蒸气测量的制作方法

专利名称：蒸气测量的制作方法
技术领域：
本发明涉及蒸气测量，具体而言，涉及用于测量在由内燃机的燃料喷射系统所传 送的燃料供给中存在多少燃料蒸气的装置。
背景技术：
GB-A-2421543描述了一种燃料喷射系统，其包括用作正排量泵的燃料喷射器，该 喷射器对于该喷射器的每次操作所分配的燃料的量是固定的。控制器控制燃料喷射器的操 作，在至少大多数发动机循环的每一个循环中燃料喷射器通过控制器多次操作。响应于增 加的发动机速度和/或负荷，控制器通过增加每个发动机循环中操作燃料喷射器的次数来 增加每个发动机循环中传送的燃料量。响应于减小的发动机速度和/或负荷，控制器通过 减少每个发动机循环中操作燃料喷射器的次数来减少每个发动机循环中传送的燃料量。燃 料喷射器包括形成有燃料室的壳体；电子线圈；以及活塞，其在电子线圈的作用下在壳体 内的空腔中轴向滑动，以迫使燃料离开燃料室，该活塞在两个端部挡块之间滑动，确保了活 塞在每次操作中具有设定的行程。汽油燃料在内燃机中在正常工作温度下易于蒸发。这对于发动机燃料喷射系统的 操作产生有害的影响。由于燃料中有蒸气存在，因此喷射器没有喷射足量的燃料供给，而是 可在喷射了更少量的燃料量时就停止。在传统的脉宽调制(PWM)燃料喷射系统中，已经意 识到了上述问题，并且试图通过如下方式解决该问题采用高压燃料供应管路；通过将燃 料保持在高压下，最小化供应管路中的燃料蒸气。

发明内容
本发明第一方面提供一种内燃机，所述内燃机包括可变容积的燃烧室；进气系统，用于将增压空气传送到所述燃烧室；排气系统，用于将已燃气体从所述燃烧室传送到大气；以及燃料喷射系统，用于将燃料传送到所述增压空气，以与所述增压空气一起在所述 燃烧室内燃烧，其中，所述燃料喷射系统包括用作正排量泵的燃料喷射器，所述燃料喷射器包括形成有泵送室的壳体；电子 线圈；在所述电子线圈的作用下在所述壳体内的空腔中轴向滑动的活塞；以及作用在所述 活塞上的偏压弹簧；以及控制所述燃料喷射器的操作的控制器，其中在至少大多数发动机循环的每个循环中所述燃料喷射器通过所述控制器被多次 操作；响应于增加的发动机速度和/或负荷，所述控制器通过增加每个发动机循环操作 所述燃料喷射器的次数来增加每个发动机循环传送的燃料的量；
响应于降低的发动机速度和/或负荷，所述控制器通过减少每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数来减少每个发动机循环传送的燃料的量；所述活塞沿第一方向的运动将燃料吸入到泵送室，所述活塞沿相反方向的运动将流体从所述泵送室排出；所述活塞在弹簧作用下的运动在所述线圈中产生电压；控制器利用由所述活塞在弹簧作用下的运动产生的电压来确定关于所述泵送室中存在的燃料蒸气量的指示；并且所述控制器根据所指示的燃料蒸气量来调节所述喷射器的操作，所述控制器响应于增加的燃料蒸气量的指示而增加每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数。本发明的第二方面提供一种内燃机，包括可变容积的燃烧室；进气系统，用于将增压空气传送到所述燃烧室；排气系统，用于将已燃气体从所述燃烧室传送到大气；以及燃料喷射系统，用于将燃料传送到所述增压空气，以与所述增压空气一起在所述 燃烧室内燃烧，其中，所述燃料喷射系统包括用作正排量泵的燃料喷射器，所述燃料喷射器包括形成有泵送室的壳体；电子 线圈；隔膜形式的活塞，所述活塞可在所述电子线圈的作用下抵抗所述隔膜的弹力而移位， 所述弹力然后使所述隔膜回复到未发生移位的状态；以及控制所述燃料喷射器的操作的控制器；其中在至少大多数发动机循环的每个循环中所述燃料喷射器通过所述控制器被多次 操作；响应于增加的发动机速度和/或负荷，所述控制器通过增加每个发动机循环操作 所述燃料喷射器的次数来增加每个发动机循环传送的燃料的量；响应于降低的发动机速度和/或负荷，所述控制器通过减少每个发动机循环操作 所述燃料喷射器的次数来减少每个发动机循环传送的燃料的量；所述活塞沿第一方向的移位将燃料吸入到泵送室，所述活塞沿相反方向的移位将 流体从所述泵送室排出；所述活塞在其弹力作用下的回复在所述线圈中产生电压；控制器利用由所述活塞在其弹力作用下的运动产生的电压来确定关于所述泵送 室中存在的燃料蒸气量的指示；并且所述控制器根据所指示的燃料蒸气量来调节所述喷射器的操作，所述控制器响应 于增加的燃料蒸气量的指示而增加每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数。本发明的第三方面提供一种燃料喷射方法，所述方法用于传送燃料，以用于在内 燃机的燃烧室内燃烧，所述方法包括对于每个发动机操作循环中的选定数量的燃料传送循环，顺序地将用于传送到燃 烧室中的燃料吸入到泵送室然后从所述泵送室分配所述燃料；通过弹簧加载的活塞的移位将燃料吸入所述泵送室并从所述泵送室分配燃料；通过施加电磁力使所述弹簧加载的活塞移位，从而使得所述活塞抵抗弹簧发生移位，然后通过弹簧力使得所述活塞回复；通过所述活塞在弹簧力的作用下的回复产生电信号；利用所产生的电信号来确定所述泵送室中的燃料蒸气量；以及根据所确定的燃料蒸气量调节每个发动机操作循环中的燃料传送循环的选定数量。如GB-A-2421543中所述那样的脉冲计数喷射器(PCI)燃料喷射系统没有采用高压燃料供给管。燃料室内会存在燃料蒸气，并且在每次喷射器的操作中所传送的燃料量取 决于所述蒸气量。本发明能测量所述燃料蒸气的百分比，并且能允许调整喷射器的操作，也 就是说，在发动机机循环内喷射器的操作次数能被增加以补偿在每次燃料充量传送中存在 的燃料蒸气，这样对于发动机循环能传送修正的燃料量。本发明的第四方面提供一种流体测量设备，包括泵送室；流体入口，流体经由所述流体入口吸入所述泵送室中；流体出口，流体经由所述流体出口从所述泵送室排出；第一单向阀，所述第一单向阀允许流体从所述流体入口流入所述泵送室，同时防 止流体从所述泵送室回流到所述流体入口 ；第二单向阀，所述第二单向阀允许流体从所述泵送室流出到所述流体出口，同时 防止流体从所述流体出口回流到所述泵送室中；电子线圈；活塞，所述活塞在所述电子线圈的作用下沿着壳体内的空腔沿第一方向轴向滑 动；偏压弹簧，所述偏压弹簧作用在所述活塞上，使得所述活塞沿着所述空腔沿与所 述第一方向相反的第二方向滑动；以及电子控制器，所述电子控制器控制所述设备的操作，其中所述活塞沿一个方向的运动将流体吸入所述泵送室，所述活塞沿相反方向的运动 将流体从所述泵送室排出；所述活塞在所述弹簧的作用下的运动在所述线圈中产生电压，所述电压作为测量 信号通过所述测量设备输出。本发明的第五方面提供一种流体测量设备，包括泵送室；流体入口，流体经由所述流体入口吸入所述泵送室中；流体出口，流体经由所述流体出口从所述泵送室排出；第一单向阀，所述第一单向阀允许流体从所述流体入口流入所述泵送室，同时防 止流体从所述泵送室回流到所述流体入口 ；第二单向阀，所述第二单向阀允许流体从所述泵送室流出到所述流体出口，同时 防止流体从所述流体出口回流到所述泵送室中；电子线圈；隔膜形式的活塞，所述活塞可在所述电子线圈的作用下抵抗所述隔膜隔膜的弹力 发生移位，然后所述弹力使所述隔膜回复到未发生移位的状态；以及
电子控制器，所述电子控制器控制所述设备的操作；其中所述活塞沿一个方向的移位将流体吸入所述泵送室，所述活塞沿相反方向的移位将流体排出所述泵送室；由所述隔膜的弹力导致的所述活塞的回复在所述线圈中产生电压，所述电压作为测量信号通过所述测量设备输出。本发明的第六方面提供一种测量流体的方法，所述方法包括将流体吸入流体室；然后将所述流体排出泵送室；通过弹簧加载的活塞的移位将流体吸入和排出所述泵送室；通过抵抗弹簧力对活塞施力使活塞移位，然后利用所述弹簧力使所述活塞回复；利用活塞在弹簧力的作用下的移位产生电信号，该信号输出用作测量信号。虽然本发明在本文中被描述为特别用于燃料喷射器，但是因为它无需使用额外的 硬件，因此本发明也能被用于从供给管(例如在制造厂中)抽吸流体并测量存在的流体蒸 气量的其他应用中。


下面将参照附图描述本发明的优选实施方式，其中图1是具有燃料喷射系统的内燃机的示意图，其便于根据本发明的燃料蒸气测 量；图2是用于图1的发动机中的第一类型的燃料喷射器的示意图；图3示出了本发明所使用的控制信号，其用于激活图2中的燃料喷射器，从而控制 在发动机的每个操作循环中传送到图1的发动机的燃烧室内的燃料量；在图4中，图4a是采集自图1的发动机的发动机凸轮轴或曲柄轴的旋转信号，图4b是所产生用于图1的发动机的满负荷操作的控制信号，图4c是所产生用于图1的发动机的部分负荷操作的控制信号，图4d是所产生用于图1的发动机的发动机怠速的控制信号，图4e是在图1的发动机的起动期间产生的控制信号；图5是用于图1的发动机中的第二类型的燃料喷射器的示意图；图6示出了根据本发明的连接有流体测量设备的流体管路；图7a和7b示出了通过设备的活塞在设备的弹簧作用下的运动在图2或图6的设 备的线圈中产生的反EMF信号的曲线图；图8是用于图1的发动机中的第三类型的燃料喷射器的示意图；以及图9是用于捕获来自图2、5和6的线圈的电压的电路图。
具体实施例方式首先参照图1，在图1中可以看出内燃机10，其包括气缸11，活塞12在气缸内往复 运动，气缸11和活塞12之间限定燃烧室13。活塞12通过连杆14连接到曲柄轴15，曲柄 轴15又连接到凸轮轴16。一机构(未示出)，例如推杆型机构，用在凸轮轴16和两个提升阀17、18之间，所述提升阀是发动机的排气阀和进气阀。凸轮轴16驱动进气阀18和排气阀17以与气缸11内的活塞12定时的关系打开，其中复位弹簧偏压提升阀17、18使它们回 到其阀座上。发动机10是简单的发动机，例如割草机或其他园艺设备的单缸发动机。发动机10具有燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括设置用于传送燃料到进气阀18上游的进气通道20的燃料喷射器19。节流阀21设置在进气通道20中以限制进入燃 烧室13的增压空气流。传感器连接到节流阀21并且通过线22反馈信号给电子控制单元 23，该信号指示节流阀21的旋转位置并因此指示发动机负荷。ECU23还通过线24接收正时 信号，正时信号由凸轮轴传感器25(也可以用曲柄轴传感器来代替)产生。根据传感器25 产生的正时信号、与节流阀21连接的传感器产生的负荷信号，并且还根据燃料蒸气的测量 (后面描述)，E⑶23产生控制信号，该控制信号通过线26传送给喷射器19，并控制喷射器 19的操作。图2示出了适合于该操作的图1的燃料喷射器19。该喷射器作为泵来操作以正向地排出一定容积的燃料，对于每个喷射器19和喷射器19的每次操作，由喷射器19的活塞 55排出的容积保持恒定。图2的喷射器19具有燃料进入通道50，其和油箱(未示出)连接，在简单的重力供油布置(未示出)下接收燃料。单向进入阀51控制燃料从进入通道50进入喷射器燃料 泵送室52的燃料流量。弹簧加载的单向排出阀53控制燃料从燃料泵送室52流出到燃料 出口管54的燃料流量，通过该出口管燃料可被传送到进气通道20 (直接地或者通过与远程 喷嘴连通的导管)。活塞55可滑动地定位在喷射器主体中。活塞55受到偏压弹簧56的作用并且被线圈57环绕。线圈57的两端通过线58、59(图1中一起显示为26)连接到E⑶23。从活塞55被偏压弹簧56偏压到它的最上部的位置(即在该位置，燃料泵送室52的容积最小)的状态开始，然后线圈57的通电推动活塞55与护铁57a接触或是几乎接触， 该护铁57a环绕线圈57并使由线圈57产生的场集中。活塞55抵抗偏压弹簧的力向下移 动以增加燃料泵送室52的容积同时将燃料吸入燃料室52，单向阀51打开以允许活塞55将 燃料从燃料入口 50吸入燃料室52。如图所示，单向阀51包括位于活塞55内的室中的板， 当活塞55减小燃料泵送室22的容积时该板通过流体压力保持抵靠在活塞室的下表面上， 从而防止从燃料泵送室22流出。其他类型的单向入口阀(例如弹簧加载的)可以被使用。一旦螺线管57接地，线圈57产生的场就减弱，偏压弹簧56就会迫使活塞55向上并离开护铁57a。活塞55的向上运动会导致燃料室52的容积减小，而这又会产生关闭单向 阀51并打开单向阀53的效果。运动的活塞55将燃料从燃料入口 50排出到燃料出口 54， 以传送到发动机的燃烧室13。喷射器构造成使得活塞55在每次操作中具有设定的行程距离。活塞55在两个端部挡块之间移动。因此，在喷射器的每次操作中，活塞55扫过设定的容积，该设定的容积对 于每次操作是恒定的。图2还示出了温度传感器1010(例如热电偶)，其测量流经燃料入口 50的燃料的温度，并给ECU23提供指示测量的温度的信号。作为替代，测量燃料入口 50的外表面温度 而不是直接测量燃料温度。图3图示了 ECU23所产生的控制信号的曲线图，该控制信号用于控制本发明的燃料喷射器19。采用一种被称为脉冲计数喷射的控制形式。可以看到实线表示六个不同的 脉冲。这些是用于发动机操作的单次循环的脉冲，也就是说，用于燃烧室13内单次燃烧事 件的供应燃料的传送。每个脉冲代表喷射器19的一次操作。被传送用于燃烧的燃料的总 量通过控制对于特定发动机操作循环的喷射器的操作的次数来进行控制。在实线所示情况 下，喷射器操作了六次，传送的燃料总量等于传送给空气进气通道20用于与被传送到燃烧 室13的空气混合的燃料的六倍。喷射器19的第一次操作发生在进气阀18关闭时，但是喷 射器19最后一次操作时该阀可以是打开的或者至少开始打开。 图3中虚线脉冲表示在操作循环可通过操作喷射器更多的操作次数而传送的更 多的燃料量。图3显示了总的可能脉冲计数10个脉冲。图4a到4e给出了更多细节。图4a示出了 E⑶23通过线24接收到的凸轮轴或者 曲柄轴信号。信号里所示的脉冲给出了曲柄轴或者凸轮轴的旋转位置的指示。在图4b到 4e中，可以看到ECU23给其产生的控制信号中的自身的脉冲正时，以与图4a所示的正时信 号中的脉冲同步。实际上，正是图4a的正时信号中的脉冲触发ECU23以产生它自身的控制 脉冲，如图4b到4e所示。图4b示出了满负荷操作。因此因此，在每个发动机循环(发动机循环发生在图中 点划线之间)中ECU产生图4b所示的控制信号，其包括操作喷射器19十三次的十三个脉 冲。图4c示出了在每个发动机循环中产生的用于部分负荷操作的控制信号。此时，每 个循环中的控制信号包括在每次发动机循环中操作喷射器19七次的七个脉冲。因此因此， 每个发动机循环中传送的燃料量是满负荷时传送的燃料量的7/13。图4d示出了经历怠速操作时ECU产生的控制信号，也就是说当最少的燃料量在每 个发动机循环中被传送时ECU产生的控制信号。图4d示出了喷射器19在每个发动机循环 中仅仅被操作了 4次。最后，图4e示出了发动机起动的一种特别状况，其中将过浓的燃料空气混合物传 送到燃烧室13内以起动发动机。每个发动机循环中有十七个脉冲计数，这意味着喷射器19 在发动机起动时的每个发动机循环中被操作了十七次。应当理解，上述的发动机不需要独立燃料泵以及压力调节器，而是引人瞩目地简 化了 ECU的功能。燃料喷射系统包括一个简单的控制系统来计算用于发动机正确操作的期 望脉冲次数。同时这不会给予与现有系统相同的可控度(也就是说，传送的燃料的总体积 不会在一个范围内持续地变化，而仅仅是在固定的间隔或者以固定的量变化)，这对简单发 动机比如用于割草机的发动机是足够的。换句话说，脉冲计数喷射的可控度赋予对传送给 发动机的燃料量的更粗略的控制，但是这对于所关注的简单的发动机已经足够。如上所述，从喷射器传送的燃料可经过简单的平面孔或是喷嘴(参见图2)或者可 经过雾化装置比如压力喷洒喷嘴(未示出)或者静电充电单元。喷射器(或者脉冲单元) 可被封闭连接到雾化单元或者位于发动机上其他隔开一定距离的位置(也就是说，图2的 实施方式可具有燃料出口，其通往距离所示喷射器有一定距离的喷嘴)。燃料喷射器所传送的燃料的体积在一定程度上取决于发动机尺寸和发动机操作 条件的范围。典型地，喷射器每个脉冲传送0.05mm3到0. 1mm3。典型地每次发动机循环中 传送的总体积为0. Imm3到0. 5mm3。如果是这样的话，那么正常的发动机操作所需的脉冲次数在发动机怠速的情况下将是每个发动机循环五次至十次，而在满负荷操作的情况下将是 每个循环二十次至五十次。由于喷射器自身控制供所供应的燃料量，因此不需要受控的燃料供应压力，这意 味着燃料可以通过重力供给系统被直接供给到喷射器，而不会因为燃料液位下降时不同的 燃料压头所产生的变化压力而导致任何问题。或者，可以采用简单的低压燃料泵，如同化油 器中常用的那种。唯一的要求就是有充足的燃料被传送到喷射器，这样能为下一个脉冲给 自己补充燃料。
汽油燃料在内燃机的工作温度下易于蒸发。蒸发程度在一年的时间内变化很明 显，在夏天的高温工作条件下，燃料的蒸发非常显著。不同的燃料配方例如针对冬季和夏季 的也能影响燃料的蒸发。另外，当油箱开始重新填充时，其蒸发程度大于燃料已经在油箱中 存在一段时间的情况。这是因为燃料中“更轻”的元素首先蒸发，并且新油箱比老油箱有更 多比例的轻元素。每次燃料喷射器的操作所传送给发动机的燃料量明显受到蒸发的影响，特别是在 炎热的夏季工况下。因为当新燃料供应被吸入燃料室52时，蒸气也被吸入和/或发生蒸发。 因此，当活塞55抵着它的最下部的末端挡块同时燃料室52具有其最大容积时，燃料室52 的相当一部分容积含有燃料蒸气而不是液体形式的燃料。这减少了在每次喷射器操作中喷 射器所传送的实际燃料体积。申请人:已经想到一种测量燃料室52中蒸气而不是液态的燃料所占的容积比例的 方法。该测量方法可以被实施在图2的喷射器中而不需要任何额外的硬件。如上所述，线圈57被通电以将活塞55吸入成与护铁57a抵接(或者至少靠近)。 然后线圈57被断电以允许弹簧56移动该活塞55从而将燃料从室52排出。活塞55在弹 簧56作用下的移动在线圈57中产生电压，该电压通常被称为“反电动势(反反EMF) ”。申 请人已经意识到该产生的电压是活塞55位移的度量。当被吸入室中的燃料蒸气和液态燃 料的混合物中的蒸气百分比变大时，活塞的最大速度将会变得更快。这在反EMF信号中反 映出来。图7a和7b图示了反EMF信号。图7a示出了控制器应用于线圈以驱动活塞的方 波外部电压脉冲1000，1001和1002。在尖峰1003和1004处可以看到为了释放活塞55使 线圈57接地时引起的尖峰脉冲。在这些尖峰脉冲之后所述信号和活塞在弹簧的影响下移 动所产生的反EMF相关联，特别是在图7a的点1005和1006处。初始时活塞会快速移动同 时燃料室内有蒸气，然后当没有蒸气剩下时活塞速度会显著变慢，因为活塞开始从燃料室 排出液体燃料。所示出的曲线是用于燃料室内不同的蒸气体积百分比。在图7b中能更清 晰地看出，图7a信号的细节被放大示出。蒸气所占燃料室总体积的百分比越大，电压峰值 1005越大。第一方法中的控制器通过感测点1006而操作，在这个点1006电压在一段陡峭 的下降之后再增加，并且控制器将这用作重置信号，之后控制器储存最大电压直到下次重 置。最大电压总是点1005处的电压。最大电压值将会给出在活塞开始它的向上冲程以排 出燃料之前燃料室内燃料蒸气所占容积百分比的指示。每个脉冲都执行上述动作，或者周 期性地执行，例如每100个脉冲执行一次。或者，反EMF信号可以和活塞位置相结合，所得到的结果供电子控制器使用。每个 脉冲都执行上述动作，或者周期性地执行，例如每100个脉冲执行一次。
通过用反EMF信号来指示室52内的蒸气百分比，控制器23能调节操作，以对室内 燃料蒸气的存在作出补偿。燃料蒸气的存在意味着在喷射器的每次操作中所喷射的燃料量 要更少，因此控制器会增加每个发动机循环中喷射器的操作次数以对此作出补偿。典型地， 控制器包括查阅表，感测到的反EMF信号与其比对，然后给出燃料室52内燃料蒸气的百分 数的指示。然后控制器据此调整其操作。控制器会根据由传感器21所测得的发动机所要求的负荷以及根据由反EMF信号 所指示的在燃料室内测得的燃料蒸气百分比来在控制信号中传送不同的脉冲数。简单的 电子控制回路可以仅用少量IC芯片构成，这些芯片比较来自节流位置传感器21的信号和 带有查阅表的反EMF信号，从而给出对于节流位置和对于燃料蒸气百分数的所需要的脉冲 数。然后电子控制单元产生线路24上的正时信号所触发的脉冲，并计算脉冲的数直到达到 用于发动机循环的正确的脉冲数。然后脉冲喷射器被关闭直到下个发动机循环。
如果发现燃料室内有例如20%的燃料蒸气，那么脉冲数通常要增加20%来补偿。在线圈57施加的电磁力被初始用来移动活塞之后，控制器可被操作以使用“惯性 滑行”来保持活塞55就位。使用“惯性滑行”，一旦脉冲信号施加了电压，并且活塞55被移 动与线圈57抵接或者靠近的位置，则通过将线圈的两端连在一起(通过电子开关)将活塞 保持就位，从而允许电流自由流动。这种自由流动的电流会衰减，但是会存在足够长的时间 来保持活塞55就位，同时不需要对线圈57连续施加外部电压。当期望活塞55在弹簧56 的作用下被释放归位时，线圈57被接地，同时反EMF电压随后产生。“惯性滑行”在图7a中 的1020和1021处示出，之后是当线圈被接地时的尖峰1003和1004。在发动机操作一段时间还很热的时候被起动的情况下发生燃料蒸发是最糟的问 题。如果热发动机已经耗尽燃料同时冷燃料被补充到油箱中的话这种情况会进一步恶化。 在这种燃料中的轻元素会立即气化同时产生大量蒸气。上述的反EMF测量技术可被用于确定燃料室中的燃料蒸气百分数，并且喷射器的 操作被控制器通过增加脉冲而修正。一种替代的方法是改变对于这种热起动工况的操作频 率。通过降低操作的频率，燃料室将会被给予更多的时间来填料。因为发动机在起动时仅 仅是慢速地操作，因此所述喷射器有时间来更慢地操作。所述低频率操作不需要显著地增 加控制系统所使用的电能就可以实现。可允许上面提到的“惯性滑行”对于每个脉冲持续 更长时间。随着燃料的轻馏分在燃料稳定器中烧掉，操作的频率逐步地增加，这不会花很长 时间。为了对燃料蒸气作出补偿，可以将脉冲数和操作频率结合改变且同时改变。在图2中还可看到用于感测吸入燃料室52的燃料的温度的温度传感器1010。通 过测量温度以及测量蒸气百分数，电子控制单元23可确定所使用的燃料类型，然后能据此 修改喷射器的操作。这是很重要的，因为燃料中掺入乙醇变得愈加普遍。乙醇的热值低于 汽油，因此喷射器的操作需要被调整。本发明使得一种简单的单一喷射器能应付具有不同蒸气压力和温度变化(温度 增加会使使得蒸发产物增加)的不同燃料。图5示出了用于图1燃料喷射系统的不同类型的喷射器。在这种变型中，线圈和弹 簧的功能被颠倒。线圈26被通电以从燃料室52排出燃料，偏压弹簧56用于将燃料吸入燃 料室52。当室52含有燃料蒸气时，活塞55在弹簧56作用下的移动速度会和燃料的蒸气压力相关，并且反EMF也会随着活塞速度的变化而改变，这样就会给出燃料蒸气压力的指示。在本发明的一种扩展中，图5(或图2)的设备可以不作为燃料喷射器使用，而是简单地用作测量流体(例如流体管线内的流体)的测量设备。这种可能性在图6中显示，其中 显示了流体管线300。单元201 (和图5中所示的单元相同)的入口 50连接到管线300以 从管线300吸入流体。然后所述流体通过活塞55的操作从室52喷出。以上述方式，由活 塞55在弹簧56作用下的运动在线圈57中所产生的反EMF通过线缆203和204传送给电子 单元205。单元205也控制施加给线圈57从而导致活塞55运动的电压。电子单元205还 接收来自用于感测管线300内的流体温度的温度传感器202的温度信号。电子单元205使 用反EMF和温度信号，以根据存储在记忆体中的预编程的映射表确定管线300内的流体的 蒸气压力，并且还确定管线300内是什么类型的流体。所述信息通过线206发送给操作员 界面207，其通常包括用于显示测量信息的显示屏208和控制测量装置的操作的键盘209。 所述设备也可用于给出流体管线内蒸气百分数的估计，例如通过使用图2设备将流体从管 线吸入泵送室，然后使用“反EMF”信号来指示泵送室内的蒸气量。所述量和流体的蒸气压 力有关，预编程的映射表可用来对此进行确定。本发明提供一种非常简单易懂的设备用于确定在管线中流动的流体的蒸气压力 和/或蒸气成份，并给出在管线中流动的可能是什么流体。在上述发动机中，发动机的每个工作气缸只用了单个喷射器。但是，申请人认为每 个工作气缸可以具有多个喷射器。这带来两个优点。第一，为了在每个发动机循环中传送 给定量的燃料，每个独立喷射器的操作次数会减少，这可带来实际好处，因为每个喷射器在 使用中不需要以这种高速操作。第二，如果用于特定工作气缸的多个喷射器被构建，它们彼 此传送的燃料量不同，那么发动机管理系统可以更加“精确”地控制每个工作循环中所传送 的燃料量的方式控制两者的操作。例如，如果发动机具有每个脉冲喷射0. Imm3的单个喷射 器，那么每个发动机循环所喷射的总燃料量就是0. Imm3的倍数，也就是0. Imm3米，0. 2mm3, 0. 3mm3, 一直到0. 5mm3。但是，如果发动机具有两个喷射器，一个是一个脉冲喷射0. Imm3,另 一个是一个脉冲喷射0. 05mm3，那么发动机在每个发动机循环中能够传送的燃料总量就是 0. 05mm3,0. Imm3,0. 15mm3,0. 2mm3等。这可利用较少的喷射器操作次数实现(与工作气缸仅 具有一个脉冲喷射0. 05mm3的喷射器时所需要的喷射器操作次数相比)。两个喷射器也可用于传送两种不同的流体，例如，在双冲程发动机中，一个传送汽 油燃料，另一个传送双冲程润滑油。两种流体也可以是两种不同类型的燃料，例如，汽油和 生物燃料比如乙醇。相同的喷射器(例如，如图2或5所示)可用于不同之处在于蒸发压 力介于本发明所述的两种流体之间的每种燃料。尽管上述图2和5所示的布置包括活塞55，其在喷射器内限定的空腔中轴向滑动， 但本发明可实施为图8中那样具有由弹性隔膜8155形成的活塞，其被电子线圈8157所驱 使移动(用于从泵送室8152排出燃料/流体或者将燃料/流体吸入泵送室8152)并且隔 膜固有的弹性可用于使隔膜恢复到其移位之前的状态。这避免增加弹簧作为额外零件的需 要。图8中还示出了燃料入口 8151，燃料出口 8154，单向入口阀8153，单向出口阀8157，电 子线圈8158，电子控制器8159和温度传感器8160，所有这些零件的功能都和前面附图中的 一样。图8是峰值电压保持电路的电路图，其可被用于捕捉前面参考图7b所述的电压峰值1005的最大电压。在点8000处，Vin信号被供给，它是流过喷射器中线圈的电压，所述电压在图7a和 7b中示出。该电压被用作输入到运算放大器8001中的输入。运算放大器8001用于电压跟 随器结构中。二极管8002用于运算放大器8001的输出，运算放大器8001的反馈来自于二 极管8002的回馈。因此在节点8003的输出电压仅跟随正向电压误差。峰值电压被保持在 电容8004上，其连接在运算放大器和地轨8010之间，利用分流电阻8005来限制电流。对运算放大器8001的电压输入在振幅上受到制约，并通过电阻8006和8007以及 电容8008被滤波，所述电阻和电容连接在电压型输入800和地轨8010之间。场效应晶体管8009用于重置存储在电容8004上的最大 电压。在点8011处通过 电阻8012供应给晶体管8009的控制信号受到微处理器(未示出)的控制，并且通过将地 轨8010连接节点8003使存储在电容8004上的电压重置到接近于零。微处理器周期性地 发送控制信号，例如，当每次脉冲被发送到喷射器的线圈以驱动活塞55时。通过将最大电压存储在电容8004上，减小了对处理功率的需要。图8的峰值保持 电路能捕捉相应的最大电压，然后保持该电压一段时间供处理器取样，而不需要高频操作 的处理器来跟踪线圈上的电压，因此可以相当低的频率操作。典型地，处理器有0. 5毫秒的 时间来对存储的最大电压进行取样。
权利要求
一种内燃机，所述内燃机包括可变容积的燃烧室；进气系统，用于将增压空气传送到所述燃烧室；排气系统，用于将已燃气体从所述燃烧室传送到大气；以及燃料喷射系统，用于将燃料传送到所述增压空气，以与所述增压空气一起在所述燃烧室内燃烧，其中，所述燃料喷射系统包括用作正排量泵的燃料喷射器，所述燃料喷射器包括形成有泵送室的壳体；电子线圈；在所述电子线圈的作用下在所述壳体内的空腔中轴向滑动的活塞；以及作用在所述活塞上的偏压弹簧；以及控制所述燃料喷射器的操作的控制器，其中在至少大多数发动机循环的每个循环中所述燃料喷射器通过所述控制器被多次操作；响应于增加的发动机速度和/或负荷，所述控制器通过增加每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数来增加每个发动机循环传送的燃料的量；响应于降低的发动机速度和/或负荷，所述控制器通过减少每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数来减少每个发动机循环传送的燃料的量；所述活塞沿第一方向的运动将燃料吸入到泵送室，所述活塞沿相反方向的运动将流体从所述泵送室排出；所述活塞在弹簧作用下的运动在所述线圈中产生电压；控制器利用由所述活塞在弹簧作用下的运动产生的电压来确定关于所述泵送室中存在的燃料蒸气量的指示；并且所述控制器根据所指示的燃料蒸气量来调节所述喷射器的操作，所述控制器响应于增加的燃料蒸气量的指示而增加每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数。
2.一种内燃机，所述内燃机包括 可变容积的燃烧室；进气系统，用于将增压空气传送到所述燃烧室； 排气系统，用于将已燃气体从所述燃烧室传送到大气；以及燃料喷射系统，用于将燃料传送到所述增压空气，以与所述增压空气一起在所述燃烧 室内燃烧，其中，所述燃料喷射系统包括用作正排量泵的燃料喷射器，所述燃料喷射器包括形成有泵送室的壳体；电子线圈； 隔膜形式的活塞，所述活塞可在所述电子线圈的作用下抵抗所述隔膜的弹力而移位，所述 弹力然后使所述隔膜回复到未发生移位的状态；以及 控制所述燃料喷射器的操作的控制器； 其中在至少大多数发动机循环的每个循环中所述燃料喷射器通过所述控制器被多次操作；响应于增加的发动机速度和/或负荷，所述控制器通过增加每个发动机循环操作所述 燃料喷射器的次数来增加每个发动机循环传送的燃料的量；响应于降低的发动机速度和/或负荷，所述控制器通过减少每个发动机循环操作所述 燃料喷射器的次数来减少每个发动机循环传送的燃料的量；所述活塞沿第一方向的移位将燃料吸入到泵送室，所述活塞沿相反方向的移位将流体 从所述泵送室排出；所述活塞在其弹力作用下的回复在所述线圈中产生电压；控制器利用由所述活塞在其弹力作用下的运动产生的电压来确定关于所述泵送室中 存在的燃料蒸气量的指示；并且所述控制器根据所指示的燃料蒸气量来调节所述喷射器的操作，所述控制器响应于增 加的燃料蒸气量的指示而增加每个发动机循环操作所述燃料喷射器的次数。
3.如权利要求1或2所述的内燃机，其中，所述燃料喷射系统还包括用于测量燃料温度 的温度传感器，所述控制器采用所测得的燃料温度和所指示的燃料蒸气量结合来确定所喷 射的燃料的类型，并且相应地调节所述燃料喷射器的操作。
4.如权利要求1-3中任一项所述的内燃机，其中，所述控制器通过对所述电子线圈施 加足以使所述活塞移位到达所需的末端位置的外部电压来控制所述电子线圈的操作，然后 将所述线圈的两端连接在一起以允许电流流过所述线圈，由此所述活塞保持在所需的末端 部分而不需要施加外部电压，接下来所述控制器使所述线圈接地以允许电流减弱并释放所 述活塞用于使所述活塞运动。
5.如权利要求4所述的内燃机，其中，所述控制器可改变所述线圈的两端连接在一起 的持续时间，从而改变所述喷射器的操作频率。
6.如权利要求5所述的内燃机，其中，所述控制器接收指示发动机速度的信号，在所述 控制器确定发动机速度是低速并且燃料蒸气量较多时，与用于平均操作速度以及平均燃料 蒸气量的操作频率相比，所述控制器降低燃料喷射器的操作频率。
7.如前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，所述活塞在两个末端挡块之间往复 运动，所述末端挡块确保所述活塞在每次操作中具有设定的行程距离。
8.如前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，在所述活塞在弹簧的作用下或者在 所述隔膜的弹力的作用下而运动期间，所述控制器检测由所述活塞的运动所产生的电压在 一段时间的下降之后开始增加的时间，然后记录跟随的最大电压。
9.如前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，所述电子线圈环绕所述活塞。
10.如前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，一传感器与发动机的曲柄轴或者凸 轮轴相连，并产生与所述曲柄轴或者凸轮轴的旋转相关的正时信号，所述正时信号被所述 电子控制器用来设定每个发动机循环中所述喷射器的操作的正时。
11.如前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，所述燃料喷射器具有允许燃料进入 燃料室的燃料入口，并具有燃料出口，燃料通过所述燃料出口从所述燃料喷射器排出，所述 燃料喷射器还具有允许燃料从所述燃料入口流入所述燃料室同时防止燃料从所述燃料室 流回到所述燃料入口的第一单向阀，所述燃料喷射器还具有允许燃料从所述燃料室流出到 所述燃料出口同时防止燃料从所述燃料出口流回到所述燃料室中的第二单向阀。
12.如前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，所述控制器包括峰值电压保持电 路，所述峰值电压保持电路用于保持活塞在弹簧或者隔膜的弹力的作用下的运动所产生的 最大电压，所述峰值电压保持电路包括从所述线圈接收电压信号的运算放大器；连接到所述运算放大器的输出的二极管，从所述二极管的输出获取用于所述运算放大器的反馈信 号；以及连接到所述运算放大器的输出的电容，所述电容保持由所述控制器的处理器取样 的最大电压。
13.如权利要求12所述的内燃机，其中，所述电容连接在所述运算放大器的输出和与 晶体管并联的地线之间，所述晶体管通过所述控制器的处理器控制，以周期性地将所述二 极管的输出连接到地线，由此减少由所述电容存储的电压。
14.如权利要求12或13所述的内燃机，其中，过滤器用来过滤由所述线圈供给的电压 信号，所述运算放大器接收过滤的电压信号。
15.如前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，所述燃料喷射器传送第一类型的燃 料；提供一第二喷射器用来传送第二类型的燃料或者润滑油到增压空气中，所述第二喷射 器用作正排量泵，并包括形成有泵送室的壳体；电子线圈；在所述电子线圈的作用下在所 述壳体内的空腔中轴向滑动的活塞；以及作用在所述活塞上的偏压弹簧；形成了泵送室的 壳体；电子线圈；在电子线圈的作用下在壳体内的空腔中轴向滑动的活塞；以及作用在所 述活塞上的偏压弹簧，其中，所述控制器控制两个燃料喷射器的操作，并且所述控制器利用 两个喷射器的活塞在弹簧的作用下或者在活塞的弹力的作用下的活塞运动所产生的电压 来确定关于两个喷射器的泵送室中蒸气量的指示，所述控制器相应地调节所述喷射器的操 作。
16.如权利要求1-14中任一项所述的内燃机，其中，所述燃料喷射器传送第一类型的 燃料；提供一第二喷射器用来传送第二类型的燃料或者润滑油到增压空气中，所述第二喷 射器用作正排量泵，并包括形成有泵送室的壳体；电子线圈；隔膜形式的活塞，所述活塞 在所述电子线圈的作用下抵抗所述隔膜的弹力发生移位，然后所述弹力使所述隔膜回复到 未发生移位的状态，所述控制器控制两个燃料喷射器的操作，所述控制器利用两个喷射器 的活塞在弹簧作用下和/或在活塞的弹力的作用下的运动所产生的电压来确定两个喷射 器的泵送室中蒸气量的指示，所述控制器相应地调节所述喷射器的操作。
17.一种燃料喷射方法，所述方法用于传送燃料，以用于在内燃机的燃烧室内燃烧，所 述方法包括对于每个发动机操作循环中的选定数量的燃料传送循环，顺序地将用于传送到燃烧室 中的燃料吸入到泵送室然后从所述泵送室分配所述燃料；通过弹簧加载的活塞的移位将燃料吸入所述泵送室并从所述泵送室分配燃料； 通过施加电磁力使所述弹簧加载的活塞移位，从而使得所述活塞抵抗弹簧发生移位， 然后通过弹簧力使得所述活塞回复；通过所述活塞在弹簧力的作用下的回复产生电信号；利用所产生的电信号来确定所述泵送室中的燃料蒸气量；以及根据所确定的燃料蒸气量调节每个发动机操作循环中的燃料传送循环的选定数量。
18.一种流体测量设备包括 泵送室；流体入口，流体经由所述流体入口吸入所述泵送室中； 流体出口，流体经由所述流体出口从所述泵送室排出；第一单向阀，所述第一单向阀允许流体从所述流体入口流入所述泵送室，同时防止流体从所述泵送室回流到所述流体入口；第二单向阀，所述第二单向阀允许流体从所述泵送室流出到所述流体出口，同时防止 流体从所述流体出口回流到所述泵送室中； 电子线圈；活塞，所述活塞在所述电子线圈的作用下沿着壳体内的空腔沿第一方向轴向滑动； 偏压弹簧，所述偏压弹簧作用在所述活塞上，使得所述活塞沿着所述空腔沿与所述第 一方向相反的第二方向滑动；以及电子控制器，所述电子控制器控制所述设备的操作，其中所述活塞沿一个方向的运动将流体吸入所述泵送室，所述活塞沿相反方向的运动将流 体从所述泵送室排出；所述活塞在所述弹簧的作用下的运动在所述线圈中产生电压，所述电压作为测量信号 通过所述测量设备输出。
19.一种流体测量设备，包括 泵送室；流体入口，流体经由所述流体入口吸入所述泵送室中； 流体出口，流体经由所述流体出口从所述泵送室排出；第一单向阀，所述第一单向阀允许流体从所述流体入口流入所述泵送室，同时防止流 体从所述泵送室回流到所述流体入口；第二单向阀，所述第二单向阀允许流体从所述泵送室流出到所述流体出口，同时防止 流体从所述流体出口回流到所述泵送室中； 电子线圈；隔膜形式的活塞，所述活塞可在所述电子线圈的作用下抵抗所述隔膜隔膜的弹力发生 移位，然后所述弹力使所述隔膜回复到未发生移位的状态；以及 电子控制器，所述电子控制器控制所述设备的操作；其中所述活塞沿一个方向的移位将流体吸入所述泵送室，所述活塞沿相反方向的移位将流 体排出所述泵送室；由所述隔膜的弹力导致的所述活塞的回复在所述线圈中产生电压，所述电压作为测量 信号通过所述测量设备输出。
20.如权利要求17或18所述的流体测量设备，其中，所述流体测量设备还包括用于测 量流体温度的温度传感器，并且包括处理装置，所述处理装置利用所测量得到的流体温度 和所输出的测量信号来根据存储的参考信息确定关于流体成份的指示。
21.一种测量流体的方法，所述方法包括 将流体吸入流体室；然后将所述流体排出泵送室；通过弹簧加载的活塞的移位将流体吸入和排出所述泵送室；通过抵抗弹簧力对活塞施力使活塞移位，然后利用所述弹簧力使所述活塞回复；利用活塞在弹簧力的作用下的移位产生电测量信号。
全文摘要
本发明提供一种内燃机(10)，如图1所示，该内燃机具有燃料喷射器，其包括弹簧加载的活塞(55)或者弹性隔膜活塞(8155)以及用于使得活塞(55，8155)移位的电子线圈(57，8158)。活塞将燃料吸入或者排出泵送室(52，8152)。每个发动机循环喷射器的操作次数被电子控制器(23，8159)控制从而控制每个循环传送到燃烧室的燃料量。通过活塞在弹簧或者在其自身弹力作用下的运动而在线圈(52，8158)中测得的电压信号被用于给出关于燃料中蒸气压力的指示。类似所述喷射器的装置可被用来从管线中抽吸燃料从而测量流体的蒸气压力。
文档编号F02D41/20GK101802377SQ200880107794
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月22日 优先权日2007年9月20日
发明者本杰明·大卫·史密瑟 申请人:赛昂喷雾有限公司