專利名稱：智能燃油噴射器及其控制、使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，涉及燃料噴射器，尤其是可根據(jù)不同燃料理化特性、運(yùn)行工況 調(diào)節(jié)燃料噴射規(guī)律的燃料噴射器。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，我國對石油的社會需求大幅度增長。石油對外依存度急劇上 升，甚至威脅到國家能源戰(zhàn)略安全，同時環(huán)保壓力也會日益增大?；剂先紵a(chǎn)生的二 氧化碳排放會造成溫室效應(yīng)。因此調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展環(huán)保的替代能源已成為中國經(jīng)濟(jì)可持 續(xù)發(fā)展的重要前提。然而在未來可替代能源的選擇性上，幾乎所有汽車廠商都認(rèn)定一點(diǎn)沒 有唯一，只有更多。因此尋求多種解決方式是目前可行的出路。然而，受制于傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的 結(jié)構(gòu)，很多替代能源還無法在汽車上得到廣泛應(yīng)用。這無疑給替代能源的推廣帶來巨大阻力。
目前，學(xué)界已提出了 Smart Engine的設(shè)想，即在同一種發(fā)動機(jī)上使用不同燃料，以促進(jìn)替代 能源的發(fā)展。智能燃料噴射系統(tǒng)作為Smart Engine的核心功能部件之一，在設(shè)計(jì)上面臨巨大 的挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)外對該方面的研究還停留在原有的發(fā)動機(jī)上不改變噴射裝置的前提下進(jìn)行 兩種燃料的摻混，例如汽油機(jī)上實(shí)現(xiàn)汽油或乙醇汽油混合燃料使用，傳統(tǒng)汽油機(jī)改造為氫氣/ 天然氣(CNG)/石油液化氣(LPG)和汽油的雙燃料發(fā)動機(jī)，乙醚或生物柴油與柴油混合在柴油機(jī) 上使用等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于多種燃料噴射的智能燃料噴射器，解決現(xiàn)有智能燃料 噴射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上只能實(shí)現(xiàn)兩種相近燃料摻混的問題。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種智能燃料噴射器，包括噴射器體、噴油嘴及調(diào)壓裝置，噴油嘴是由一根尖端階梯 式的針閥和針閥體組成，與之相應(yīng)噴油嘴端開有噴孔。
進(jìn)一步，所述噴油嘴是由一根尖端三級階梯式的針閥和針閥體組成，與之相應(yīng)噴油嘴端 開有三排噴孔，且各排噴孔的角度各不相同，以滿足不同工況、不同燃燒模式下的噴射要求。
所述的智能燃料噴射器的控制方法，通過ECU向壓電晶體發(fā)出開啟指令，壓電晶體在電 場作用下發(fā)生負(fù)壓電效應(yīng)，產(chǎn)生形變、長度縮短，其縮短量通過電場強(qiáng)度來控制；當(dāng)壓電晶
體長度縮短后，針閥在噴油射嘴腔高壓燃料的作用力下抬升，升程大小即為壓電晶體形變大
小；不同的形變大小對應(yīng)于不同的針閥升程大小，由此控制開啟的噴孔數(shù)目，實(shí)現(xiàn)改變噴射 量和改善噴射效果的目的。
所述的智能燃料噴射器的使用方法對液體燃料(汽油、柴油、生物柴油、乙醇、甲醇、 乙醚等)采用缸內(nèi)直接高壓噴射方式；對于難以液化的氣體燃料，如天然氣和氫氣等則采用 進(jìn)氣道噴射的方式，氣體燃料的噴射采用專門的氣體噴射電磁閥來控制。
3由于采用上述方案，本發(fā)明最突出的優(yōu)點(diǎn)在于能滿足多種燃料的噴射要求，它可以根據(jù) 不同燃料類型、不同燃燒模式、不同發(fā)動機(jī)工況，自動改變噴射壓力、開啟噴孔的數(shù)量和噴 射規(guī)律等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)高效率低排放運(yùn)行。


圖1是本發(fā)明智能燃油噴射器的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中l(wèi)為壓電晶體電極、2為高壓管路、3為噴射器體、4為針閥回位彈簧、5為噴油 嘴、6為第一排噴孔、7為第三排噴孔、8為第二排噴孔、9為針闊、IO為低壓管路、11為壓 電晶體
圖2單排噴孔開啟模式示意圖。 圖3雙排孔開啟模式示意圖。 圖4噴孔全開模式示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
該智能燃料噴射器主要包括噴射器體3、噴油嘴5及調(diào)壓裝置等三部分，通過ECU向壓 電晶體ll發(fā)出開啟指令，壓電晶體ll在電場作用下發(fā)生負(fù)壓電效應(yīng)，產(chǎn)生形變、長度縮短， 其縮短量通過電場強(qiáng)度來控制。當(dāng)壓電晶體ll長度縮短后，針閥9在噴油射嘴腔高壓燃料的 作用力下抬升，升程大小即為壓電晶體11形變大小。不同的形變大小對應(yīng)于不同的針閥9升 程大小，由此控制開啟的噴孔數(shù)目，實(shí)現(xiàn)改變噴射量和改善噴射效果的目的。
如圖1所示，沿軸向從上向下依次安裝壓電晶體電極l，壓電晶體ll，針閥回位彈簧4， 針閥9。壓電晶體ll與壓電晶體l電極首尾相接，針閥回位彈簧4頂住針閥承壓面，高壓油 路5從噴油氣3體左側(cè)進(jìn)入噴油嘴內(nèi)部靠近噴孔的位置，低壓油路10從噴油器5體右側(cè)進(jìn)入 噴油器體5靠近針閥回位彈簧4的位置。在噴油嘴5底部從上向下依次開三排噴孔，噴空數(shù) 量分別6、 3、 4。
該智能燃料噴射器有三種工作模式(單排孔開啟模式、雙排孔開啟模式和噴孔全開模式)。 l.單排孔開啟模式
在單排孔開啟模式中，開啟噴孔為第一排噴孔6，這是是由運(yùn)行工況需求和燃燒模式確 定的。
單排孔開啟模式工作過程可分為四個階段噴射器關(guān)閉(靜止?fàn)顟B(tài))；第一排噴孔6開啟， 即噴射器開啟(噴射起點(diǎn))；第一排噴孔6完全開啟；噴射器關(guān)閉(噴射終點(diǎn))。 A:噴射器關(guān)閉(靜止?fàn)顟B(tài))
當(dāng)噴射器處于非工作狀態(tài)時，壓電晶體11處于斷電狀態(tài)，壓電晶體ll上沒有施加控制 電場，因此壓電晶體ll沒有產(chǎn)生形變。盡管噴油嘴5腔高壓燃料對針閥9承壓面作用向上的 作用力，但壓電晶體11抵住針閥9上端不讓其打開。此時針閥回位彈簧4向下作用力作用下， 針閥9被緊緊壓在閥座上，此時噴油嘴5關(guān)閉。
B:第一排噴孔6開啟，噴射器開啟(噴射起點(diǎn))
當(dāng)ECU向噴射器壓電晶體兩電極1輸入開啟脈沖電壓時，壓電晶體11在電場的作用下產(chǎn) 生負(fù)壓電效應(yīng)，壓電晶體ll產(chǎn)生形變收縮。壓電晶體ll軸向長度變短，針閥9在噴油嘴腔 高壓燃料向上的作用力下，克服針闊回位彈簧4作用力，逐漸提升直至第一排噴孔6開啟，噴射器處于工作狀態(tài)。
由于作用在壓電晶體兩端電極1上的電場只能產(chǎn)生第一排噴孔6開啟升程大小的形變， 所以針閥9雖然提起一定高度，但第二、三排噴孔仍然沒有打開，仍處于封閉狀態(tài)。 C:第一針閥完全開啟
如圖2所示，當(dāng)壓電晶體ll在電場作用下逐漸產(chǎn)生形變時，噴油嘴腔高壓燃料對針閥9 承壓面作用向上的作用力推動針閥9上升直至其最大升程。此時第一排噴孔6打開，噴射器 噴射。通過控制電場大小，使壓電晶體11的形變沒有達(dá)到第二、三噴孔開啟時針閥9的升程， 因此它們?nèi)匀槐３株P(guān)閉。
D:第一針閥關(guān)閉，噴射器關(guān)閉(噴射終點(diǎn))
當(dāng)ECU發(fā)出噴射結(jié)束指令時，噴射器驅(qū)動電路立即置壓電晶體1維持電壓為零，壓電晶 體電極1兩端的電場快速衰減，壓電晶體11形變消失恢復(fù)原始長度。此時壓電晶體11作用 在第一針閥上端橫截面上的壓力也增加，當(dāng)該壓力與第一針閥回位彈簧4作用力之和大于噴 油嘴腔高壓燃料作用在針閥9承壓面上的作用力時，針閥9開始落座，第一排噴孔6關(guān)閉， 噴射器停止噴射。
上述為智能燃料噴射器單排孔開啟模式的工作過程。整個過程是通過壓電晶體11來間接 控制針閥9開啟與關(guān)閉及針閥9升程大小。相比較后兩種工作模式，即雙排孔開啟模式和噴 孔全開模式，單排孔開啟模式的噴射量是最少的。
2. 雙排孔開啟模式
雙排孔開啟模式的目的在于 一.通過加大噴射量確保能量密度相對較低的燃料的動力性 能，通過增加噴射量來提高功率；二.在高負(fù)荷工況時，需要提供更多的燃料來保證高負(fù)荷的 功率要求。
如圖3所示，雙排孔開啟模式的工作原理類似于單排孔開啟模式，不同點(diǎn)在于雙排孔模 式針閥9升程高度大于單排噴孔針閥9的升程，實(shí)現(xiàn)同時打開兩組噴孔噴射。該種開啟模式 相比單排孔開啟模式而言，其噴射量增大。
3. 噴孔全開模式
如圖4所示，噴孔全開模式原理類同于前兩種工作模式。當(dāng)雙排孔開啟模式噴射量無法 滿足功率需要時，則智能燃料噴射器進(jìn)入噴孔全開模式，三排噴孔同時開啟，實(shí)現(xiàn)最大的噴 射量。
上述三種工作模式基本工作原理是相同的，即通過ECU向壓電晶體11發(fā)出開啟指令，壓 電晶體ll在電場作用下發(fā)生負(fù)壓電效應(yīng)，產(chǎn)生形變、長度縮短，其縮短量通過電場強(qiáng)度來控 制。當(dāng)壓電晶體ll長度縮短后，針閥9在噴油射嘴腔高壓燃料的作用力下抬升，升程大小即 為壓電晶體ll形變大小。
上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉 本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng) 用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種智能燃料噴射器，其特征在于包括噴射器體、噴油嘴及調(diào)壓裝置，噴油嘴是由一根尖端階梯式的針閥和針閥體組成，與之相應(yīng)噴油嘴端開有噴孔。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能燃料噴射器，其特征在于所述噴油嘴是由一根尖端三級 階梯式的針閥和針閥體組成，與之相應(yīng)噴油嘴端開有三排噴孔，且各排噴孔的角度各不相同， 以滿足不同工況、不同燃燒模式下的噴射要求。
3、 權(quán)利要求1所述的智能燃料噴射器的控制方法，其特征在于通過ECU向壓電晶體發(fā) 出開啟指令，壓電晶體在電場作用下發(fā)生負(fù)壓電效應(yīng)，產(chǎn)生形變、長度縮短，其縮短量通過 電場強(qiáng)度來控制；當(dāng)壓電晶體長度縮短后，針閥在噴油射嘴腔高壓燃料的作用力下抬升，升 程大小即為壓電晶體形變大?。徊煌男巫兇笮?yīng)于不同的針閥升程大小，由此控制開啟 的噴孔數(shù)目，實(shí)現(xiàn)改變噴射量和改善噴射效果的目的。
4、 權(quán)利要求1所述的智能燃料噴射器的使用方法，其特征在于對液體燃料釆用缸內(nèi)直 接高壓噴射方式；對于難以液化的氣體燃料采用進(jìn)氣道噴射的方式；對氣體燃料采用氣體噴 射電磁閥來控制噴射的方式。
全文摘要
一種智能燃料噴射器，包括噴射器體、噴油嘴及調(diào)壓裝置，噴油嘴是由一根尖端階梯式的針閥和針閥體組成，與之相應(yīng)噴油嘴端開有噴孔。進(jìn)一步，所述噴油嘴是由一根尖端三級階梯式的針閥和針閥體組成，與之相應(yīng)噴油嘴端開有三排噴孔，且各排噴孔的角度各不相同。通過ECU向壓電晶體發(fā)出控制指令，由此控制開啟的噴孔數(shù)目，實(shí)現(xiàn)改變噴射量和改善噴射效果的目的。本發(fā)明最突出的優(yōu)點(diǎn)在于能滿足多種燃料的噴射要求，它可以根據(jù)不同燃料類型、不同燃燒模式、不同發(fā)動機(jī)工況，自動改變噴射壓力、開啟噴孔的數(shù)量和噴射規(guī)律等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)高效率低排放運(yùn)行。
文檔編號F02D41/30GK101592105SQ200910053438
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者吳志軍, 胡晨暉, 原 高, 雅 高, 黃魏迪 申請人:同濟(jì)大學(xué)