[发明专利]一种微通道热泡式燃油喷射系统

说明书

技术领域

本发明提出了一种基于微通道热泡式喷射原理的燃油喷射雾化系统，属于小排量活塞发动机燃油供给与调节领域，特别是小型航空活塞发动机燃油喷射领域，喷射雾化效果一致性好，集成度高，满足小型航空活塞发动机对燃油喷射系统轻质高效的要求。

背景技术

随着无人机应用领域的不断扩大，对为其提供动力的小型航空活塞发动机的性能要求越来越高，其发展的趋势是具有高的功重比，这就要求其有轻的质量和高的效率。小型航空活塞发动机现在基本上采用化油器供油方式，由于不可避免的扫气过程短路损失，油耗高，经济性差，因此为了满足无人机动力系统的发展需要，轻质高效的电控燃油喷射系统是必然的技术手段。电控燃油喷射系统的喷射雾化性能是实现燃料合理高效燃烧的一个关键因素，同时也影响着小型航空活塞发动机的运行效率。目前，在使用的小型航空活塞发动机燃油喷射，为保证喷射量、喷射雾化效果、喷射时间，大都采用了传统汽车大排量发动机的燃油供给调节方式，系统部件数目多、质量大而且整体结构比较复杂。因此为了达到较轻的喷油系统和较好的雾化效果，创新型的轻质高效燃油喷射系统设计是必然的技术关键。

创新型电控燃油喷射系统分为两种层次的创新，一种是完善改进型的创新，主要是基于传统大排量发动机燃油供给系统原理，从部件精简、提高集成度方面对现有大排量燃油喷射系统进行功能或者结构集成，专利201110113292.6即是通过对传统泵－管－嘴喷射系统进行集成，同时控制方法采用了大排量发动机燃油喷射系统的逆向思维；另外一种则是完全原创的创新设计，主要集中在新型喷射系统工作原理和调节方法，新型喷射结构等，本发明即是结合近年来高速发展的MEMS微机电系统和电子控制系统技术而形成的。基于MEMS微通道加工工艺，结合热泡式喷射系统原理，同时和智能数字控制系统相结合，完全创新的微通道热泡式喷射系统才得以实现。

发明内容

本发明提出一种基于MEMS微通道热泡式喷射原理的电控燃油喷射雾化系统，为小排量活塞发动机，特别是小型航空活塞发动机提供一种结构简单可靠、集成度高且能达到良好雾化性能的燃油喷射系统。

该微通道热泡式燃油喷射系统，主要包括壳体、外接插口座、译码器、喷油嘴放置腔、内部供油通道、供油道温度传感器、热泡通道、加热电阻、喷油嘴。

整体形状呈圆弧形状，便于和发动机节气门配合，从外到内分为三部分，最外部为外接插口座，是本燃油喷射系统与发动机ECU连接的通道，其负责接受ECU译码器的输入信号到喷射系统，同时从喷射系统的供油通道温度传感器传回油温信号给发动机ECU。中部为电路译码器和内部供油通道，内部排列放置20～300个热泡微通道管及喷油嘴，以及喷油嘴周围的加热电阻。

外接插口座上信号分为三部分，一部分是连接译码器用的，通过译码器的输出选择不同的喷嘴；一部分是连接供油道温度传感器，把内部供油通道内的燃油温度信号传给发动机ECU，以达到监控系统油温的目的，保证喷嘴喷射出去的燃油液滴体积和质量一致性好，同时放置喷嘴温度过高，另外一部分是对于喷嘴部分的供电部分，包括电源和地线。

热泡式喷射系统结构组成和工作原理如附图2所示，其基本结构是微通道内的液体进行快速加热，基本过程如下：

1、热泡式喷射系统没有触发脉冲时，通道内充满燃油，由于微通道的毛细和张力作用，燃油无法自然形成液滴而流出。

2、触发脉冲开始有效，微通道两边的加热电阻开始有电流流过，微通道内的燃油被迅速加热，温度上升很高，开始出现气泡薄膜。

3、触发脉冲开始关闭，气泡薄膜聚集形成气泡，气泡体积逐渐变大，开始挤压通道内燃油。

4、微通道气泡达到最大状态，微通道内的燃油被挤出喷嘴形成液滴。

5、微通道气泡开始破裂，喷嘴处的液滴被喷射出去。

6、微通道气泡消失，液滴喷射出去后形成的液体表面张力重新吸入燃油，燃油重新充满微通道。

基于上述热泡式燃油喷射系统原理和结构，本发明提出了一种对应的全数字化控制调节方法，流程如图4所示，具体通过以下步骤实现：

步骤1：控制系统通过进气量的大小估计燃油需求量Q_n；

控制系统ECU根据进气温度、压力按照速度－密度法估计发动机进气量，然后根据发动机缸体温度，大气压力或者其他相关传感器进行修正，最终得出发动机进气量，按照理论空燃比要求，换算得到发动机所需喷油量大小。

步骤2：控制系统计算燃油量Q_n所需喷射脉冲个数；