專利名稱：內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)燃料控制的制作方法
自二十世紀(jì)七十年代后期以來(lái)，火花點(diǎn)火式(SI)汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴皇褂没推?。多種燃料噴射系統(tǒng)被采用以滿足日益嚴(yán)格的污染控制需求。當(dāng)前，多點(diǎn)順序式燃料噴射(PFI)系統(tǒng)是優(yōu)選的。
在一個(gè)多點(diǎn)順序式燃料噴射系統(tǒng)中，每一個(gè)氣缸都設(shè)有一個(gè)或更多的燃料噴射器。這些燃料噴射器通常是在一個(gè)噴嘴中完全打開(kāi)的電磁閥，該噴嘴在選定的時(shí)間點(diǎn)將汽油噴射到一個(gè)或更多的進(jìn)氣閥門(mén)的后部或進(jìn)氣口的壁上。噴油時(shí)機(jī)通常被調(diào)整為在進(jìn)氣閥門(mén)關(guān)閉時(shí)噴射燃料(到進(jìn)氣口的壁上或進(jìn)氣閥門(mén)上)。從燃料噴射器中噴出的燃料量取決于噴射器進(jìn)油管路中的壓力、噴射器噴嘴的設(shè)計(jì)以及閥門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間長(zhǎng)短。通常，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中所有的噴射器都用一個(gè)恒壓油軌來(lái)供油。因而，汽油的輸出量幾乎與閥門(mén)開(kāi)啟的脈沖持續(xù)時(shí)間線性相關(guān)。
脈沖寬度通過(guò)一個(gè)電子控制單元(ECU)來(lái)控制，該電子控制單元一般來(lái)說(shuō)被設(shè)計(jì)為使發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)最優(yōu)化，同時(shí)使效率最大化并使污染最小化。這些結(jié)果都不是直接測(cè)得的。而是測(cè)量許多發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。通常的目標(biāo)是對(duì)于任何給定的工況都產(chǎn)生一個(gè)空氣/燃料化學(xué)計(jì)量化，這使得一種三元催化反應(yīng)器可以在廢氣中使用以同時(shí)氧化任一種殘余的未燃燒燃料產(chǎn)物(HC和CO)和減少氮氧化合物(NOx)?？刂扑惴ú⒉缓?jiǎn)單?；旧蟻?lái)說(shuō)，踩下油門(mén)踏板使置于空氣濾清器和進(jìn)氣歧管之間的進(jìn)氣閥門(mén)或油門(mén)打開(kāi)。空氣質(zhì)量流量傳感器或其他傳感器的組合對(duì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的空氣質(zhì)量流量進(jìn)行測(cè)量。這決定了用于化學(xué)計(jì)量化工況條件下所需的燃料量，它決定了一個(gè)目標(biāo)脈沖寬度。
典型地來(lái)說(shuō)，用來(lái)獲得給定的燃料流量的目標(biāo)脈沖寬度從一個(gè)在工廠里寫(xiě)入ECU程序中的查找表或“供油調(diào)整圖形”中獲得?？紤]到在正常使用中的變化，例如燃料的密度和成分在不同的填充裝置之間的小變化，環(huán)境空氣的密度、粘度和濕度上的變化，以及名義上完全相同的硬件在抽樣與抽樣之間的可變性(例如，燃料噴射器)，在排氣管路中位于催化轉(zhuǎn)換器之前的氧氣傳感器(O2傳感器)被用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)反饋信號(hào)到ECU，由此供油調(diào)整圖形中的數(shù)值可以據(jù)此進(jìn)行微調(diào)。利用這樣的一種反饋系統(tǒng)，ECU也可以補(bǔ)償隨發(fā)動(dòng)機(jī)老化而產(chǎn)生的硬件性能上的改變，在當(dāng)前生產(chǎn)的汽車(chē)中的大多數(shù)氧氣傳感器只有二進(jìn)制輸出，但是少數(shù)使用了成本較高的線性輸出形式來(lái)試圖獲得更好的微調(diào)。
理想的是，對(duì)于一個(gè)燃料化學(xué)計(jì)量比，所有的氧氣都應(yīng)該在燃燒過(guò)程中耗盡。如果不是這樣的話，則意味著由工廠安裝的供油調(diào)整圖形應(yīng)該被調(diào)整為在相同的條件下提供更多的燃料。一些ECU可以在一段很長(zhǎng)的時(shí)間上求平均值并且既可以對(duì)有記憶能力的供油調(diào)整圖形做永久的調(diào)整又可以做暫時(shí)的調(diào)整。
有許多更多的傳感器和算法被用來(lái)調(diào)節(jié)脈沖寬度。其中之一是一種油門(mén)位置傳感器。當(dāng)它快速打開(kāi)時(shí)，ECU就增加噴射器的脈沖寬度來(lái)試圖提供足夠的燃料。即使如此，油門(mén)的快速打開(kāi)通常會(huì)導(dǎo)致可燃混合氣暫時(shí)性的過(guò)度稀薄，這會(huì)產(chǎn)生一種能穿透催化劑的NOx，除非催化劑有足夠可用的氧存儲(chǔ)容量。原因可以從下面的情況中來(lái)理解。在一臺(tái)已經(jīng)暖機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，傳統(tǒng)的點(diǎn)式燃料噴射器將相當(dāng)大的油滴(100～300微米)噴射到相對(duì)熱的進(jìn)氣閥門(mén)的后部上、閥桿上、閥座上和周?chē)慕Y(jié)構(gòu)上。這些部件被涂覆了一層液體汽油薄膜(在一個(gè)被稱為“壁面變濕(wall wetting)”的過(guò)程中)，該液體汽油薄膜不斷地蒸發(fā)并且被吸入氣缸中同時(shí)通過(guò)噴射器來(lái)補(bǔ)充。在正常的行駛中，也就是說(shuō)在穩(wěn)定工況附近，從噴射器中噴出的液體汽油正好與進(jìn)入氣缸的汽油蒸汽平衡。當(dāng)油門(mén)打開(kāi)時(shí)，噴射器閥門(mén)將保持打開(kāi)得更久，也就是說(shuō)噴射器的占空系數(shù)增加了，并且被打濕的面積開(kāi)始增大。由于面積增大，蒸發(fā)和進(jìn)入氣缸的燃料量將增加直到達(dá)到新的平衡。
打濕壁面燃料的蒸發(fā)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的并且復(fù)雜的現(xiàn)象，它在發(fā)動(dòng)機(jī)各工況和瞬態(tài)工況下變化很大。具體而言打濕壁面燃料蒸發(fā)所需的時(shí)間是一個(gè)關(guān)于多個(gè)參數(shù)的函數(shù)，所述多個(gè)參數(shù)在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)中不可以直接控制。這些參數(shù)包括下列各項(xiàng)進(jìn)氣部件的溫度、在進(jìn)氣部件上沉積的燃料量以及從一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)到下一個(gè)循環(huán)所蒸發(fā)的燃料量等等。
由于這些參數(shù)不可以直接控制，因此，壁面變濕很內(nèi)在地限制了在發(fā)動(dòng)機(jī)加速和減速時(shí)控制燃燒室內(nèi)的空燃比的能力。在加速時(shí)，打濕壁面燃料的蒸發(fā)落后于突然增加的燃料需求，而發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)使燃料變稀一個(gè)很短的時(shí)間段。相反在減速時(shí)，鑒于燃料需求的突然減少，打濕壁面燃料的蒸發(fā)變得過(guò)度，而發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)使燃料變濃一個(gè)很短的時(shí)間段。
當(dāng)有一個(gè)在加速時(shí)瞬時(shí)打開(kāi)的油門(mén)時(shí)，油門(mén)的快速打開(kāi)可以被檢測(cè)并且燃料噴射器可以暫時(shí)噴射額外的燃料以便于很快地增大燃料薄膜中的燃料量，然后切回到新的穩(wěn)定工況所需要的條件。在這種情況下，人們相信在回到一個(gè)最優(yōu)穩(wěn)定工況之前有一個(gè)后面跟隨著富集混合物的更短的稀薄時(shí)間。不考慮瞬態(tài)響應(yīng)的細(xì)節(jié)，問(wèn)題是建立增加的壁面變濕與所希望的相比需要更多的時(shí)間、許多發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)。通常，傳統(tǒng)的燃料噴射系統(tǒng)太慢以至于它們不能在空燃比不發(fā)生所不希望的波動(dòng)的情況下控制瞬態(tài)現(xiàn)象。
另一個(gè)主要的問(wèn)題是，對(duì)于使用一種用于廢氣后處理的三元催化劑(TWC)的現(xiàn)代火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，濃空燃比和稀空燃比的上述變動(dòng)直接影響了滿足給定的排放標(biāo)準(zhǔn)所需的TWC的大小(和成本)。特別地，每一個(gè)TWC都具有一個(gè)有足夠儲(chǔ)氧量的尺寸，由此CO和烴的氧化仍然在空燃比變濃時(shí)發(fā)生，而NO的轉(zhuǎn)化在空燃比變稀時(shí)發(fā)生。因此，保證發(fā)動(dòng)機(jī)符合給定的排放標(biāo)準(zhǔn)所需的TWC尺寸是一個(gè)關(guān)于在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試循環(huán)中(例如，在許多國(guó)家中使用的美國(guó)聯(lián)邦檢測(cè)法75號(hào)(FTP-75)循環(huán))遇到的瞬態(tài)工況下將空燃比控制在化學(xué)計(jì)量值附近的能力的正函數(shù)。
很明顯，給發(fā)動(dòng)機(jī)提供一個(gè)響應(yīng)更快的燃料供給系統(tǒng)將是有益的，至少對(duì)于瞬態(tài)期是起作用的，這并不同樣依靠燃料薄膜的蒸發(fā)來(lái)給發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸提供汽化的燃料。這將減少時(shí)滯以及在混合氣濃度中引起的波動(dòng)。
在噴射之前對(duì)汽油加熱已經(jīng)被建議用來(lái)解決發(fā)動(dòng)機(jī)冷機(jī)起動(dòng)的問(wèn)題，但是到目前為止還沒(méi)有被應(yīng)用來(lái)改善瞬態(tài)響應(yīng)。一個(gè)例子是2001年12月25日授權(quán)給Imoehl的美國(guó)專利6,332,457，并且在這里被收編入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)中。該專利中的

圖1是傳統(tǒng)點(diǎn)式燃料噴射器的示意圖，該傳統(tǒng)點(diǎn)式燃料噴射器定位在一個(gè)進(jìn)氣歧管中并且使它的出口指向進(jìn)氣閥門(mén)的一般方向。一個(gè)非傳統(tǒng)的加熱器被包含在噴射器的頂端中。為了幫助起動(dòng)一臺(tái)冷態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)，本發(fā)明基于通過(guò)加熱燃料和使用閃急沸騰來(lái)增強(qiáng)霧化。
在處于較高壓力下的已加熱燃料被噴射進(jìn)處于較低壓力下的進(jìn)氣歧管中時(shí)發(fā)生閃急沸騰。使用具有加熱頂端的噴射器，就可以在低的歧管壓力下以0.1至0.7克/秒的流速汽化50％的燃料。閃急沸騰的功用是它克服了一個(gè)關(guān)于在噴射器頂端汽化燃料的問(wèn)題。汽化后的燃料的質(zhì)量流量大大小于液體燃料。如果燃料保持液態(tài)直至它從頂端噴出，那么質(zhì)量流量就可以被維持，但是液體由于它被引導(dǎo)向進(jìn)氣口而轉(zhuǎn)變成蒸汽。不幸的是，在這個(gè)專利中的加熱器設(shè)計(jì)方案需要5秒鐘來(lái)達(dá)到這些輸出量。這可能足以改善冷起動(dòng)問(wèn)題，但是對(duì)于瞬態(tài)驅(qū)動(dòng)(driving transients)來(lái)說(shuō)太慢了。
因此，本發(fā)明提供了一種用于改善火花點(diǎn)火式燃料噴射內(nèi)燃機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)的設(shè)備和方法。這通過(guò)使用一個(gè)或更多新型毛細(xì)管燃料噴射器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些裝置是改裝有一個(gè)新型燃料調(diào)節(jié)裝置的點(diǎn)式燃料噴射器，該燃料調(diào)節(jié)裝置帶有一個(gè)與油軌流體相通的入口和一個(gè)與位于噴射器出油噴嘴前方的另外的傳統(tǒng)燃料噴射器流體相通的出口。這種調(diào)節(jié)裝置的一個(gè)優(yōu)選形式包括一根或更多的具有較小內(nèi)徑的毛細(xì)管，這些毛細(xì)管并聯(lián)連接并且沿著它們長(zhǎng)度的一部分加熱。一個(gè)方便的電加熱器可以通過(guò)使用壁足夠薄的電阻管制成，從而沿著它的長(zhǎng)度方向構(gòu)成一個(gè)實(shí)用的加熱元件。在一個(gè)方案中，毛細(xì)管燃料噴射器被一個(gè)陶瓷外殼所包圍，以在燃料噴射器內(nèi)部提供電絕緣。
在一個(gè)最佳方案中，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)傳統(tǒng)的點(diǎn)式燃料噴射器都將被毛細(xì)管燃料噴射器來(lái)代替。在一些工況下使用一種閃蒸技術(shù)，毛細(xì)管燃料噴射器與通常在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的壁面濕化方法相比可以使進(jìn)入氣缸的汽化燃料增加得快得多。雖然電加熱器是模擬元件，但是以一種開(kāi)/關(guān)方式來(lái)控制它們很方便。開(kāi)動(dòng)功率水平被確定為對(duì)于每一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)提供足夠的加熱器功率以產(chǎn)生閃蒸。
毛細(xì)管燃料噴射器的加熱器用一個(gè)改良過(guò)的ECU來(lái)控制，該ECU設(shè)有傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)。所需的燃料裝填量以一種傳統(tǒng)的方式從基于一個(gè)空氣流量計(jì)的或基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、歧管壓力和進(jìn)氣壓力輸入值的組合的查找表上來(lái)確定。這些和其他的瞬態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)用作開(kāi)啟和關(guān)掉毛細(xì)管燃料噴射器的加熱器的信號(hào)以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。
當(dāng)一個(gè)線性輸出的氧氣傳感器被安裝時(shí)，兩種方法是可用的。在一種方法中，當(dāng)燃料流量的需求比表示部分負(fù)荷工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的臨界值小，并且同時(shí)氧氣傳感器指示出變稀或變濃超過(guò)了一個(gè)臨界值時(shí)，毛細(xì)管燃料噴射器的加熱器就會(huì)被開(kāi)啟。
在另一種方法中，在任意負(fù)荷的工況下，如果氧氣傳感器指示稀或濃的狀態(tài)大于臨界值，毛細(xì)管燃料噴射器的加熱器就會(huì)被開(kāi)啟。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)上沒(méi)有使用線性的氧氣傳感器時(shí)所使用的另一種方法是監(jiān)測(cè)加速器踏板，并且如果在油門(mén)打開(kāi)方向上的變化速率超過(guò)一個(gè)預(yù)定值，毛細(xì)管燃料噴射器的加熱器就會(huì)被開(kāi)啟。
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明為一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)提供了一個(gè)改進(jìn)的瞬態(tài)響應(yīng)，具有a)至少一個(gè)在一個(gè)燃料源和燃料噴射器之間帶有至少一根送油毛細(xì)管的點(diǎn)式燃料噴射器，上述毛細(xì)管設(shè)有一個(gè)燃料加熱器，和b)一個(gè)電子設(shè)備，該電子設(shè)備被構(gòu)造用以監(jiān)測(cè)所選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)并產(chǎn)生響應(yīng)所選擇的參數(shù)值給毛細(xì)管燃料加熱器通電的加熱器信號(hào)。
特別地，所選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)可以是排氣歧管出口處的氧含量。更特別地，所選擇的參數(shù)值可以是一個(gè)偏離化學(xué)計(jì)量的大于所選擇的氧氣臨界值的氧含量絕對(duì)值。作為一個(gè)變型方案，電子設(shè)備可以與上述的氧含量絕對(duì)值參數(shù)進(jìn)行邏輯“與”操作來(lái)確定燃料需求少于部分負(fù)荷條件以產(chǎn)生加熱器信號(hào)。作為另一個(gè)變型方案，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)可以是發(fā)動(dòng)機(jī)加速器踏板位置的變化速率和變化臨界值的選定速率的參數(shù)值。
在一方面，本發(fā)明針對(duì)一種帶有由燃料源供油的燃料噴射器的火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，每一個(gè)上述的燃料噴射器都有一個(gè)入口端和一個(gè)出口端、一個(gè)改良過(guò)的加速/減速瞬態(tài)控制器，其特征在于，帶有燃料加熱器的燃料調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在燃料源和燃料噴射器出口端之間，其中，加熱器由一個(gè)改良過(guò)的電子控制單元來(lái)控制以減少瞬態(tài)現(xiàn)象。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種在一臺(tái)火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)中使用的方法，該內(nèi)燃機(jī)擁有通過(guò)一個(gè)帶有燃料加熱器的燃料調(diào)節(jié)裝置來(lái)供油的燃料噴射器，該方法提供了改善的加速/減速瞬態(tài)響應(yīng)并且包含以下步驟1)按照常規(guī)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和調(diào)節(jié)噴射器線圈的脈沖寬度；2)如果一個(gè)廢氣氧含量傳感器指示出超過(guò)臨界值的稀或濃的狀態(tài)，那么3)開(kāi)啟上述燃料加熱器。
在又一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種在一臺(tái)火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)中使用的方法，該內(nèi)燃機(jī)擁有一個(gè)通過(guò)加速器踏板來(lái)控制的油門(mén)以及擁有通過(guò)一個(gè)帶有燃料加熱器的燃料調(diào)節(jié)裝置來(lái)供油的燃料噴射器，該方法提供了改善的加速/減速瞬態(tài)響應(yīng)并且包含以下步驟1)按照常規(guī)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和調(diào)節(jié)噴射器線圈的脈沖寬度；2)確定踏板位置在上述油門(mén)打開(kāi)方向的變化速率是否超過(guò)一個(gè)預(yù)定值，如果是這樣的話；3)開(kāi)啟上述燃料加熱器。
現(xiàn)在，本發(fā)明將根據(jù)僅通過(guò)舉例給出的本發(fā)明的優(yōu)選形式、結(jié)合附圖進(jìn)行更詳細(xì)的描述，在附圖中圖1A圖解了毛細(xì)管燃料噴射器的剖視圖；圖1B圖解了圖1A的一個(gè)端視圖；圖2圖解了一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的硬件配置，它使用了圖1中圖解的毛細(xì)管燃料噴射器；圖3圖解了一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的配置，它使用了來(lái)自氧氣傳感器的輸入值來(lái)控制圖2所示的硬件配置中的毛細(xì)管燃料噴射器；圖4圖解了一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的配置，它使用了來(lái)自加速器踏板的輸入值來(lái)控制圖2所示的硬件配置中的毛細(xì)管燃料噴射器；圖5圖解了毛細(xì)管燃料噴射器的第二方案的剖視圖；圖6圖解了圖5中所示的毛細(xì)管燃料噴射器的外部立體圖。
現(xiàn)在參考圖1-6中圖解的實(shí)施例，其中相似的附圖標(biāo)記自始至終被用來(lái)表示相似的部件。
為了減少燃料供給和需求之間的滯后，發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)時(shí)的快速蒸發(fā)可以通過(guò)將加熱后的毛細(xì)管的使用與傳統(tǒng)燃料噴射器的功能相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，如在下列專利申請(qǐng)中公開(kāi)的那樣，題名為“用于內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射器”、由Pellizzari等人于2002年5月10日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/143,250，作為申請(qǐng)第10/143,250號(hào)的一個(gè)部分繼續(xù)申請(qǐng)的題名為“用于內(nèi)燃機(jī)的燃料系統(tǒng)及其控制方法”、由Linna等人于2002年10月31日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)第10/284,180號(hào)，以及作為申請(qǐng)第10/143,250號(hào)的部分繼續(xù)申請(qǐng)的題名為“用于內(nèi)燃機(jī)的帶有計(jì)量閥的毛細(xì)管燃料噴射器”、由Linna等人于2003年1月15日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)第10/342,267號(hào)，并且與本發(fā)明有著相同的發(fā)明人，這些專利申請(qǐng)中的每一個(gè)都被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并且在這里被收編入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)中。
上述的申請(qǐng)公開(kāi)了毛細(xì)管流動(dòng)通道的使用，該毛細(xì)管流動(dòng)通道具有高表面積-容積比并與一個(gè)加熱器裝置相結(jié)合以便使用最小功率而快速蒸發(fā)燃料。一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例將毛細(xì)管通道自身用作加熱器電阻元件。毛細(xì)管的入口與燃料源流體連通，而出口與燃料計(jì)量閥流體連通。
上述引用的申請(qǐng)中所公開(kāi)的主要目的是在多點(diǎn)式燃料噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)和暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中在三元催化劑(TWC)點(diǎn)火之前減少未燃燒烴的排放。在冷起動(dòng)和暖機(jī)工況下，傳統(tǒng)的點(diǎn)式燃料噴射器必定典型地比化學(xué)計(jì)量燃料量供給得多，以至于足夠多的部分在燃燒室內(nèi)汽化形成一個(gè)可燃混合氣。如此過(guò)度的供油導(dǎo)致廢氣中高含量的未燃燒烴。相反，使用毛細(xì)管燃料噴射器來(lái)汽化燃料消除了最初過(guò)度供油的需求，從而讓發(fā)動(dòng)機(jī)在化學(xué)計(jì)量比或稀薄的狀態(tài)下起動(dòng)并且最終減少?gòu)U氣中未燃燒烴的排放。
對(duì)于在上述引用的文獻(xiàn)中所討論的實(shí)施例，人們相信用于改善發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)的最有用的方案是在圖1A中圖解的那一個(gè)。雖然對(duì)于控制瞬態(tài)響應(yīng)的目的來(lái)說(shuō)它是起作用的，但是下面要討論的另一個(gè)后來(lái)開(kāi)發(fā)的實(shí)施例現(xiàn)在被認(rèn)為更有用。毛細(xì)管燃料噴射器700包含至少一個(gè)具有一個(gè)入口端714和一個(gè)出口端716的毛細(xì)管流通管道712。為了把液體燃料引入毛細(xì)管流通管道712，入口端714被設(shè)置與液體燃料源(例如，油軌，圖中未示出)流體連通。有利地，如圖1B中所圖解的那樣，毛細(xì)管燃料噴射器700可以包含許多毛細(xì)管712以增加燃料的流動(dòng)能力。
一個(gè)柱塞式閥門(mén)組件718被定位在殼體750內(nèi)并且由一個(gè)帶有導(dǎo)電線圈繞組的螺線管(圖中未示出)來(lái)操作。如在操作中優(yōu)選的，當(dāng)線圈繞組通電時(shí)，螺線管元件736就被吸入線圈繞組(圖中未示出)的中心。當(dāng)線圈斷電時(shí)，螺線管元件736就通過(guò)使用彈簧(圖中未示出)返回它的初始位置。柱塞組件740與螺線管元件736相連。由線圈繞組通電引起的螺線管元件736的移動(dòng)使得柱塞組件740被吸離毛細(xì)管流通管道712的出口端716，從而允許燃料流過(guò)噴孔742。正如可以看到的那樣，密封通過(guò)柱塞組件740的截錐部分744與殼體750上相配合的錐形密封表面752的緊密配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。正如可以理解的那樣，毛細(xì)管燃料噴射器700可以與在汽車(chē)上應(yīng)用的燃料噴射器中普遍使用的那種傳統(tǒng)的致動(dòng)器部分相結(jié)合。
熱源720沿著毛細(xì)管流通管道712進(jìn)行布置并且通過(guò)用一根由電阻材料制成的管子構(gòu)成毛細(xì)管流通管道712來(lái)提供，當(dāng)電流源與管子在電接頭722和724處相連以傳遞電流時(shí)，毛細(xì)管流通管道712的一部分就構(gòu)成了加熱器。熱源720于是可加熱毛細(xì)管流通管道712中的液體燃料到一個(gè)足以至少將它的一部分從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠癄顟B(tài)并且從毛細(xì)管流通管道712的出口端716釋放一股大體上汽化了的燃料流的水平。正如可以理解的那樣，柱塞組件740與汽化燃料相接觸的材料體積是最小的，使得必須被加熱以便于防止蒸汽過(guò)早冷凝的熱質(zhì)量很小。
毛細(xì)管燃料噴射器可以三種方式進(jìn)行工作。當(dāng)毛細(xì)管燃料噴射器的加熱器720被關(guān)掉時(shí)，為了用作普通的點(diǎn)式燃料噴射器，毛細(xì)管712向燃料噴射器殼體750供給液體燃料。在全負(fù)荷工況下需要液體燃料以便于1)達(dá)到質(zhì)量流量的要求以及2)控制通過(guò)進(jìn)油汽化燃料的冷卻而發(fā)生敲缸。
如果毛細(xì)管燃料噴射器的加熱器720在毛細(xì)管流通管道內(nèi)被加熱到燃料的汽化點(diǎn)，那么燃料通過(guò)燃料噴射器的質(zhì)量流速對(duì)于大多數(shù)工況來(lái)說(shuō)將會(huì)太慢。在一個(gè)最優(yōu)功率水平條件下，毛細(xì)管712將把燃料加熱到這樣的一個(gè)溫度，當(dāng)燃料通過(guò)噴射器的計(jì)量孔742經(jīng)歷了急速的壓力下降時(shí)會(huì)發(fā)生閃蒸。
最佳的閃蒸加熱水平將取決于毛細(xì)管材料、內(nèi)徑、外徑和加熱器長(zhǎng)度，以及油軌中的燃料溫度和壓力。圖1A和1B圖解了一個(gè)幾何形狀，該幾何形狀在上面引用的相關(guān)申請(qǐng)例如XVA 100027中被指明。
XVA100027的設(shè)計(jì)使用了四根由18/8不銹鋼制成的毛細(xì)管，每一根都具有0.020英寸(0.05厘米)的內(nèi)徑、0.033英寸(0.08厘米)的外徑以及在加熱器接頭722和724之間的6.25英寸(15.9厘米)的長(zhǎng)度。對(duì)于XVA 100027的加熱器，320瓦的功率水平和100磅/平方英寸的燃料壓力似乎是一個(gè)最佳的折衷方案。在下文中，開(kāi)啟毛細(xì)管燃料噴射器的加熱器的參考值是指在一個(gè)足以實(shí)現(xiàn)上述閃蒸但是又沒(méi)有高到可以在毛細(xì)管/噴射器燃料通道內(nèi)產(chǎn)生燃料汽化的功率水平。
這種閃蒸工作方式在題名為“用于內(nèi)燃機(jī)的燃料系統(tǒng)及其控制方法”、由Linna等人于2002年10月31日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)第10/284,180號(hào)中進(jìn)行了更詳細(xì)的描述。如在該申請(qǐng)中詳述的那樣，XVA100027能夠產(chǎn)生具有如下特征的液滴尺寸的汽化燃料，該液滴尺寸具有一個(gè)與傳統(tǒng)點(diǎn)式燃料噴射器所產(chǎn)生的100-300微米的尺寸相比小于約25微米的Sauter平均直徑。然而，這里所描述的實(shí)施例與關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和暖機(jī)的控制方法是分開(kāi)的。
圖2圖解了與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例相關(guān)的硬件配置。如圖2所示，一臺(tái)火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)由每氣缸一個(gè)的毛細(xì)管燃料噴射器來(lái)供油。每一個(gè)毛細(xì)管燃料噴射器都從發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)接收兩個(gè)信號(hào)一個(gè)信號(hào)是關(guān)于加熱毛細(xì)管，一個(gè)信號(hào)是關(guān)于噴射器中的電磁閥的脈沖寬度調(diào)制。作為傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣后處理系統(tǒng)的一部分，廢氣在排放到大氣之前要經(jīng)過(guò)TWC。兩個(gè)線性的廢氣氧含量傳感器如圖2所示地定位在發(fā)動(dòng)機(jī)的下游。來(lái)自每一個(gè)線性的廢氣氧含量傳感器的信號(hào)作為輸入值被傳送到ECU中。TWC上游的氧氣傳感器是主要的化學(xué)計(jì)量傳感器。TWC下游的氧氣傳感器用于上游氧氣傳感器的長(zhǎng)期校準(zhǔn)并用作應(yīng)急的備用傳感器。加速器位置也作為一個(gè)輸入信號(hào)送到ECU中。
應(yīng)該要承認(rèn)的是每氣缸一個(gè)以上的燃料噴射器也可以用來(lái)獲得汽化燃料更高的質(zhì)量傳送速率。
假定一臺(tái)已經(jīng)暖機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，圖2所示的硬件配置被用來(lái)實(shí)現(xiàn)三種不同的毛細(xì)管燃料噴射器控制算法。
當(dāng)線性的廢氣氧含量傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上時(shí)，兩種算法可以基于氧氣傳感器的輸入值。一種模式在部分負(fù)荷工況下是有效的，而另一種在全工況下是有效的。
“部分負(fù)荷”是汽車(chē)工程師使用的沒(méi)有嚴(yán)格定義的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。一般來(lái)說(shuō)，這是指在任意給定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下小于50％的發(fā)動(dòng)機(jī)最高輸出轉(zhuǎn)矩的某工況。典型的市區(qū)內(nèi)行駛可能具有在全負(fù)荷的30％左右或更少的條件下工作的特點(diǎn)而在一個(gè)筆直平坦的路面上的公路行駛只需要全負(fù)荷的10-15％左右。
圖3圖解了基于氧氣傳感器的控制算法。作為一般實(shí)踐，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、歧管壓力和進(jìn)氣溫度被用來(lái)以一種普遍引用的方法例如轉(zhuǎn)速-密度方法來(lái)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量。一種可選擇的方案是直接使用空氣流量計(jì)。一旦已知發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料流量需求就通過(guò)一張查找表確定了。在隨后的時(shí)間步長(zhǎng)中，這個(gè)值通過(guò)使用線性的上游氧氣傳感器來(lái)調(diào)整。
如圖解的那樣，基于一種線性關(guān)系，噴射器線圈的脈沖信號(hào)寬度與燃料流量需求成比例的進(jìn)行調(diào)整。
在圖3中，上游氧氣傳感器的輸入讀數(shù)與一個(gè)接近于化學(xué)計(jì)量的指示值進(jìn)行比較。如果讀數(shù)指示出太濃或太稀的狀態(tài)，那么一個(gè)信號(hào)就被送到“與”門(mén)。有一個(gè)普遍使用的經(jīng)驗(yàn)法則，當(dāng)氧氣濃度大約在0.7％(不是0)時(shí)會(huì)存在一個(gè)化學(xué)計(jì)量比狀態(tài)。同樣，眾所周知的是，在現(xiàn)代汽車(chē)中使用的也稱為lambda傳感器(λ傳感器)的線性氧氣傳感器對(duì)濃度進(jìn)行測(cè)量并產(chǎn)生一個(gè)泵電流，該泵電流在一個(gè)化學(xué)計(jì)量比狀態(tài)時(shí)為0，在稀(氧氣過(guò)多)的狀態(tài)時(shí)為正，而在濃(燃料過(guò)多)的狀態(tài)時(shí)為負(fù)。關(guān)于線性氧氣傳感器的特征的其他細(xì)節(jié)可以在RobertBosch股份有限公司于2000年在德國(guó)斯圖加特市出版的《博世汽車(chē)手冊(cè)》2000年第5版的第117-118頁(yè)上找到，在這里被收編入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)中。判別框表示泵流的絕對(duì)值|O2|或模擬量與某一臨界值|O2|TH進(jìn)行比較。圖3示出了對(duì)于化學(xué)計(jì)量存在正反偏差的相同臨界值，但是一般來(lái)說(shuō)，對(duì)比可以是不對(duì)稱的。
計(jì)算所得的燃料流量需求為了數(shù)量與部分負(fù)荷臨界值例如全負(fù)荷的50％進(jìn)行比較。如果模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與那個(gè)判別框的輸出端相連，那么當(dāng)燃料需求少于部分負(fù)荷時(shí)，邏輯1就傳送至“與”門(mén)。因此，當(dāng)氧氣傳感器指示出與化學(xué)計(jì)量的偏差超過(guò)某一臨界值時(shí)，毛細(xì)管燃料噴射器的加熱器的開(kāi)啟信號(hào)就在部分負(fù)荷工況下產(chǎn)生了。當(dāng)燃料噴出噴嘴742時(shí)，這會(huì)引起它的閃蒸。
用于部分負(fù)荷的有些任意的50％標(biāo)準(zhǔn)在某種程度上基于毛細(xì)管燃料噴射器的輸出性能。能夠應(yīng)用的例子有四根毛細(xì)管。用八根或十根毛細(xì)管來(lái)構(gòu)造毛細(xì)管燃料噴射器是相當(dāng)簡(jiǎn)單的。那么就可以在更高的負(fù)荷水平滿足質(zhì)量流量的要求。簡(jiǎn)述的更多毛細(xì)管的需求適用于如果有人想要控制冷機(jī)以及暖機(jī)中的瞬態(tài)現(xiàn)象。在那種情況下，閃蒸所起的作用很差而燃料可能必須要在離開(kāi)毛細(xì)管之前被汽化，這大大降低了質(zhì)量流量。在發(fā)動(dòng)機(jī)完全暖機(jī)的情況下，可能希望閃蒸在該發(fā)動(dòng)機(jī)中很容易使由毛細(xì)管加熱的燃料汽化，取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸，可能最少有一根毛細(xì)管就夠了。
當(dāng)加熱器沒(méi)有被使用，而是未加熱的液體燃料供給給發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，控制敲缸變?yōu)橹饕?。這是因?yàn)椋娝苤?，?dāng)缸內(nèi)可燃混合氣很熱并且汽化良好時(shí)，自燃(敲缸)發(fā)生得更容易。相反，對(duì)于一臺(tái)熱態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)橐后w燃料以傳統(tǒng)的方式汽化時(shí)吸收了來(lái)進(jìn)氣歧管中的可燃混合氣的熱量，所以從燃料噴射器中供給未加熱的液體燃料減輕了敲缸。結(jié)果產(chǎn)生了有助于防止敲缸的稍微冷一點(diǎn)的缸內(nèi)可燃混合氣。由于敲缸更多地發(fā)生在較高負(fù)荷條件下，因此在所有高于某一臨界值的負(fù)荷下關(guān)掉毛細(xì)管加熱器可能更有益于控制敲缸而不是瞬態(tài)現(xiàn)象。
該臨界值將取決于發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于任何特定的發(fā)動(dòng)機(jī)和毛細(xì)管設(shè)計(jì)方案，確定一個(gè)適當(dāng)?shù)闹祽?yīng)該很容易。在一臺(tái)已經(jīng)暖機(jī)的帶有敲缸檢測(cè)裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)中，臨界值可以逐漸增加直到敲缸在某一個(gè)負(fù)荷的工況下開(kāi)始發(fā)生，然后恢復(fù)原值。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和工況的某些組合，敲缸可能根本不會(huì)發(fā)生。在這種極端情況下，可以以一個(gè)只要氧氣傳感器指示出與化學(xué)計(jì)量有偏差時(shí)毛細(xì)管加熱器就開(kāi)啟的模式進(jìn)行工作。在那種情況下，模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將設(shè)定為邏輯1并且燃料需求不被考慮。
圖4圖解了一基于加速器位置的用于控制燃料汽化的算法。這個(gè)算法不使用氧氣傳感器并且因?yàn)椴恍枰€性的氧氣傳感器而具有優(yōu)勢(shì)。線性的氧氣傳感器對(duì)于一個(gè)否則就要使用不那么貴的二進(jìn)制氧氣傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是相當(dāng)大的額外支出。
如圖4中圖解的那樣，在所有的工況下，噴射器線圈的脈沖信號(hào)都以傳統(tǒng)的方式受到控制。
加速器位置的輸入值被用來(lái)計(jì)算它的變化率dp/dt。在算法中的每時(shí)間步長(zhǎng)處，dp/dt的值通過(guò)對(duì)比當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的加速器位置和上一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的加速器位置來(lái)確定，由此這兩個(gè)值之間的差除以已公知的時(shí)間步長(zhǎng)就是dp/dt。如果dp/dt的值超過(guò)一個(gè)預(yù)定的臨界值，毛細(xì)管燃料噴射器的加熱器開(kāi)啟信號(hào)就被激活直到dp/dt下降到臨界值以下。每一種發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案都必須確定這個(gè)臨界值，它基于油門(mén)打開(kāi)得多快、傳統(tǒng)點(diǎn)式燃料噴射系統(tǒng)的響應(yīng)和特定的毛細(xì)管燃料噴射器的設(shè)計(jì)方案。
即使ECU響應(yīng)dp/dt而增加了噴射器線圈的脈沖信號(hào)寬度，上面討論過(guò)的使用一個(gè)毛細(xì)管燃料噴射器來(lái)進(jìn)行汽化燃料的傳送將減少與傳統(tǒng)的壁面變濕燃料汽化技術(shù)有關(guān)的時(shí)滯。因而，對(duì)于小數(shù)值的dp/dt，ECU可以增加脈沖信號(hào)寬度，而毛細(xì)管燃料噴射器的加熱器是為大數(shù)值預(yù)備的。
圖5和6圖解了一個(gè)比圖1中圖解的毛細(xì)管燃料噴射器晚開(kāi)發(fā)的毛細(xì)管燃料噴射器100。(較小的附圖標(biāo)記是一個(gè)人為結(jié)果。兩者對(duì)于本發(fā)明的目的都有用，但是后者更好。)它具有一個(gè)用來(lái)接納燃料F的入口190和一個(gè)出口192。在形狀和裝配方面，它可以以一種類似于傳統(tǒng)點(diǎn)式燃料噴射器的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便于大體上可與之互換。作為當(dāng)前優(yōu)選的，這個(gè)實(shí)施例具有一個(gè)閥球在錐部?jī)?nèi)的(ball-in-cone)閥門(mén)組件144。一個(gè)類似于圖1所示類型的毛細(xì)管束115定位在噴射器外殼180的中心孔和噴射器中部殼體130內(nèi)。
毛細(xì)管束115被示出擁有許多毛細(xì)管流通管道112，每一個(gè)毛細(xì)管流通管道都有一個(gè)通過(guò)入口O形護(hù)圈113來(lái)定位的入口端114和一個(gè)終止于圓盤(pán)117并且通過(guò)噴射器中部殼體130保持在適當(dāng)位置上的的出口端116。入口護(hù)圈113通過(guò)O形橡皮圈111保持在適當(dāng)?shù)奈恢?，該O形橡皮圈密封住了從與入口端114流體連通的油源F來(lái)的燃料流。一個(gè)塑料聯(lián)接件170將入口部分190和毛細(xì)管束115的入口附接到噴射器中部殼體130上。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，毛細(xì)管束115被陶瓷套管131所包圍。
示意性示出的熱源120沿著每一個(gè)毛細(xì)管流通管道112布置。作為優(yōu)選的，每一個(gè)熱源120通過(guò)用一根由電阻性材料制成的管子構(gòu)成毛細(xì)管流通管道112來(lái)提供，當(dāng)一個(gè)電流源與這里在下面描述的管子相連時(shí)，每一個(gè)毛細(xì)管流通管道112的一部分就構(gòu)成了一個(gè)加熱器元件。每一個(gè)熱源120，正如可以理解的那樣，于是可用來(lái)將每一個(gè)毛細(xì)管流通管道112中的液體燃料加熱到一個(gè)足夠的水平，使得閃蒸在噴出噴孔152時(shí)發(fā)生并且在噴孔152處產(chǎn)生了一股大體上汽化了的燃料流。
在圖1的實(shí)施例中，毛細(xì)管束115可包括一個(gè)或更多的薄壁毛細(xì)管流通管道112。在這個(gè)實(shí)施例中，它們具有大約0.028-0.029英寸(0.07厘米)的內(nèi)徑和0.032英寸(0.08厘米)的外徑。毛細(xì)管流通管道112可以由不銹鋼或退過(guò)火的InconelTM(國(guó)際鎳業(yè)公司的一個(gè)商標(biāo))600管構(gòu)成，每一個(gè)毛細(xì)管流通管道都帶有一段從大約1.25英寸(3.17厘米)到大約2.50英寸(6.35厘米)的加熱長(zhǎng)度120。當(dāng)電流被供給毛細(xì)管束115時(shí)，每一個(gè)毛細(xì)管通道112的加熱源120都變熱。當(dāng)閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，加熱加壓后的燃料于是由于經(jīng)過(guò)噴孔152時(shí)突然的壓力下降而進(jìn)行閃蒸。
現(xiàn)在，管束115的一個(gè)優(yōu)選方案包括四根18/8不銹鋼(AISI Type304)管，該不銹鋼管具有0.029英寸(0.074厘米)的內(nèi)徑，0.032英寸(0.08厘米)的外徑，以及2.00英寸(5.1厘米)的加熱長(zhǎng)度。用于由四根不銹鋼管組成的管束的最佳功率水平在每100-150毫克/秒的平均燃料流量90-120瓦的范圍內(nèi)。陶瓷管131由94％的氧化鋁制成，并帶有包圍著管束115的0.085英寸(0.22厘米)的內(nèi)徑和0.104英寸(0.26厘米)的外徑。這個(gè)元件為毛細(xì)管既提供了電絕緣又提供了熱絕緣，但是主要的目的是提供對(duì)殼體130的電絕緣。
再參考圖5，一個(gè)質(zhì)量較小的球閥組件144由螺線管128來(lái)操作。螺線管128帶有可以與電接頭以任意傳統(tǒng)的方式相連的線圈繞組132。當(dāng)線圈繞組132通電時(shí)，磁場(chǎng)被引導(dǎo)穿過(guò)板146，該板與球140相連，因此導(dǎo)致它從圓錐形密封面142上抬起，暴露出一個(gè)噴孔152，并且允許燃料流過(guò)。當(dāng)切斷線圈繞組132的電力時(shí)，彈簧(圖中未示出)使板146和附接的球140返回它們的初始位置。該彈簧這樣來(lái)定尺寸，將球推壓上噴射器出口的圓錐形部分的彈簧力足以阻止加壓后的液體燃料流進(jìn)噴射器。
在一個(gè)可選擇的實(shí)施例中，螺線管元件(圖中未示出)可以被吸入線圈繞組132的中心來(lái)使球140抬起，該球可以與螺線管元件相連。由向線圈繞組132供電而引起的螺線管元件的移動(dòng)將導(dǎo)致球140離開(kāi)圓錐形密封面142，暴露出一個(gè)噴孔152，并且允許燃料流過(guò)。同樣，當(dāng)切斷線圈繞組132的電力時(shí)，彈簧(圖中未示出)使球140返回它的初始位置。
在離開(kāi)毛細(xì)管通道112的出口端116后，燃料流就被引導(dǎo)向燃料噴射器100的內(nèi)置閥球閥門(mén)組件144。如同傳統(tǒng)燃料噴射器的情況一樣，計(jì)量部分150包括螺線管操作的閥球在錐部?jī)?nèi)的計(jì)量閥組件144。致動(dòng)螺線管128來(lái)使板146和球140組件在打開(kāi)和關(guān)閉位置之間移動(dòng)的動(dòng)作用來(lái)計(jì)量離開(kāi)噴射器100的燃料流量。在離開(kāi)噴孔152后，燃料就流過(guò)一個(gè)圓錐煙囪形部分160以在大體上是液體燃料噴射的情況下產(chǎn)生所需的霧化噴射和噴射角。只要球與圓錐表面要形成密封，錐角的值可以跨越一個(gè)很寬的范圍，煙囪形部分160也用來(lái)讓噴射器100滿足傳統(tǒng)點(diǎn)式燃料噴射器對(duì)總長(zhǎng)度的要求。正如可以理解的那樣，噴射器100的正確操作在不包含煙囪形部分160的情況下也是可能的。
與毛細(xì)管束115進(jìn)行電連接以便于提供熱源120的當(dāng)前優(yōu)選方法是使用與毛細(xì)管112焊接上或以別的方式電連接上的金屬O形護(hù)圈113和金屬圓盤(pán)117。電線與噴射器中部殼體130相附接，該噴射器中部殼體與圓盤(pán)117和另一根與O形護(hù)圈113相附接電線存在電接觸。
圖6圖解示出了毛細(xì)管燃料噴射器100的外部立體圖。與螺線管128相連的電線176和與圖5中所示的毛細(xì)管束115相連的電線174端接于扁平接線片上。獨(dú)立的接頭主體被使用并且大約成90度地布置在噴射器外殼180上。因而，毛細(xì)管加熱器可以在不停用操作燃料噴射器球閥的螺線管的情況下通過(guò)拔掉一個(gè)插頭來(lái)斷開(kāi)物理連接。
總之，毛細(xì)管燃料噴射器可以在許多方面被不同的發(fā)動(dòng)機(jī)所使用以減少由于瞬態(tài)現(xiàn)象而產(chǎn)生的供油滯后。由于有很多種發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸和設(shè)計(jì)方案，所以每一種都將做不同的最優(yōu)化。然而，在幾乎所有的情形下對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的性能方面提供一些有用的改進(jìn)都應(yīng)該很簡(jiǎn)單。
通過(guò)利用一個(gè)特定的設(shè)計(jì)方案已經(jīng)論證了毛細(xì)管燃料噴射器的原理，應(yīng)該被理解的是使用一個(gè)電阻管來(lái)傳送燃料不是唯一的可能。任何能迅速加熱加壓后的燃料源的方法都可以獲得等效的結(jié)果，這樣在加熱后的燃料離開(kāi)孔式燃料噴射器的噴嘴時(shí)會(huì)發(fā)生閃蒸。
權(quán)利要求
1.一種帶有由燃料源供油的燃料噴射器的火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，其中，每一個(gè)燃料噴射器都有一個(gè)入口端和一個(gè)出口端、一個(gè)改良過(guò)的加速/減速瞬態(tài)控制器，其特征在于，帶有燃料加熱器的燃料調(diào)節(jié)裝置被設(shè)置在燃料源和燃料噴射器出口端之間，其中加熱器受到改良過(guò)的電子控制單元的控制以減少瞬態(tài)現(xiàn)象。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)型，其特征在于，帶有燃料加熱器的燃料調(diào)節(jié)裝置包括一根或更多的毛細(xì)管，優(yōu)選是四根毛細(xì)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改進(jìn)型，其特征在于，所述毛細(xì)管通過(guò)沿著毛細(xì)管壁通電來(lái)加熱，所述毛細(xì)管優(yōu)選由不銹鋼管制成，更優(yōu)選的是具有大約為0.08厘米的外徑，仍然更優(yōu)選的是具有大約為0.07厘米的內(nèi)徑和大約為5.0厘米的長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3中任一項(xiàng)所述的改進(jìn)型，其特征在于，所述燃料調(diào)節(jié)裝置提供了足夠的熱量來(lái)產(chǎn)生閃蒸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的改進(jìn)型，其特征在于，所述燃料調(diào)節(jié)裝置被陶瓷外殼所包圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的改進(jìn)型，其特征在于，所述改良過(guò)的電子控制單元與輸出廢氣氧含量傳感器相連并且包含了計(jì)算何時(shí)與化學(xué)計(jì)量的偏差超過(guò)臨界值的邏輯元件，而且如果是這樣超過(guò)的話，開(kāi)啟所述燃料加熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改進(jìn)型，其特征在于，所述改良過(guò)的電子控制單元還包括計(jì)算何時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷比部分負(fù)荷大的電路，而且如果是這樣大的話，停用燃料加熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的改進(jìn)型，其特征在于，所述改良過(guò)的電子控制單元與加速器踏板傳感器相連并且優(yōu)選與在踏板速度超過(guò)臨界值的時(shí)候會(huì)開(kāi)啟所述燃料加熱器的邏輯元件相連。
9.在一種擁有通過(guò)帶有燃料加熱器的燃料調(diào)節(jié)裝置來(lái)供油的燃料噴射器的火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)中，一種提供了改善的加速/減速瞬態(tài)響應(yīng)的方法，包含以下步驟1)按照常規(guī)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和調(diào)節(jié)噴射器線圈的脈沖寬度；2)如果廢氣氧含量傳感器指示出超過(guò)臨界值的稀或濃的狀態(tài)，那么3)開(kāi)啟所述燃料加熱器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，帶有燃料加熱器的燃料調(diào)節(jié)裝置包括一根或更多的毛細(xì)管，優(yōu)選是四根毛細(xì)管。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述毛細(xì)管通過(guò)沿著毛細(xì)管壁通電來(lái)加熱，所述毛細(xì)管優(yōu)選由不銹鋼管制成，更優(yōu)選的是具有大約為0.08厘米的外徑，仍然更優(yōu)選的是具有大約為0.07厘米的內(nèi)徑和大約為5.0厘米的長(zhǎng)度。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的改進(jìn)型，其特征在于，所述燃料調(diào)節(jié)裝置提供了足夠的熱量來(lái)產(chǎn)生閃蒸。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述燃料調(diào)節(jié)裝置被陶瓷外殼所包圍。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟2中稀和濃的氧含量臨界值并不相等。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的方法，還包括的其他步驟是1)確定與部分負(fù)荷相比燃料需求是否大于臨界值，而且如果是這樣的話，那么2)中止上述燃料加熱器的開(kāi)啟。
16.在一種火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)中，該內(nèi)燃機(jī)擁有一個(gè)通過(guò)加速器踏板來(lái)控制的油門(mén)以及擁有通過(guò)帶有燃料加熱器的燃料調(diào)節(jié)裝置來(lái)供油的燃料噴射器，一種提供了改善的加速/減速瞬態(tài)響應(yīng)的方法，包含以下步驟1)按照常規(guī)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和調(diào)節(jié)噴射器線圈的脈沖寬度；2)確定踏板位置在上述油門(mén)打開(kāi)方向上的變化速率是否超過(guò)預(yù)定值，而且如果是這樣的話；3)開(kāi)啟所述燃料加熱器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，帶有燃料加熱器的燃料調(diào)節(jié)裝置包括一根或更多的毛細(xì)管，優(yōu)選是四根毛細(xì)管。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述毛細(xì)管通過(guò)沿著毛細(xì)管壁通電來(lái)加熱，所述毛細(xì)管優(yōu)選由不銹鋼管制成，更優(yōu)選的是具有大約為0.08厘米的外徑，仍然更優(yōu)選的是具有大約為0.07厘米的內(nèi)徑和大約為5.0厘米的長(zhǎng)度。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述燃料調(diào)節(jié)裝置提供了足夠的熱量以產(chǎn)生閃蒸。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述燃料調(diào)節(jié)裝置被陶瓷外殼所包圍。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于改善火花點(diǎn)火式燃料噴射內(nèi)燃機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)的設(shè)備和方法。這通過(guò)使用一個(gè)或更多新型毛細(xì)管燃料噴射器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些裝置是通過(guò)在油管和傳統(tǒng)噴射器之間插入一根或更多直徑相對(duì)較小的管狀加熱毛細(xì)管(712)來(lái)改進(jìn)的點(diǎn)式燃料噴射器(700)。充分的加熱可以形成，以使得當(dāng)燃料離開(kāi)噴射器時(shí)會(huì)發(fā)生閃蒸。加熱器通過(guò)使用可以基于廢氣氧濃度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和加速器踏板位置的控制算法來(lái)開(kāi)啟。
文檔編號(hào)F02M53/02GK1761812SQ200480007082
公開(kāi)日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2004年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月15日
發(fā)明者J·-R·林納, P·帕爾默, J·P·梅洛, S·B·斯普拉格 申請(qǐng)人:菲利普莫里斯美國(guó)公司