專利名稱：微脈動式燃油噴射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微脈動式燃油噴射系統(tǒng)，尤其涉及一種使用于內(nèi)燃機(jī)引擎的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)。
按目前內(nèi)燃引擎使用的供油系統(tǒng)的主流可分為化油器供油系統(tǒng)，及電子噴射供油系統(tǒng)二種。如圖8所示，機(jī)械式化油器60是一種利用文氏管效應(yīng)將燃油自噴油孔吸出并霧化，化油器60主要包含一控制進(jìn)氣量的節(jié)流閥體70及一個控制主要油量的油針61。而使得燃油霧化后可隨著內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣混合后進(jìn)入到內(nèi)燃機(jī)的汽缸中，如圖9所示，電子燃油噴射供應(yīng)系統(tǒng)則是由一個電動燃油泵浦80將燃油加壓后，從一個噴油嘴81噴出，靠機(jī)械力量將燃油撕裂為油束和油粒，并以高速噴射進(jìn)入到進(jìn)氣歧管71的中，且使得噴出的燃油顆粒噴射隨著引擎進(jìn)氣進(jìn)入到汽缸中。
然而，傳統(tǒng)的化油器式供油系統(tǒng)發(fā)展至今，其構(gòu)造已變得相當(dāng)復(fù)雜且精密，因此使得化油器的制造困難且成本昂貴。化油器供油系統(tǒng)其運(yùn)作時(shí)，由于是由油針的斜度及引擎進(jìn)氣節(jié)流閥所控制的氣流流量來達(dá)到控制進(jìn)油量的目的，因此其不易精確控制供油量，也無法以電腦控制的方式控制供油量，而無法涵蓋廣泛的油量需求模式，甚至于無法做正確的油量補(bǔ)償。同時(shí)化油器在大油門的操作模式下，會使得燃油霧化的情形不佳，且容易造成噴口流道溢油，且容易有殘油聚積在汽缸進(jìn)氣道的情形，而形成濕壁現(xiàn)象。由于以上原因，使得傳統(tǒng)的化油器供油系統(tǒng)的構(gòu)造復(fù)雜，且成本昂貴，同時(shí)其無法達(dá)到精確控制引擎燃燒的功效。
另外，就燃油噴射供應(yīng)系統(tǒng)而言，其由于必須有加壓泵浦、高壓油路及、調(diào)壓閥、穩(wěn)壓器及噴嘴的構(gòu)造，因此使其整體使用的零組件相當(dāng)?shù)囟唷６矣捎谄涫褂玫挠蛪阂话慵s為3公斤/平方米以上，因此使其油路及泵浦等零組件必須特別注意密封的問題，才不會產(chǎn)生泄漏的情形，因此使得燃油噴射供油系統(tǒng)的構(gòu)造成本相當(dāng)昂貴，而由于其成本昂貴的關(guān)系，使得燃油噴射系統(tǒng)通常僅使用在汽車上，而重型機(jī)車的引擎因?yàn)椴捎闷囈娴脑O(shè)計(jì)，因此也相當(dāng)常見采用電子燃油噴射系統(tǒng)的構(gòu)造，然而在輕型機(jī)車的領(lǐng)域中，因?yàn)槌杀拘б娴膯栴}，目前僅有少數(shù)廠商開始用研究將燃油噴射系統(tǒng)應(yīng)用在輕型機(jī)車的上。
而且就安全性來看，燃油噴射系統(tǒng)由于其管路皆在具有壓力狀態(tài)下運(yùn)作，因此當(dāng)車輛產(chǎn)生碰撞，或是其他原因使得油路破裂時(shí)，則燃油將會從管路破裂的縫隙中急速噴出，而由于噴出的速度相當(dāng)快，因此燃油噴出后幾乎會成為霧狀，而噴出的油霧碰觸到火花或是引擎周邊的高熱元件(觸媒轉(zhuǎn)化器)時(shí)，便會立刻起火燃燒。因此使得該種燃油噴射系統(tǒng)的安全性相當(dāng)?shù)夭睢?br> 而且就燃燒效率來看，燃油噴射系統(tǒng)雖然可由電子控制技術(shù)，達(dá)到精確控制進(jìn)油量及較為精確的燃油補(bǔ)償?shù)哪康?，由于其燃油是以高壓高速方式噴出，因此燃油從噴嘴噴出時(shí)的顆粒相當(dāng)大且不均勻(一般在100up SMD-sanlt meandia以上)，因此使得燃料無法與空氣充分混合，而且其噴出的速度相當(dāng)快(在20米每秒)，因此使得燃油噴出后，必然會先行碰觸到汽缸進(jìn)氣道的管壁，因此使得噴射式燃油系統(tǒng)的濕壁及殘留油漬的情形更為嚴(yán)重。
微機(jī)電技術(shù)在近年來由于制程技術(shù)的大幅進(jìn)步，以及大量資源投入研究而有長足進(jìn)步，其中微型泵浦的發(fā)展更因噴墨式印表機(jī)的大量商品化應(yīng)用而成為微機(jī)電系統(tǒng)研究成果最為豐碩的產(chǎn)品與技術(shù)。
微型泵浦目前主要應(yīng)用于噴墨印表機(jī)的噴墨頭，其主要可分為熱泡式及壓電式二種，其中熱泡式微泵浦的構(gòu)造如圖6所示，其是在一個矽基板1上設(shè)置一多晶矽層2，在矽基板1上方及晶矽層2下方設(shè)置絕緣層8、9，在絕緣層8、9的中間為一金屬導(dǎo)線7，然后在多晶矽層2上涂附一層乾膜3，乾膜3上以蝕刻方式制造出流道及電路，并且制造出多數(shù)個噴射室4；然后再在乾膜表面貼附一層噴嘴板5，噴嘴板5是可以電鑄模技術(shù)制造而成，其上具有多數(shù)個與噴射室4相對應(yīng)的噴孔6。流體為可以經(jīng)由乾膜的流道進(jìn)入到噴射室的中，然后其由多晶矽下層的電路使多晶矽產(chǎn)生熱能，使得噴射室4中的流體瞬間熱后沸騰而產(chǎn)生氣泡，并由氣泡將液體急速地從噴孔6中噴射而出。
而壓電式微型泵浦的技術(shù)如圖7所示，其是在一基板1A上方設(shè)置一膜片2A，膜片2A與基板1A間為形成一空室3A，空室3A為可供流體進(jìn)入其中；同時(shí)于膜片2A上設(shè)置一壓電材料4A，其由壓電材料4A承受不同電壓時(shí)，產(chǎn)生物理的位移，而帶動該膜片2A上下震動，因此將空室內(nèi)的液體壓縮，而將液體從基板1A的噴孔噴出。
微型泵浦的主要特點(diǎn)，為其可以精確地控制流體的噴出量，且其噴嘴的尺寸相當(dāng)微小，因此噴出的流體系呈微小的顆粒狀，而達(dá)到良好的霧化效果。同時(shí)由于微型泵浦系以半導(dǎo)體制程制造而成，因此能夠在一個微小的單體上制造出數(shù)量非常多的噴嘴陣列，而且其量產(chǎn)的成本相當(dāng)?shù)土?。同時(shí)，微型泵浦通常是以毛細(xì)原理傳送流體，因此微型泵浦在運(yùn)作時(shí)能夠以流體自然壓力狀態(tài)下運(yùn)作，而不需要另外加壓，因此使得微型泵浦的流道及流體供應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)造相當(dāng)簡單。由于微型泵浦具有上述控制精確，且成本低廉的特點(diǎn)，因此其將來的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼮閺V泛。
本發(fā)明的目的是由噴射單元的微泵浦本身的驅(qū)動力量汲取燃油，而不需要另外加壓燃油，使得燃料供應(yīng)系統(tǒng)的外部供油管路能夠由油箱的位置差所造成的壓力來達(dá)到持續(xù)供應(yīng)燃油；另使燃油系統(tǒng)有效地使燃油與進(jìn)氣充分霧化，精確控制進(jìn)油量；控制從不同位置的噴射單元將燃料噴射進(jìn)入到節(jié)流閥進(jìn)氣通道的特定位置。
本發(fā)明的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)是這樣實(shí)現(xiàn)的包括一節(jié)流閥體，為裝置于一內(nèi)燃引擎汽缸的進(jìn)氣管道，用以控制空氣進(jìn)入該燃燒室的流量；一個或一個以上的油管，用以供應(yīng)燃油；一個或一個以上的噴射單元，為裝置于該節(jié)流閥體之上，各該噴射單元系與前述油管連接，且其分別具有多數(shù)個微泵浦，其可由該若干微泵浦的動作將前述油管傳送的燃油以微小顆粒狀噴射進(jìn)入該節(jié)流閥體的進(jìn)氣管道內(nèi)，而使得燃油顆粒與該節(jié)流閥體的進(jìn)氣混合后進(jìn)入該汽缸的燃燒室。
本發(fā)明由于采用微型泵浦燃油噴射，因此其運(yùn)作時(shí)，可以由噴射單元的微泵浦本身的驅(qū)動力量汲取燃油，而不需要另外加壓燃油，因此使得本發(fā)明的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的外部供油管路能夠由油箱的位置差所造成的壓力來達(dá)到持續(xù)供應(yīng)燃油，因此使得本發(fā)明的供油系統(tǒng)的管路壓力相當(dāng)?shù)氐?，而能夠避免燃油噴射系統(tǒng)的高壓油管容易破裂的危險(xiǎn)，而大幅地提高本發(fā)明的燃油噴射系統(tǒng)的安全性。
再者，本發(fā)明使用的噴射單元的構(gòu)造相當(dāng)簡單，又可以采用半導(dǎo)體相容制程制作而成，且其又不須使用加壓裝置及復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，因此使得本發(fā)明的整體成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的化油器及噴射燃油供應(yīng)裝置。而且本發(fā)明由微型泵浦的技術(shù)，可以將燃油彈射出來的顆?？刂圃谙喈?dāng)微小的尺寸，且能夠精確控制燃油噴射量，因此使得本發(fā)明的燃油噴射系統(tǒng)能夠有效地使得燃油與進(jìn)氣充分地霧化，且精確地控制進(jìn)油量，因此達(dá)到增進(jìn)引擎燃燒效率。
同時(shí)，本發(fā)明可以再進(jìn)一步地由將噴射單元以特定的陣列形狀安排設(shè)置在引擎節(jié)流閥體的特定位置，再藉由控制電路的控制，使得每次引擎進(jìn)氣時(shí)，可以由控制從不同位置的噴射單元將燃料噴射進(jìn)入到節(jié)流閥進(jìn)氣通道的特定位置，而使得節(jié)流閥在特定較大油門開度時(shí)，進(jìn)氣歧管的特定區(qū)域可形成油氣濃度呈層狀分布的效果，而獲致層狀充氣的情形，以獲得稀油燃燒的功效。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
圖面說明


圖1為本發(fā)明的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)的整體構(gòu)造示意圖。
圖2為本發(fā)明使用的噴射單元的正面放大后的構(gòu)造示意圖。
圖3為本發(fā)明的控制訊號示意圖。
圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的構(gòu)造示意圖。
圖5為本發(fā)明第三實(shí)施例的構(gòu)造示意圖。
圖6為傳統(tǒng)的熱泡式微型泵浦的構(gòu)造示意圖。
圖7為傳統(tǒng)的壓電式微型泵浦的構(gòu)造示意圖。
圖8為傳統(tǒng)的化油器燃油供應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)造示意圖。
圖9為傳統(tǒng)的噴射燃油供應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)造示意圖。圖號說明1 基板 2 多晶矽層3 干膜 4 噴射室5 噴嘴板6 噴孔7 金屬導(dǎo)線 8 絕緣層9 絕緣層1A 基板1A 膜片 3A 空室4A 壓電材料 10 噴射單元11 微泵浦 12 噴嘴20 汽缸 30 節(jié)流伐體31 進(jìn)氣道 32 安裝座33 伐門 40 控制裝置41 驅(qū)動裝置 50 油桶51 管路 60 化油器 61 油針 70 節(jié)流伐體71 進(jìn)氣歧管 80 燃料泵 81 噴油嘴如圖1所示，本發(fā)明的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)主要包括若干噴射單元10，是以特定陣列形狀安裝于一汽缸20的節(jié)流閥體30的上；及一控制裝置40，為用以控制該若干噴射單元10的作動及一油桶50，系用以儲存燃油，及若干個將燃料從油桶50輸送到該若干噴射單元10的管路51。
其中節(jié)流閥體30是設(shè)置在汽缸20的進(jìn)氣歧管上，其具有一個進(jìn)氣道31，是可與一空氣濾清器連接，以供氣流經(jīng)由該進(jìn)氣道31進(jìn)入該汽缸20的燃燒室中，及一閥門33，為設(shè)置于該進(jìn)氣道31之中，用以控制進(jìn)入該汽缸20的氣流的流量。
如圖2所示每一個噴射單元10上設(shè)置有多數(shù)個微泵浦11，而每一個微泵浦11上又分別具有一噴孔12，而形成一噴嘴陣列。該若干微泵浦11系可采用熱泡式微泵浦，也可以采用壓電式的微泵浦。該噴射單元10是由該控制裝置40控制其動作，該控制裝置40具有多數(shù)個偵測器，可偵測引擎的轉(zhuǎn)速、溫度、節(jié)流閥門33的位置等資料，然后經(jīng)由控制裝置40的中央處理器運(yùn)算后，再發(fā)出一控制訊號，經(jīng)由一驅(qū)動裝置41驅(qū)動該若干噴身單元10的微泵浦11配合引擎運(yùn)轉(zhuǎn)的特定時(shí)機(jī)產(chǎn)生燃油噴射的動作。
如圖3所示，為本發(fā)明的噴射單元10的控制訊號圖，其中訊號A代表引擎運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)序，當(dāng)引擎運(yùn)轉(zhuǎn)的每一個行程中或每一個動作行程中的特定位置，皆會產(chǎn)生一運(yùn)轉(zhuǎn)訊號A。而控制裝置40依照該訊號A并接收其他偵測器所搜集到的數(shù)據(jù)資料后，經(jīng)由運(yùn)算處理后，發(fā)出啟動噴射單元10的訊號B，該訊號B傳遞給該驅(qū)動裝置41，該驅(qū)動裝置41再產(chǎn)生一連串的脈動訊號C，驅(qū)動該噴射單元10的微泵浦11產(chǎn)生噴射動作。該脈動訊號C為具有固定的頻率，因此可以驅(qū)動該噴射單元10以固定的頻率產(chǎn)生動作。
而該訊號C的作用時(shí)間是取決于該訊號B的時(shí)間長度，因此該控制裝置40可以由其所發(fā)出的訊號B的長度控制微泵浦11噴射油量的多少，當(dāng)該控制裝置40發(fā)出訊號B時(shí)，該噴射單元10為可以固定的頻率產(chǎn)生燃油噴射的動作，而將燃油彈射進(jìn)入到節(jié)流閥體30中。本發(fā)明由于在節(jié)流閥上設(shè)置有一組或一組以上的噴射單元10，因此本發(fā)明可以選擇從多個噴射單元10的其中的一供油。而當(dāng)本發(fā)明從不同的噴射單元10供油時(shí)，由于每一個噴射單元10裝置在節(jié)流閥體進(jìn)氣道的不同位置，因此可以達(dá)到從節(jié)流閥進(jìn)氣道不同位置噴射燃油的目的，而使得燃油隨著引擎的進(jìn)氣進(jìn)入到汽缸的燃燒室的時(shí)候，可以產(chǎn)生燃燒室內(nèi)局部區(qū)域的油氣濃度較濃的情形，因此可以達(dá)到所謂的層狀供油稀油燃燒效果，而提升引擎的燃燒效率，并減低污染及耗油。
前述的噴射單元10由于具有多數(shù)個微小的微型泵浦的噴口，因此使其所噴射出來的燃油的顆?？梢韵喈?dāng)?shù)匦?，慣性也較小，而且其所噴出的燃油顆粒的速度也較為緩慢(一般約為5米每秒的速度)，因此使得燃油顆粒噴出后能夠輕易地懸浮在節(jié)流閥體的進(jìn)氣管的中，而不會聚積在節(jié)流閥進(jìn)氣道的管壁上，因此可有效地改善傳統(tǒng)化油器及噴射燃油系統(tǒng)常見的濕壁及霧化不良的現(xiàn)象。
而且，由于微型泵浦的運(yùn)作狀況相當(dāng)穩(wěn)定，其可以精確地控制燃油的噴射量，因此使得本發(fā)明的燃油噴射系統(tǒng)可以相當(dāng)精確地控制適當(dāng)?shù)挠土窟M(jìn)入到汽缸中，因此而能夠提升引擎燃料的燃燒效率。
前述的噴射單元10由于其可以由為泵浦11的能量來汲取燃油，并將燃油霧化噴射，因此其燃油的供應(yīng)可以由油桶50與節(jié)流間體30的高低位置差來將燃油輸送到噴射單元10，不須要使用燃油泵浦來加壓送油，因此使得本發(fā)明的燃油噴射系統(tǒng)在車輛發(fā)生碰撞，而使得燃油管路破裂時(shí)，也不會因?yàn)楣苈返膲毫Χ沟萌加蛧姵鲮F化，因此可以避免燃油霧化后爆炸燃燒的危險(xiǎn)，而大幅地提高本發(fā)明的燃油噴射系統(tǒng)的安全性。
圖1所示的實(shí)施例中，是將噴射單元10以環(huán)狀排列裝置在節(jié)流閥體30前端的進(jìn)氣道31的管壁上，且將燃油以朝向進(jìn)氣道31中心的方向噴射，然而實(shí)際上本發(fā)明的噴射單元10的安裝方式具有相當(dāng)大的彈性，例如該噴射單元10能夠以不同的排列方式安裝于節(jié)流閥體30的上，且其除了可安裝在節(jié)流閥體30前端的進(jìn)氣道31外，更可以如圖4所示地將噴射單元10安裝在節(jié)流閥體30的后段與汽缸連接的管路上或者如圖4所示實(shí)施例，在節(jié)流閥體30進(jìn)氣道31的內(nèi)部裝置一錐形的安裝座32，并將該若干噴射單元10裝置在安裝座32的外側(cè)，而使得該若干噴射單元10能夠以從進(jìn)氣道31中心向外噴射的方向噴射燃油?？偠灾?，該噴射單元10系可以配合引擎進(jìn)氣管路的不同氣體動力配置，以及為了達(dá)到不同燃燒控制效果，而裝置在不同的位置。
權(quán)利要求
1.一種微脈動式燃油噴射系統(tǒng)，其中包括一節(jié)流閥體，為裝置于一內(nèi)燃引擎汽缸的進(jìn)氣管道，用以控制空氣進(jìn)入該燃燒室的流量；一個或一個以上的油管，用以供應(yīng)燃油；其特征在于一個或一個以上的噴射單元，為裝置于該節(jié)流閥體之上，各該噴射單元系與前述油管連接，且其分別具有多數(shù)個微泵浦，其可由該若干微泵浦的動作將前述油管傳送的燃油以微小顆粒狀噴射進(jìn)入該節(jié)流閥體的進(jìn)氣管道內(nèi)，而使得燃油顆粒與該節(jié)流閥體的進(jìn)氣混合后進(jìn)入該汽缸的燃燒室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)，其中該噴射單元的微泵浦為熱泡式微泵浦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)，其中該噴射單元的微泵浦為壓電式微泵浦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)，其中更進(jìn)一步包括一控制裝置，該控制裝置可偵測該內(nèi)燃引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，并將該若干參數(shù)運(yùn)算后，控制該若干噴射單元產(chǎn)生噴射燃油的動作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)，其中該若干噴射單元系裝置于該節(jié)流閥的進(jìn)氣管道的外側(cè)，且朝向該進(jìn)氣管道的中心方向噴射燃油。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)，其中該若干噴射單元裝置于一個設(shè)置在該節(jié)流板的進(jìn)氣管道中心的安裝座，且從該進(jìn)氣管道的中央朝向外側(cè)噴射燃油。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)，其中該若干噴射單元裝置于該節(jié)流閥的進(jìn)氣管道的前段管路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)，其中該若干噴射單元裝置于該節(jié)流閥與該汽缸連接的管路上。
9.一種微脈動式燃油噴射系統(tǒng)，其特征是包括一個或一個以上的噴射單元，為裝置于進(jìn)氣管道的管壁之上，該噴射單元有一個或一個以上的微泵浦，其可由該微泵浦汲取燃油，并將燃油微小顆粒彈射進(jìn)入該節(jié)流閥體中，使得燃油懸浮于節(jié)流閥體的進(jìn)氣的，并隨著該氣流進(jìn)入到該內(nèi)燃引擎的汽缸中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)，其中該噴射單元系以環(huán)狀排列設(shè)置于該節(jié)流閥體之上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)，其中該噴射單元系以一驅(qū)動裝置產(chǎn)生一連串訊號驅(qū)動噴射單元上多數(shù)微泵浦噴油。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統(tǒng)，其中該噴射單元安裝在節(jié)流合體的后段汽缸連接的管路上。
全文摘要
一種微脈動式燃油噴射系統(tǒng),其中包括一節(jié)流閥,裝置于一內(nèi)燃引擎汽缸的進(jìn)氣管道,用以控制空氣進(jìn)入燃燒室的流量;若干噴射單元,裝置于節(jié)流閥的上面,各噴射單元分別具有多數(shù)個微泵浦,其可由微泵浦的動作汲取燃油,并將燃油以微小顆粒狀噴射進(jìn)入節(jié)流閥的進(jìn)氣管道內(nèi),而使得燃油顆粒與節(jié)流闊的進(jìn)氣混合后進(jìn)入汽缸的燃燒室;其由一控制裝置偵測引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)后,再由一驅(qū)動裝置驅(qū)動噴射單元將適當(dāng)?shù)挠土繃娚溥M(jìn)入節(jié)流閥中,可以達(dá)到精確控制燃油量,而提升燃燒效率。
文檔編號F02M51/04GK1389643SQ0111861
公開日2003年1月8日 申請日期2001年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月4日
發(fā)明者彭毓瑩 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院