气通道的充入空气流使该涡轮旋 转，所述发电机利用该涡轮旋转产生电力，产生的电力供所述燃料喷射 单元使用。
29. 根据权利要求27或28所述的内燃机，其中，燃料经由与所述 进气通道相关联的燃料供应通道供应至所述燃料喷射单元，从而可在所 述供应通道中的燃料与经过所述进气通道的充入空气和与该充入空气混 合的燃料之间发生热传递，从而利用所述充入空气中的燃料蒸发来冷却所述进气通道中的燃料。
30. 根据权利要求29所述的内燃机，其中，所述进气通道和所述燃料供应通道共用公共的分隔壁。
31. 根据权利要求29或30所述的内燃机，其中，所述燃料供应通道包括环绕所述进气通道的环形部分。
32. 根据权利要求29至31中任一项所述的内燃机，其中，所述燃料喷射单元具有燃料流动回路，该燃料流动回路具有从所述燃料供应通 道的第一部分接收冷燃料的入口和使暖燃料返回所述燃料供应通道的第 二部分的出口。
33. 根据权利要求29至32中任一项所述的内燃机，其中，所述进 气通道设有散热片以辅助所述燃料供应通道与所述充入空气之间的热传 递。
34. 根据权利要求27至33中任一项所述的内燃机，其中，所述燃 料喷射单元将燃料喷射到混合室中，在该混合室中燃料夹带在从旁路通 道流入该混合室的气体中，并且气体和夹带的燃料经由喷嘴流入设置在 所述进气通道中的文丘里管的喉管中。
35. 根据权利要求34所述的内燃机，其中，所述旁路通道与大气连通。
36. 根据权利要求34所述的内燃机，其中，所述旁路通道接收再循 环的排气。
37. 根据权利要求34至36中任一项所述的内燃机，其中，所述喷 嘴是音速喷嘴。
38. 根据权利要求27至37中任一项所述的内燃机，其中，所述燃 料喷射单元通过使用者可操作的附接装置可移除地附接至所述进气通道 的外表面。
39. 根据权利要求38所述的内燃机，其中，所述附接装置包括夹具。
40. —种根据权利要求38或39所述的内燃机的使用方法，该方法 包括由使用者卸下现有的燃料喷射单元然后利用所述使用者可操作的附 接装置附接新的燃料喷射单元来修理或维护发动机的燃料喷射系统。
41. 一种发动机动力设备，该设备包括根据权利要求27至39中任一项所述的内燃机。
42. 根据权利要求41所述的设备，其中，该设备是园艺设备。
43. 根据权利要求42所述的设备，其中，该设备选自包括以下的列表割草机；绿篱修剪机；链锯；中耕机；草坪曝气机；松土机；和切碎机。
44. 根据权利要求41所述的设备，其中，该设备是发动机驱动的车
全文摘要
本发明提供了一种用于控制燃料喷射阶段的设备，燃料在该阶段被喷射到充入空气中以形成用于燃烧的燃料/空气混合物。该设备包括压力传感器(204)，其可操作以检测充入空气的压力；控制单元(206)，其可操作以检测压力中的变化，并根据一个以上的检测压力变化发生的时间控制燃料喷射阶段。所述压力传感器(204)、所述控制单元(206)和燃料喷射器(116)形成为整体式燃料喷射控制器。所述燃料喷射阶段开始的时间仅仅根据所述压力传感器(204)检测到压力变化的时间来控制。诸如节气门电机、氧气传感器或节气门位置传感器之类的其它部件也可以作为单个集成式燃料喷射单元的一部分。
文档编号F02D41/40GK101238279SQ200680028855
公开日2008年8月6日 申请日期2006年7月31日 优先权日2005年8月5日
发明者杰弗里·艾伦 申请人:赛昂喷雾有限公司