一种恒流控制燃料喷射系统的制作方法

1.本发明创造属于内燃机技术领域，特别是发动机燃油喷射系统，具体涉及螺线管驱动的燃料喷射泵装置及其控制。


背景技术：

2.对于小型非道路用机械（例如手持机械、无人机等）通常需要具有较高的灵活性，以适应各种不同的使用环境，因此，发动机需具备不同的功率、转速等参数特性，为满足这些需求，此类发动机通常采用机械式直喷泵，并根据系统进行功率调整。由于机械泵由于受本身结构限制，喷射压力无法适应大功率需求，且精度无法满足要求。
3.因此，现有技术通常使用共轨喷射系统，但共轨系统相对较为复杂，系统部件较多，对于小型发动机，例如二冲程航空发动机，轻量化、结构紧凑且工况需求复杂，为了适应小型发动机系统应用要求，原共轨系统需要更改布置方式，并优化参数设置，其成本随之增加。
4.此外，也有系统采用螺线管电磁泵，然而线圈工作发热导致的驱动力不恒定以及满足直喷要求的雾化状况一直是一大难题。
5.综上，考虑到适用于小型机械装置的燃油喷射系统的计量精度、喷射效果等的需求，提出一种雾化效果好、计量精度高、适用性好且不增加成本的新技术方案是十分有必要。


技术实现要素：

6.本发明针对上述问题，之目的在于提供一种驱动力恒定，控制精度高，雾化效果好，特别是适用于小型发动机的燃料喷射装置。
7.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案，一种恒流控制燃料喷射系统，包括电子燃油喷射单元、燃烧控制单元。
8.所述燃料控制单元包括一个驱动模块，所述驱动模块产生恒流控制值和pwm驱动脉宽，所述电子燃油喷射单元供给的燃油量根据由驱动脉宽调节。
9.以上，所述燃料控制单元执行步骤：包括（根据发动机工况信息）计算驱动电子燃油喷射单元的恒流控制值之目标值和pwm驱动脉宽之目标值的步骤；包括所述燃烧控制单元根据恒流控制值之目标值修正的步骤，以实现流量精确控制。
10.所述电子燃油喷射单元包括一个线圈以及连接线圈的外部信号线，所述燃烧控制单元之驱动信号通过外部信号线传输。
11.进一步，所述电子燃油喷射单元包括电磁驱动装置、柱塞泵组件、高压喷嘴。
12.所述电磁驱动装置包括一个音圈电机和一个储能装置，所述音圈电机包括一个运动部和一个静止部，静止部与运动部同轴布置。运动部包括线圈骨架和线圈，所述静止部包
括一个大致柱状的磁堆、一个软磁体外壳和一个压盖。所述磁堆包括第一软磁体和第一永磁体，第一永磁体沿轴向充磁，可使运动部相对于静止部做轴向滑动。所述音圈电机由驱动电流控制将电能转化为驱动力，以驱动运动部往复运动，其单次喷射时间可缩短至3ms，以增加油气混合效果。所述驱动电流包括小于启动电流的恒定的持续电流，所述软磁体外壳与压盖配合形成封装，两者之间由密封圈密封并通过卡扣锁紧，或者两者也可口用过焊接的方式连接。所述储能装置包括至少一个位于运动部和静止部之间的储能弹簧，也可以采用具有一定容积的液压油腔储能。
13.所述电磁力驱动装置还包括一个连接线圈的外部信号线，所述线圈和外部信号线通过弹性导电元件实现连接，防止电磁力驱动装置运动时外部信号线受力，造成接触不良或者损坏。所述弹性导电元件可以和储能弹簧合并为一体，储能弹簧选用导电性能好的铍铜黄。
14.所述柱塞泵组件包括套筒、柱塞、输入阀以及输出阀。所述套筒包括一个轴向通孔，套筒之通孔与柱塞外表面滑动配合，所述套筒、柱塞、输入阀和输出阀共同围成一个压送容积。所述输入阀布置于套筒一端，包括输入阀座、输入阀球以及输入阀簧，输入阀座可直接设计于套筒上。输出阀设计于柱塞一端，包括输出阀座、输出阀球以及输出阀簧。所述套筒与运动部相连并保持同步运动，两者可通过一个回位弹簧压紧。
15.所述高压喷嘴为一个外开式提升阀，包括一个带锥形座面的喷嘴阀体、一个带锥面的喷嘴阀杆、一个喷嘴阀簧。所述喷嘴阀体与喷嘴阀杆通过锥面组成耦合密封件，由于喷嘴阀簧力作用高压喷嘴在非工作状态时常闭。装置产生的高压燃料，通过喷嘴喷出，其喷雾粒径一般不大于30um。
16.上述，恒流控制燃料喷射系统，还包括曲轴装置、点火装置。所述曲轴装置包括曲轴箱、曲柄连杆结构和传感器，所述燃烧控制单元通过所述传感器获取曲轴位置数据和发动机燃烧数据，并计算得到发动机转速以及理想燃烧参数信息，给出所述电子燃油喷射单元驱动脉宽。所述点火装置布置按照喷雾锥角外缘位于点火区间中部位置的方式 确定，以增加可靠性。
17.所述恒流控制燃料喷射系统之燃烧控制单元通过调节恒流控制值和pwm驱动脉宽，可以实现在一个工作循环的不同时刻工作，先预喷使得一定量的燃油与空气混合，再喷射做功所需燃油量，以此提高燃烧效率。
18.所述恒流控制燃料喷射系统之所述燃烧控制单元根据曲轴位置信号，计算理想喷射时刻，使得燃油和空气有足够的混合时间，提高燃烧效率。
19.下面结合附图和实施例的技术方案对本发明作进一步的限定或优化。
附图说明
20.图1为本发明提供的恒流控制燃料喷射系统之实施例结构示意图。
21.图2为本发明提供的恒流控制燃料喷射系统之控制逻辑。
22.图3为本发明提供的恒流控制燃料喷射系统之脉冲信号示意图。
23.图4为本发明提供的恒流控制燃料喷射系统之电子燃油喷射单元结构示意图。
具体实施方式
24.本发明所提供的恒流控制燃料喷射系统之实施例结构示意图，如图1所示，包括电子燃油喷射单元1、燃烧控制单元2、曲轴装置4、点火装置3。所述燃料控制单元2包括一个驱动模块（未示出），所述曲轴装置4包括曲轴箱10、曲柄连杆结构11和传感器12，所述燃烧控制单元2通过所述传感器12获取曲轴位置数据和发动机燃烧数据，并计算得到发动机转速以及理想燃烧参数信息，由所述驱动模块（未示出）产生恒流控制值和pwm驱动脉宽（如图3所示），给出所述电子燃油喷射单元1驱动信号。
25.所述电子燃油喷射单元1之结构示意图，如图4所示，包括电磁驱动装置40、柱塞泵组件41、高压喷嘴42。
26.所述电磁驱动装置40包括一个音圈电机43和一个储能装置44，所述音圈电机43包括一个运动部46和一个静止部45，静止部45与运动部46同轴布置。运动部46包括线圈骨架100和线圈103，所述线圈骨架100包括一个挂钩124和一个台阶孔126。静止部45包括一个大致柱状的磁堆48、一个软磁体外壳107和一个压盖122。所述磁堆48包括软磁体104和永磁体105，永磁体105沿轴向充磁。运动部46位于线圈骨架100台阶孔126内，可使运动部46相对于静止部45做轴向滑动。所述音圈电机43由驱动电流控制将电能转化为交替变化的双向驱动力，以驱动运动部46往复运动。所述软磁体外壳107与压盖122配合形成封装，两者之间由密封圈101密封并通过卡扣125锁紧。所述储能装置44包括一个储能弹簧119和一个回位弹簧102，所述储能弹簧119和回位弹簧102皆位于运动部46和静止部45之间，所述储能弹簧119用于增加压送过程时运动部46所需要的力。
27.进一步，所述电磁力驱动装置2还包括一个连接线圈103的引线128，所述线圈骨架100处设置有引线接头128a。所述压盖122上固定有外部信号线129以及外部信号线接头129a，所述线圈103和外部信号线129通过弹性导电元件实现连接，连接处通过引线接头128a和外部信号线接头129a导通，这种连接方式可以有效避免电磁力驱动装置2运动时信号线129受力，造成接触不良或者损坏。所述弹性导电元件与储能弹簧119合并为一体，储能弹簧选用导电性能好的铍铜黄。
28.所述柱塞泵3组件3包括套筒120、柱塞114、输入阀49以及输出阀47。所述套筒120包括一个轴向通孔和一个外部台阶，套筒120之通孔与柱塞114外表面滑动配合，所述套筒120、柱塞114、输入阀49和输出阀47共同围成一个压送容积127。所述输入阀49布置于套筒120一端，包括输入阀座121、输入阀球118以及输入阀簧117，输入阀座121可直接设计于套筒120上。输出阀47设计于柱塞114一端，包括输出阀座113、输出阀球112以及输出阀簧110，所述输出阀簧110之弹簧力通过一个输出阀弹簧座111作用于输出阀球112上，以保证阀件结构稳定性。所述套筒120之外部台阶受线圈骨架100之挂钩124限位，同时依靠回位弹簧102使两者贴紧相连并保持同步运动。
29.所述高压式喷嘴4为一个外开式提升阀，其喷射口结构包括一个密封锥面（202、203）包括密封段（202a、203a）和导向段（202b、203b），所述密封段（202a、203a）形成提升阀2a,所述导向段（202b、203b）控制高压喷雾角度，喷嘴锥角为a，可以根据实际管路需求进行调整。
30.上述，恒流控制燃料喷射系统之控制逻辑如图2所示：包括燃烧控制单元2获取发动机转速、负载等信息，计算理想燃烧参数的步骤
（20）；包括计算并获得驱动电子燃油喷射单元1的恒流控制值之目标值和pwm驱动脉宽之目标值的步骤（21）；包括所述燃烧控制单元2根据恒流控制值之目标值修正的步骤，以实现流量精确控制的步骤（22）；包括驱动电子燃油喷射单元1产生高压燃油喷雾的步骤（23）。
31.上述恒流控制燃料喷射系统之工作过程如下，所述燃料控制单元2根据需求，电子燃油喷射单元1进入压送行程，运动部46在正向驱动电流和储能弹簧119的共同作用下，带动套筒120往压送容积127变小方向运动，使得压送容积127内部压力升高，至输出阀47打开，液体经过高压通道130，至高压喷嘴42，由高压喷嘴42旋流后雾化喷出。在回位行程时，运动部46受反向作用力，往回运动，套筒120由于回位弹簧102之弹簧力而始终与运动部46贴紧，导致压送容积127之体积变大，内部压力减小，输出阀47关闭，当运动至行程末端时，输入阀49打开，液体进入容积进行补充。在此过程中，储能装置44吸收来自运动部46的能量，为下一次压送液体做好准备。
32.上述，恒流控制燃料喷射系统，由于喷射响应时间短，所述恒流控制燃料喷射系统之燃烧控制单元2通过调节恒流控制值和pwm驱动脉宽，可以实现在一个工作循环的不同时刻工作，先预喷使得一定量的燃油与空气混合，再喷射做功所需燃油量，以此提高燃烧效率。特别是在低转速工况下，更能体现燃油经济性。
33.所述恒流控制燃料喷射系统之所述燃烧控制单元2根据曲轴位置信号，计算理想喷射时刻，使得燃油和空气有足够的混合时间，提高燃烧效率。特别是在高转速工况下，恒流控制燃料喷射系统以其喷射精度高、时间短的优势，可获得更长的混合时间，从而实现高功率输出。
34.上述实施例仅用于说明本发明的实质，但并不限制本发明。在未背离本发明原理的情况下，所作的任何修改，简化等替换方式，都包括在本发明的保护范围之内。
35.本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。