微脈動式燃油噴射系統的製作方法
2023-05-29 21:00:51 2
專利名稱：微脈動式燃油噴射系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微脈動式燃油噴射系統，尤其涉及一種使用於內燃機引擎的微脈動式燃油噴射系統。
按目前內燃引擎使用的供油系統的主流可分為化油器供油系統，及電子噴射供油系統二種。如圖8所示，機械式化油器60是一種利用文氏管效應將燃油自噴油孔吸出並霧化，化油器60主要包含一控制進氣量的節流閥體70及一個控制主要油量的油針61。而使得燃油霧化後可隨著內燃機的進氣混合後進入到內燃機的汽缸中，如圖9所示，電子燃油噴射供應系統則是由一個電動燃油泵浦80將燃油加壓後，從一個噴油嘴81噴出，靠機械力量將燃油撕裂為油束和油粒，並以高速噴射進入到進氣歧管71的中，且使得噴出的燃油顆粒噴射隨著引擎進氣進入到汽缸中。
然而，傳統的化油器式供油系統發展至今，其構造已變得相當複雜且精密，因此使得化油器的製造困難且成本昂貴。化油器供油系統其運作時，由於是由油針的斜度及引擎進氣節流閥所控制的氣流流量來達到控制進油量的目的，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，甚至於無法做正確的油量補償。同時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氣道的情形，而形成溼壁現象。由於以上原因，使得傳統的化油器供油系統的構造複雜，且成本昂貴，同時其無法達到精確控制引擎燃燒的功效。
另外，就燃油噴射供應系統而言，其由於必須有加壓泵浦、高壓油路及、調壓閥、穩壓器及噴嘴的構造，因此使其整體使用的零組件相當地多。而且由於其使用的油壓一般約為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，才不會產生洩漏的情形，因此使得燃油噴射供油系統的構造成本相當昂貴，而由於其成本昂貴的關係，使得燃油噴射系統通常僅使用在汽車上，而重型機車的引擎因為採用汽車引擎的設計，因此也相當常見採用電子燃油噴射系統的構造，然而在輕型機車的領域中，因為成本效益的問題，目前僅有少數廠商開始用研究將燃油噴射系統應用在輕型機車的上。
而且就安全性來看，燃油噴射系統由於其管路皆在具有壓力狀態下運作，因此當車輛產生碰撞，或是其他原因使得油路破裂時，則燃油將會從管路破裂的縫隙中急速噴出，而由於噴出的速度相當快，因此燃油噴出後幾乎會成為霧狀，而噴出的油霧碰觸到火花或是引擎周邊的高熱元件(觸媒轉化器)時，便會立刻起火燃燒。因此使得該種燃油噴射系統的安全性相當地差。
而且就燃燒效率來看，燃油噴射系統雖然可由電子控制技術，達到精確控制進油量及較為精確的燃油補償的目的，由於其燃油是以高壓高速方式噴出，因此燃油從噴嘴噴出時的顆粒相當大且不均勻(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快(在20米每秒)，因此使得燃油噴出後，必然會先行碰觸到汽缸進氣道的管壁，因此使得噴射式燃油系統的溼壁及殘留油漬的情形更為嚴重。
微機電技術在近年來由於製程技術的大幅進步，以及大量資源投入研究而有長足進步，其中微型泵浦的發展更因噴墨式印表機的大量商品化應用而成為微機電系統研究成果最為豐碩的產品與技術。
微型泵浦目前主要應用於噴墨印表機的噴墨頭，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造如圖6所示，其是在一個矽基板1上設置一多晶矽層2，在矽基板1上方及晶矽層2下方設置絕緣層8、9，在絕緣層8、9的中間為一金屬導線7，然後在多晶矽層2上塗附一層乾膜3，乾膜3上以蝕刻方式製造出流道及電路，並且製造出多數個噴射室4；然後再在乾膜表面貼附一層噴嘴板5，噴嘴板5是可以電鑄模技術製造而成，其上具有多數個與噴射室4相對應的噴孔6。流體為可以經由乾膜的流道進入到噴射室的中，然後其由多晶矽下層的電路使多晶矽產生熱能，使得噴射室4中的流體瞬間熱後沸騰而產生氣泡，並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如圖7所示，其是在一基板1A上方設置一膜片2A，膜片2A與基板1A間為形成一空室3A，空室3A為可供流體進入其中；同時於膜片2A上設置一壓電材料4A，其由壓電材料4A承受不同電壓時，產生物理的位移，而帶動該膜片2A上下震動，因此將空室內的液體壓縮，而將液體從基板1A的噴孔噴出。
微型泵浦的主要特點，為其可以精確地控制流體的噴出量，且其噴嘴的尺寸相當微小，因此噴出的流體系呈微小的顆粒狀，而達到良好的霧化效果。同時由於微型泵浦系以半導體製程製造而成，因此能夠在一個微小的單體上製造出數量非常多的噴嘴陣列，而且其量產的成本相當低廉。同時，微型泵浦通常是以毛細原理傳送流體，因此微型泵浦在運作時能夠以流體自然壓力狀態下運作，而不需要另外加壓，因此使得微型泵浦的流道及流體供應系統的構造相當簡單。由於微型泵浦具有上述控制精確，且成本低廉的特點，因此其將來的應用領域將更為廣泛。
本發明的目的是由噴射單元的微泵浦本身的驅動力量汲取燃油，而不需要另外加壓燃油，使得燃料供應系統的外部供油管路能夠由油箱的位置差所造成的壓力來達到持續供應燃油；另使燃油系統有效地使燃油與進氣充分霧化，精確控制進油量；控制從不同位置的噴射單元將燃料噴射進入到節流閥進氣通道的特定位置。
本發明的微脈動式燃油噴射系統是這樣實現的包括一節流閥體，為裝置於一內燃引擎汽缸的進氣管道，用以控制空氣進入該燃燒室的流量；一個或一個以上的油管，用以供應燃油；一個或一個以上的噴射單元，為裝置於該節流閥體之上，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入該節流閥體的進氣管道內，而使得燃油顆粒與該節流閥體的進氣混合後進入該汽缸的燃燒室。
本發明由於採用微型泵浦燃油噴射，因此其運作時，可以由噴射單元的微泵浦本身的驅動力量汲取燃油，而不需要另外加壓燃油，因此使得本發明的燃料供應系統的外部供油管路能夠由油箱的位置差所造成的壓力來達到持續供應燃油，因此使得本發明的供油系統的管路壓力相當地低，而能夠避免燃油噴射系統的高壓油管容易破裂的危險，而大幅地提高本發明的燃油噴射系統的安全性。
再者，本發明使用的噴射單元的構造相當簡單，又可以採用半導體相容製程製作而成，且其又不須使用加壓裝置及複雜的機械結構，因此使得本發明的整體成本遠低於傳統的化油器及噴射燃油供應裝置。而且本發明由微型泵浦的技術，可以將燃油彈射出來的顆粒控制在相當微小的尺寸，且能夠精確控制燃油噴射量，因此使得本發明的燃油噴射系統能夠有效地使得燃油與進氣充分地霧化，且精確地控制進油量，因此達到增進引擎燃燒效率。
同時，本發明可以再進一步地由將噴射單元以特定的陣列形狀安排設置在引擎節流閥體的特定位置，再藉由控制電路的控制，使得每次引擎進氣時，可以由控制從不同位置的噴射單元將燃料噴射進入到節流閥進氣通道的特定位置，而使得節流閥在特定較大油門開度時，進氣歧管的特定區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。
下面結合附圖及實施例對本發明作詳細說明。
圖面說明
圖1為本發明的微脈動式燃油噴射系統的整體構造示意圖。
圖2為本發明使用的噴射單元的正面放大後的構造示意圖。
圖3為本發明的控制訊號示意圖。
圖4為本發明第二實施例的構造示意圖。
圖5為本發明第三實施例的構造示意圖。
圖6為傳統的熱泡式微型泵浦的構造示意圖。
圖7為傳統的壓電式微型泵浦的構造示意圖。
圖8為傳統的化油器燃油供應系統的構造示意圖。
圖9為傳統的噴射燃油供應系統的構造示意圖。圖號說明1 基板 2 多晶矽層3 幹膜 4 噴射室5 噴嘴板6 噴孔7 金屬導線 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 節流伐體31 進氣道 32 安裝座33 伐門 40 控制裝置41 驅動裝置 50 油桶51 管路 60 化油器 61 油針 70 節流伐體71 進氣歧管 80 燃料泵 81 噴油嘴如圖1所示，本發明的微脈動式燃油噴射系統主要包括若干噴射單元10，是以特定陣列形狀安裝於一汽缸20的節流閥體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。
其中節流閥體30是設置在汽缸20的進氣歧管上，其具有一個進氣道31，是可與一空氣濾清器連接，以供氣流經由該進氣道31進入該汽缸20的燃燒室中，及一閥門33，為設置於該進氣道31之中，用以控制進入該汽缸20的氣流的流量。
如圖2所示每一個噴射單元10上設置有多數個微泵浦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系可採用熱泡式微泵浦，也可以採用壓電式的微泵浦。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具有多數個偵測器，可偵測引擎的轉速、溫度、節流閥門33的位置等資料，然後經由控制裝置40的中央處理器運算後，再發出一控制訊號，經由一驅動裝置41驅動該若干噴身單元10的微泵浦11配合引擎運轉的特定時機產生燃油噴射的動作。
如圖3所示，為本發明的噴射單元10的控制訊號圖，其中訊號A代表引擎運轉的時序，當引擎運轉的每一個行程中或每一個動作行程中的特定位置，皆會產生一運轉訊號A。而控制裝置40依照該訊號A並接收其他偵測器所搜集到的數據資料後，經由運算處理後，發出啟動噴射單元10的訊號B，該訊號B傳遞給該驅動裝置41，該驅動裝置41再產生一連串的脈動訊號C，驅動該噴射單元10的微泵浦11產生噴射動作。該脈動訊號C為具有固定的頻率，因此可以驅動該噴射單元10以固定的頻率產生動作。
而該訊號C的作用時間是取決於該訊號B的時間長度，因此該控制裝置40可以由其所發出的訊號B的長度控制微泵浦11噴射油量的多少，當該控制裝置40發出訊號B時，該噴射單元10為可以固定的頻率產生燃油噴射的動作，而將燃油彈射進入到節流閥體30中。本發明由於在節流閥上設置有一組或一組以上的噴射單元10，因此本發明可以選擇從多個噴射單元10的其中的一供油。而當本發明從不同的噴射單元10供油時，由於每一個噴射單元10裝置在節流閥體進氣道的不同位置，因此可以達到從節流閥進氣道不同位置噴射燃油的目的，而使得燃油隨著引擎的進氣進入到汽缸的燃燒室的時候，可以產生燃燒室內局部區域的油氣濃度較濃的情形，因此可以達到所謂的層狀供油稀油燃燒效果，而提升引擎的燃燒效率，並減低汙染及耗油。
前述的噴射單元10由於具有多數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粒可以相當地小，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後能夠輕易地懸浮在節流閥體的進氣管的中，而不會聚積在節流閥進氣道的管壁上，因此可有效地改善傳統化油器及噴射燃油系統常見的溼壁及霧化不良的現象。
而且，由於微型泵浦的運作狀況相當穩定，其可以精確地控制燃油的噴射量，因此使得本發明的燃油噴射系統可以相當精確地控制適當的油量進入到汽缸中，因此而能夠提升引擎燃料的燃燒效率。
前述的噴射單元10由於其可以由為泵浦11的能量來汲取燃油，並將燃油霧化噴射，因此其燃油的供應可以由油桶50與節流間體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，因此使得本發明的燃油噴射系統在車輛發生碰撞，而使得燃油管路破裂時，也不會因為管路的壓力而使得燃油噴出霧化，因此可以避免燃油霧化後爆炸燃燒的危險，而大幅地提高本發明的燃油噴射系統的安全性。
圖1所示的實施例中，是將噴射單元10以環狀排列裝置在節流閥體30前端的進氣道31的管壁上，且將燃油以朝向進氣道31中心的方向噴射，然而實際上本發明的噴射單元10的安裝方式具有相當大的彈性，例如該噴射單元10能夠以不同的排列方式安裝於節流閥體30的上，且其除了可安裝在節流閥體30前端的進氣道31外，更可以如圖4所示地將噴射單元10安裝在節流閥體30的後段與汽缸連接的管路上或者如圖4所示實施例，在節流閥體30進氣道31的內部裝置一錐形的安裝座32，並將該若干噴射單元10裝置在安裝座32的外側，而使得該若干噴射單元10能夠以從進氣道31中心向外噴射的方向噴射燃油。總而言之，該噴射單元10系可以配合引擎進氣管路的不同氣體動力配置，以及為了達到不同燃燒控制效果，而裝置在不同的位置。
權利要求
1.一種微脈動式燃油噴射系統，其中包括一節流閥體，為裝置於一內燃引擎汽缸的進氣管道，用以控制空氣進入該燃燒室的流量；一個或一個以上的油管，用以供應燃油；其特徵在於一個或一個以上的噴射單元，為裝置於該節流閥體之上，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入該節流閥體的進氣管道內，而使得燃油顆粒與該節流閥體的進氣混合後進入該汽缸的燃燒室。
2.根據權利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統，其中該噴射單元的微泵浦為熱泡式微泵浦。
3.根據權利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統，其中該噴射單元的微泵浦為壓電式微泵浦。
4.根據權利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統，其中更進一步包括一控制裝置，該控制裝置可偵測該內燃引擎的運轉參數，並將該若干參數運算後，控制該若干噴射單元產生噴射燃油的動作。
5.根據權利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統，其中該若干噴射單元系裝置於該節流閥的進氣管道的外側，且朝向該進氣管道的中心方向噴射燃油。
6.根據權利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統，其中該若干噴射單元裝置於一個設置在該節流板的進氣管道中心的安裝座，且從該進氣管道的中央朝向外側噴射燃油。
7.根據權利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統，其中該若干噴射單元裝置於該節流閥的進氣管道的前段管路。
8.根據權利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統，其中該若干噴射單元裝置於該節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，其特徵是包括一個或一個以上的噴射單元，為裝置於進氣管道的管壁之上，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，並將燃油微小顆粒彈射進入該節流閥體中，使得燃油懸浮於節流閥體的進氣的，並隨著該氣流進入到該內燃引擎的汽缸中。
10.根據權利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統，其中該噴射單元系以環狀排列設置於該節流閥體之上。
11.根據權利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統，其中該噴射單元系以一驅動裝置產生一連串訊號驅動噴射單元上多數微泵浦噴油。
12.根據權利要求1所述的微脈動式燃油噴射系統，其中該噴射單元安裝在節流合體的後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,其中包括一節流閥,裝置於一內燃引擎汽缸的進氣管道,用以控制空氣進入燃燒室的流量;若干噴射單元,裝置於節流閥的上面,各噴射單元分別具有多數個微泵浦,其可由微泵浦的動作汲取燃油,並將燃油以微小顆粒狀噴射進入節流閥的進氣管道內,而使得燃油顆粒與節流闊的進氣混合後進入汽缸的燃燒室;其由一控制裝置偵測引擎的運轉參數後,再由一驅動裝置驅動噴射單元將適當的油量噴射進入節流閥中,可以達到精確控制燃油量,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 優先權日2001年6月4日
發明者彭毓瑩 申請人:財團法人工業技術研究院