[发明专利]用于燃料喷射器和点火器的适应性控制系统

说明书

技术领域

以下公开大致涉及集成的燃料喷射器和点火器以及用于存储、喷射和点燃各种燃料的相关部件。

背景技术

汽油燃料发动机大致设计成实现制造成本的节省，这允许由于对进入发动机的空气进行节流(限制)的控制方法和目的以及由于输送至燃烧室的均匀空气-燃料混合物的产生所引起的有意的设计低效和损失。汽油发动机在整个设计运行速度或RPM(每分钟转数)和扭矩范围中以大致的化学计量空气/燃料比运转，以形成在燃烧室中的任何位置处均可火花点燃的均匀混合物。所产生的功率的控制是随着减少进气和增加的燃料的量的相应的减少(限制)的节流的程度而变化。在实现一定程度的有毒排放物减少的现代发动机中，燃料响应于进气系统真空度的数值成比例地分配，以提供用于完全燃烧的化学计量空气/燃料比的剩余空气或“贫燃料侧”方面的均质混合进气。

大多数均质混合进气发动机根据进入进气系统的空气的可变限制(节气)和利用电子操作的燃料喷射器进行操作，电子操作的燃料喷射器在机械凸轮操作进气阀的每个位置或进气歧管端口处将燃料喷射到进气系统内。因此，凸轮操作进气阀提供进入所产生的空气-燃料混合物的每个燃烧室内的最终时间。

在“怠速”(最低持续RPM)时和在发动机的减速期间，将产生最高的进气真空状态，大约14.7质量部分的空气与稍小于一质量部分的燃料混合(或大约14.7∶1)，以利用燃烧时释放的最小量的能量形成均质混合进气。当加速和以更高的RPM行进时，更多空气被节流至进气系统内，更多的燃料可以被添加以保持均质混合进气中的大约14.7∶1的空气/燃料比，提供用于巡航和更高的动力操作。

在发动机的进气系统中保持真空度需要相当大的动力，这必须从发动机能够输送的输出功率中减除。在包括怠速、巡航和加速的所有操作状态中，发动机的相当大的动力用于寄生损失，包括进气真空度维持所需的动力。

柴油发动机不对进入燃烧室的空气进行节流，这提供避免保持进气系统真空度所需的输出功率的损失。对于柴油发动机在满负荷下的空气/燃料比在17∶1与29∶1之间。当怠速时或在空载下，该比率可以超过145∶1。在直接喷射操作的柴油机的燃烧室内，局部的空气/燃料比改变。由于柴油燃料喷射设计成输送作为液流或液滴的液体燃料，因此未必能够初始地实现燃料与空气的均匀混合。

点火和持续燃烧只能在“雾化”之后发生，其中，液体燃料液滴的高速喷雾通过渗透足够热的空气而蒸发，然后通过渗透另外的热空气而“裂化”以将大分子破坏成更小的组分，更小的组分能够被氧化以释放足够的热来产生持续的链式反应。

高压柴油燃料喷射导致更好的燃料雾化，以减少没有完成氧化程序的燃料的量，由此使得包括可见烟尘微粒的各种污染物从燃烧室出来。最近的改进已经提供了增大的燃料喷射压力，这导致在泵送系统中产生更多热并且需要更大的动力从发动机的输出功率转移，以便完成燃料泵送和对于冷却高压燃料输送回路所需的燃料再流通。

作为压缩热空气中的液滴蒸发和化学裂解结果的柴油燃料的燃烧特性随着以下变量而变化，例如：压缩比、大气压力、增压压力、进入燃烧室的空气的温度、热消耗至活塞、汽缸和头部之后的压缩空气的温度、喷射开始的时间、喷射压力、喷射孔口尺寸、数量和定向、喷射持续时间、喷射器排出曲线等等。

给定压缩比、大气压力、增压压力、压缩开始时的空气温度、热消耗至活塞、汽缸和发动机头部部件之后的压缩空气的温度的特定数值，直喷柴油燃料喷射的开始的电子定时可被调整以满足转矩需求或发动机负荷。在用于汽车应用的高速柴油发动机中，在启动、怠速或没有外部载荷时优化喷射在有些情况下为在顶止点之前(BTDC)的2个曲轴度到顶止点之后(ATDC)的4度，以允许更快的启动。

在部分载荷时，柴油燃料的开始的时间可被调整至BTDC的大约8度到ATDC的4度。由于用于使柴油燃料液滴蒸发和裂解所需的相当长的“柴油延迟”时间，柴油燃料喷射的开始的时间必须提前，其中柴油燃料液滴的蒸发和裂解取决于作为压缩的比率和程度以及产生的至活塞、汽缸和发动机头部部件的热损失的结果的空气的温度和压力。为了产生用于满负荷的最大额定转矩，柴油燃料喷射的起动可以在BTDC的8至16度开始，最大燃料比时的燃烧持续时间在曲轴旋转的大约40至70度之间变化。