專利名稱：電控燃油缸內直噴系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機的燃油噴射系統，特別是一種電控燃油缸內直噴系統。
現有技術中兩沖程汽油機具有重量輕，結構簡單，比功率大等優點，使該種發動機在運輸動力機械及手持動力機械上得到廣泛應用。
但在常規的化油器式兩沖程汽油機中，由于發動機的基本結構和工作原理的原因，這種發動機在排氣過程中為了掃去缸內的廢氣，進、排氣口必須同時打開，新鮮的燃油空氣混合氣進入汽缸，同時將上一燃燒循環的廢氣排出汽缸，這個過程導致大約25％的燃油損失，使得兩沖程汽油機的燃油消耗及廢氣排放均較高。
由于石油能源的日益緊張及人們對人類賴以生存的環境保護意識的增強，兩沖程汽油機的上述缺點顯得越來越突出，使得它的應用前景受到嚴重影響。
本發明的目的在于提供一種電控燃油缸內直噴系統，它能取代傳統的化油器，從而達到提高兩沖程發動機功率，降低燃油消耗及廢氣排放的目的。
本發明的構成由供油模塊、電控噴油器、電子控制器、發動機曲軸轉角傳感器、節氣門控制器及傳感器組成，供油模塊由偏心凸輪(5)驅動的往復式單柱塞泵(4)組成，往復式單柱塞泵(4)分別與油箱(18)和電磁閥(1)連接，電磁閥(1)、蓄壓腔(27)和噴嘴(15)組成電控噴油器，發動機電子控制器(10)分別與電磁閥(1)、曲軸轉角位置及轉速傳感器(7)、磁電機(9)和節氣門位置傳感器(12)連接，磁電機(9)與火花塞(14)連接，火花塞(14)、噴嘴(15)和節氣門均裝在發動機燃燒室(16)上。往復式單柱塞泵(4)上的柱塞與凸輪環為活動銷(21)連接，油箱(18)經油泵進油單向閥(2)與柱塞腔(20)連接，柱塞腔(20)經油泵出油單向閥(3)與供油管路(19)和電控噴油器的控制腔(26)連接。電控噴油器的噴油器控制腔(26)通過蓄壓腔單向閥(25)與蓄壓腔(27)連接，在控制腔和蓄壓腔上安裝噴嘴(15)，噴嘴(15)伸入發動機燃燒室(16)內。節氣門由節氣門控制器(22)、油門位置手柄(13)和節氣門位置傳感器(12)組成，節氣門位置傳感器(12)位于節氣門上，通過油門拉線(23)與油門位置手柄(13)連接。供油模塊是由偏心凸輪(5)驅動的往復式單柱塞泵(4)向電控噴油器提供具有期望壓力的燃油；電控噴油器由電磁閥(1)、蓄壓腔(27)和噴嘴(15)組成，向發動機燃燒室(16)提供能夠充分霧化的高壓定量燃油；電子控制器(10)可采用單片機，也可采用邏輯電路，它根據發動機曲軸(6)轉角位置、速度、載荷指令及節氣門位置信號，確定合適的噴油量和噴油定時；用曲軸轉角位置及轉速傳感器(7)測定發動機曲軸(6)旋轉位置及速度，為發動機電子控制器(10)確定噴油時刻，建立參照基準；節氣門由手動油門位置手柄(13)，經過油門拉線(23)使節氣門產生一定的開度，使經過空氣濾清器過濾后的空氣(11)進入發動機的流量得以控制，同時經節氣門位置傳感器(12)將節氣門位置信號傳給發動機電子控制器(10)；發動機曲軸飛輪(8)的轉動使曲軸轉角位置及轉速傳感器(7)產生信號給發動機電子控制器(10)，同時磁電機(9)動作給發動機電子控制器(10)及火花塞(14)信號，火花塞(14)點火燃油在發動機燃燒室(16)內燃燒，推動活塞(17)向下運動，如此往復循環，發動機正常工作。供油模塊為偏心凸輪(5)由發動機曲軸(6)同步驅動，往復式單柱塞泵(4)的柱塞與凸輪環上銷(21)連接，因此，在油泵的吸油行程中，柱塞在凸輪環上銷(21)的作用下向下運動，此時油泵出油單向閥(3)關閉，燃油從油箱(18)經油泵進油單向閥(2)吸入柱塞腔(20)；在油泵的打油過程中，柱塞在偏心凸輪(5)的驅動下向上運動，此時，油泵進油單向閥(2)關閉，柱塞腔(20)中的燃油經油泵出油單向閥(3)壓入供油管路(19)，進入控制腔(26)，向供油管路(19)提供燃油的最高壓力由電磁閥(1)確定，當供油管路(19)內的壓力低于電磁閥(1)設定的壓力時，電磁閥球閥(24)關閉，當供油管路(19)內的壓力高于其設定的壓力時，電磁閥球閥(24)開放，通過釋放燃油使管路壓力降低至電磁閥(1)設定的壓力。電控噴油器在電磁閥(1)失電時，由往復式單柱塞泵(4)提供的高壓燃油經電磁閥(1)進入噴油器的控制腔(26)和蓄壓腔(27)，噴嘴(15)的針閥在控制腔(26)內的油壓及彈簧力的作用下無法打開；電磁閥(1)通電時，針閥控制腔(26)與低壓油路接通，控制腔(26)壓力下降，作用在針閥上的力失去平衡，針閥向上運動，噴射開始，噴射持續到蓄壓腔(27)內的燃油壓力下降到與彈簧力平衡時針閥關閉，噴油結束。
與現有技術比較，本發明拋棄了傳統的化油器式供油原理，提出了一種用于兩沖程發動機的電子控制蓄壓式缸內直接噴射燃油系統，這種系統避免了在排氣過程中未燃燃料從排氣口排出的現象，從而顯著地減少了燃油消耗及未燃碳氫化合物的排放。
為了使足夠短的時間內噴射的燃料在發動機內與充入的適當空氣混合，燃油以比常規汽油噴射器高得多的壓力供給，而噴油器油束特性產生非常小的汽油油滴，有助于燃油與空氣的混合及穩定燃燒。而高的燃油壓力由并在發動機內且與發動機循環合拍的單柱塞油泵提供，與之相連的噴油器與電子控制間由高速開關電磁閥接口，噴油器充油可以在循環很長時間內進行，因此，系統可獲得很高的工作速度，噴射壓力和持續時間與發動機轉速無關，發動機低速時仍可噴射最大化。
本發明對發動機轉速和功率控制由采用缸內直噴來實現，而發動機載荷控制完全由供油及噴射時間或斷續噴射循環的順序來控制，該發明方案簡化了燃油噴射和控制的硬件，性能控制調節由易改且低成本的電控軟件來完成，消除了常規兩沖程發動機的不合理燃燒及失火現象，缸內直噴為在活塞氣門兩沖程發動機排氣口關閉后供油提供了機會，避免了燃油到廢氣的短路，降低了非燃碳氫的排放。
本發明對簡化兩沖程發動機結構，降低成本，提高發動機功率，降低燃油消耗及排放具有重要價值。
附

圖1是本發明結構示意圖；附圖2是充油時刻延時對噴油壓力及噴油量的影響圖；附圖3是跳躍噴油控制模式圖；附圖4是電控燃油噴射系統的工作過程圖。
具體實施例方式如附圖1所示，該系統的供油模塊由偏心凸輪(5)驅動的往復單柱塞泵(4)組成，它的功用是向電控噴油器提供具有期望壓力的燃油。
供油模塊的工作原理為偏心凸輪(5)由發動機曲軸(6)同步驅動，由于柱塞泵(4)與凸輪環為活動銷(21)連接，因此，在油泵的吸油行程中，柱塞在凸輪環上銷(21)的作用下向下運動，此時，油泵出油單向閥(3)關閉，燃油從油箱(18)經油泵進油單向閥(2)吸入柱塞腔(20)；在油泵的打油過程中，柱塞泵(4)在偏心凸輪(5)的驅動下向上運動，此時油泵進油單向閥(2)關閉，柱塞腔(20)中的燃油經油泵出油單向閥(3)壓入供油管路(19)，進入控制腔(26)。
向供油管路(19)提供燃油的最高壓力由電磁閥(1)確定，當供油管路(19)內的壓力低于電磁閥(1)設定的壓力時，電磁閥(1)的球閥(24)關閉，當供油管路(19)內的壓力高于其設定的壓力時，電磁閥(1)的球閥(24)開放，通過釋放燃油使管路壓力降低至電磁閥(1)設定的壓力。
電控噴油器由電磁閥(1)、蓄壓腔(27)和噴嘴(15)三部分組成，它的功用是向發動機燃燒室(16)提供能夠充分霧化的高壓定量燃油。
電控噴油器的工作原理為在電磁閥(1)失電時，由往復式單柱塞泵(4)提供的高壓燃油經電磁閥(1)進入噴油器的控制腔(26)和蓄壓腔(27)，噴嘴(15)的針閥在控制腔(26)內的油壓及彈簧力的作用下無法找開；在電磁閥(1)通電時，針閥控制腔(26)與低壓油路接通，控制腔(26)壓力下降，由于蓄壓腔單向閥(25)關閉，該腔作用在針閥上的向上壓力仍然存在，這樣作用在針閥上的力失去平衡，針閥向上運動，噴射開始。噴射持續到蓄壓腔(27)內的燃油壓力下降到與彈簧力平衡時針閥關閉，噴油結束。
電控噴油器每一工作循環的噴油量，由供油壓力、蓄壓腔(27)容積，針閥關閉壓力及電磁閥(1)通電時刻決定，而噴油定時也由電磁閥(1)通電時刻決定，噴射持續時間由噴嘴(15)總的流通面積決定。
發動機電子控制器(10)可采用單片機，也可采用邏輯電路，它根據發動機曲軸(6)轉角位置、速度、載荷指令及節氣門位置等信號，確定合適的噴油量和噴油定時，從而完成發動機的工況控制。
該系統除節氣門位置傳感器(12)外，僅需要一個曲軸轉角位置及轉速傳感器(7)，曲軸轉角位置及轉速傳感器(7)的功用是測定發動機曲軸(6)旋轉位置及速度，為發動機電子控制器(10)確定噴油時刻，建立參照基準。
該系統節氣門由節氣門控制器(22)、油門位置手柄(13)及節氣門位置傳感器(12)組成。節氣門的工作原理是手動油門位置手柄(13)，經過油門拉線(23)，使節氣門產生一定的開度，使經過空氣濾清器過濾后的空氣(11)進入發動機的流量得以控制，同時經節氣門位置傳感器(12)將節氣門位置信號傳給電子控制器(10)。
該系統發動機曲軸飛輪(8)的轉動使曲軸轉角位置及轉速傳感器(7)產生信號給電子控制器(10)，同時磁電機(9)動作給電子控制器(10)及火花塞(14)信號，火花塞(14)點火燃油在燃燒室(16)內燃燒，推動活塞(17)向下運動，如此往復循環，發動機正常工作。
如附圖2所示，發動機由額定載荷到怠速時的載荷變化控制由電子控制器(10)控制電磁閥的關閉延遲時間，也就是控制蓄壓腔(27)的開始充油時刻延時，以達到控制每次噴射的最大壓力和噴射量，不同的噴油量對應從額定功率到為了獲得所希望的發動機怠速時的噴油量，載荷信號由油門手柄位置確定，這種控制方式如圖所示。
圖中曲線縱座標為系統壓力，橫座標為工作時間，直線A及B位置分別為蓄壓腔最大壓力及針閥開閉壓力，尺寸C為充油時刻延時，D為充油過程，E為噴油持續時間，F為最大噴油量。
如附圖3所示，發動機由額定載荷到怠速時的載荷變化控制由電子控制器(10)控制每兩個相鄰噴油循環之間的不噴油循環次數來實現，每兩個相鄰噴油循環之間的不噴油循環次數從額定功率時的零變化到為了獲得希望的發動機怠速轉速所需要的數目，載荷信號由油門手柄位置確定，這種控制方式如圖所示。
圖中曲線(1)為發動機工作循環，曲線(2)-(7)為發動機從怠速至最大轉速狀態，或從H到G為發動機從最大轉速至怠速狀態。
如附圖4所示，以兩沖程摩托車發動機為例，說明電控燃油缸內直噴系統的工作過程。
圖中(1)為發動機活塞位置曲線。
圖中(2)為發動機排氣口開放和關閉時刻曲線。圖中從BBDC88°～ABDC88°為發動機排氣口打開位置。
圖中(3)為發動機進氣口開放和關閉時刻曲線。圖中從BBDC55°～ABDC55°為發動機進氣口打開位置。
圖中(4)為單柱塞凸輪泵的運動曲線，由于柱塞泵在設計時考慮了一定的裕度，所以在柱塞運動到上死點之前，系統的燃油壓力已經達到所需設定壓力，因此，柱塞的運動相位可以比活塞的相位偏后。
圖中(5)為電磁閥的控制信號。通過調整控制電磁閥的通電及延遲時刻，可控制噴嘴的噴油量及噴射時刻。圖中I曲線為電磁閥通電關閉，從I-L為延時關閉，噴射壓力減少，供油量降低。圖中K曲線為電磁閥通電打開，從K-L為發動機從高速至怠速狀態。
圖中(6)為針閥控制腔壓力曲線，圖中Q線壓力為大氣壓，尺寸M及R分別為泄油延遲期及噴射延遲期，N點為控制腔蜂值壓力，P點為針閥開放壓力。
圖中(7)為蓄壓腔壓力曲線，圖中S點為針閥關閉壓力，從T點至U點為噴射開始至噴射結束。
圖中(8)為噴油規律曲線。
圖中(9)為油霧傳播及點火時間曲線，從圖中可以看出，雖然燃油在活塞處于下死點時已經噴入氣缸，此時排氣口仍處于開放，但油滴從噴嘴傳遞到排氣口仍需要一定的時間，待這些油滴傳遞到排氣口時，排氣口恰好關閉，從而避免了燃油損失。圖中尺寸V及W為油滴傳遞時間及點火延時。
圖中(10)為發動機氣缸壓力曲線，圖中X點為燃燒開始。
權利要求
1.一種電控燃油缸內直噴系統，由供油模塊、電控噴油器、電子控制器、發動機曲軸轉角傳感器、節氣門控制器及傳感器組成，其特征在于供油模塊由偏心凸輪(5)驅動的往復式單柱塞泵(4)組成，往復式單柱塞泵(4)分別與油箱(18)和電磁閥(1)連接，電磁閥(1)、蓄壓腔(27)和噴嘴(15)組成電控噴油器，發動機電子控制器(10)分別與電磁閥(1)、曲軸轉角位置及轉速傳感器(7)、磁電機(9)和節氣門位置傳感器(12)連接，磁電機(9)與火花塞(14)連接，火花塞(14)、噴嘴(15)和節氣門均裝在發動機燃燒室(16)上。
2.根據權利要求1所述的電控燃油缸內直噴系統，其特征在于往復式單柱塞泵(4)上的柱塞與凸輪環為活動銷(21)連接，油箱(18)經油泵進油單向閥(2)與柱塞腔(20)連接，柱塞腔(20)經油泵出油單向閥(3)與供油管路(19)和電控噴油器的控制腔(26)連接。
3.根據權利要求1所述的電控燃油缸內直噴系統，其特征在于電控噴油器的噴油器控制腔(26)通過蓄壓腔單向閥(25)與蓄壓腔(27)連接，在控制腔和蓄壓腔上安裝噴嘴(15)，噴嘴(15)伸入發動機燃燒室(16)內。
4.根據權利要求1所述的電控燃油缸內直噴系統，其特征在于節氣門由節氣門控制器(22)、油門位置手柄(13)和節氣門位置傳感器(12)組成，節氣門位置傳感器(12)位于節氣門上，通過油門拉線(23)與油門位置手柄(13)連接。
5.電控燃油缸內直噴系統的工作過程，其特征在于供油模塊是由偏心凸輪(5)驅動的往復式單柱塞泵(4)向電控噴油器提供具有期望壓力的燃油；電控噴油器由電磁閥(1)、蓄壓腔(27)和噴嘴(15)組成，向發動機燃燒室(16)提供能夠充分霧化的高壓定量燃油；電子控制器(10)可采用單片機，也可采用邏輯電路，它根據發動機曲軸(6)轉角位置、速度、載荷指令及節氣門位置信號，確定合適的噴油量和噴油定時；用曲軸轉角位置及轉速傳感器(7)測定發動機曲軸(6)旋轉位置及速度，為發動機電子控制器(10)確定噴油時刻，建立參照基準；節氣門由手動油門位置手柄(13)，經過油門拉線(23)使節氣門產生一定的開度，使經過空氣濾清器過濾后的空氣(11)進入發動機的流量得以控制，同時經節氣門位置傳感器(12)將節氣門位置信號傳給發動機電子控制器(10)；發動機曲軸飛輪(8)的轉動使曲軸轉角位置及轉速傳感器(7)產生信號給發動機電子控制器(10)，同時磁電機(9)動作給發動機電子控制器(10)及火花塞(14)信號，火花塞(14)點火燃油在發動機燃燒室(16)內燃燒，推動活塞(17)向下運動，如此往復循環，發動機正常工作。
6.根據權利要求5所述的電控燃油缸內直噴系統的工作過程，其特征在于供油模塊為偏心凸輪(5)由發動機曲軸(6)同步驅動，往復式單柱塞泵(4)的柱塞與凸輪環上銷(21)連接，因此，在油泵的吸油行程中，柱塞在凸輪環上銷(21)的作用下向下運動，此時油泵出油單向閥(3)關閉，燃油從油箱(18)經油泵進油單向閥(2)吸入柱塞腔(20)；在油泵的打油過程中，柱塞在偏心凸輪(5)的驅動下向上運動，此時，油泵進油單向閥(2)關閉，柱塞腔(20)中的燃油經油泵出油單向閥(3)壓入供油管路(19)，進入控制腔(26)，向供油管路(19)提供燃油的最高壓力由電磁閥(1)確定，當供油管路(19)內的壓力低于電磁閥(1)設定的壓力時，電磁閥球閥(24)關閉，當供油管路(19)內的壓力高于其設定的壓力時，電磁閥球閥(24)開放，通過釋放燃油使管路壓力降低至電磁閥(1)設定的壓力。
7.根據權利要求5所述的電控燃油缸內直噴系統的工作過程，其特征在于電控噴油器在電磁閥(1)失電時，由往復式單柱塞泵(4)提供的高壓燃油經電磁閥(1)進入噴油器的控制腔(26)和蓄壓腔(27)，噴嘴(15)的針閥在控制腔(26)內的油壓及彈簧力的作用下無法打開；電磁閥(1)通電時，針閥控制腔(26)與低壓油路接通，控制腔(26)壓力下降，作用在針閥上的力失去平衡，針閥向上運動，噴射開始，噴射持續到蓄壓腔(27)內的燃油壓力下降到與彈簧力平衡時針閥關閉，噴油結束。
全文摘要
一種電控燃油缸內直噴系統,屬內燃機燃油噴射系統,由供油模塊、電控噴油器、電子控制器和傳感器組成,系統工作過程由單柱塞泵(4)提供一定的高壓燃油給噴油器,電磁閥(1)通過電子控制器(10)的信號控制噴油器的噴油,而電子控制器(10)的輸入信號為節氣門大小,油門位置大小及發動機轉速狀況等信號,本發明取代了傳統的化油器,采用電控燃油缸內直噴系統,提高了兩種程發動機功率,降低燃油消耗及廢氣排放,適用于兩沖程發動機。
文檔編號F02D1/06GK1271812SQ99114838
公開日2000年11月1日 申請日期1999年4月27日 優先權日1999年4月27日
發明者苗建中, 宋海波, 黃本堯, 周力, 鄧衛華 申請人:貴州航空工業總公司紅林機械廠