專利名稱：可燃液體的微型泵和燃油噴射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)，尤其涉及如內(nèi)燃機(jī)那樣的產(chǎn)生可燃蒸氣的燃油裝置。
此前，可燃蒸氣都是用化油器或燃油噴射器導(dǎo)引到內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)的。燃油噴射器或是連續(xù)的或是脈動(dòng)的。連續(xù)的燃油噴射器將可燃蒸氣導(dǎo)引到進(jìn)氣歧管內(nèi)，而當(dāng)進(jìn)氣閥開(kāi)啟時(shí)，該蒸氣就被活塞抽吸到氣缸內(nèi)。脈動(dòng)的燃油噴射器根據(jù)指令將燃油蒸氣導(dǎo)引到每一進(jìn)氣閥的上游區(qū)域內(nèi)或直接導(dǎo)引到燃燒室內(nèi)。這兩種燃油發(fā)放系統(tǒng)都被高度開(kāi)發(fā)、為人們熟知、數(shù)十年來(lái)都被使用。
就另一個(gè)背景言，本文件所公開(kāi)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)還總的涉及一種被稱為熱噴墨或泡沫噴射的印刷/成像技術(shù)。這種技術(shù)能用水基油墨將圖標(biāo)和文字印刷到各種介質(zhì)上，同樣也為人們熟知并被高度開(kāi)發(fā)。
由于環(huán)保的規(guī)定越來(lái)越嚴(yán)，越來(lái)越需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)燃油/空氣的配比作更精密的控制。這時(shí)在傳統(tǒng)的燃油發(fā)放技術(shù)中的一些問(wèn)題會(huì)繼續(xù)作梗。例如，如果使用過(guò)多的燃油或過(guò)少的空氣，碳?xì)浠衔锏呐懦隽勘銜?huì)相應(yīng)增加。而且，對(duì)于燃油噴射器，口眼的大小常會(huì)改變；它們可以由于機(jī)械磨損而變大，還可以由于燃油內(nèi)構(gòu)成物和微粒未被濾油器清除以致堵塞而變小。另外，為了符合環(huán)保和節(jié)約用油的規(guī)定，要求更精確地計(jì)量燃油和空氣，使化油器和燃油噴射器都變得越來(lái)越昂貴。
對(duì)于一些小的實(shí)業(yè)用的、功率在約25馬力以下的發(fā)動(dòng)機(jī)，例如用于草地割草機(jī)、旋轉(zhuǎn)翻土機(jī)、尾掛機(jī)船、和小型摩托車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)，還需要有一種價(jià)廉而簡(jiǎn)單的燃油發(fā)放系統(tǒng)。這些發(fā)動(dòng)機(jī)日益要受到環(huán)保規(guī)定的限制，但采用傳統(tǒng)的燃油發(fā)送系統(tǒng)是不合算的，因?yàn)樗鼈兣c機(jī)械的其他部分一樣貴甚至還要貴。
再者，采用這種傳統(tǒng)的燃油發(fā)放系統(tǒng)，可靠性仍舊是一問(wèn)題。例如傳統(tǒng)的燃油噴射系統(tǒng)需要有高壓泵和仔細(xì)設(shè)計(jì)的燃油導(dǎo)管、管線和連接件，它們必須能承受恒定的振動(dòng)和在操作溫度下極端的變化。
從上面所述可知，雖然已有很好開(kāi)發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油的發(fā)放系統(tǒng)，仍舊需要有一種方法來(lái)符合日益嚴(yán)格的環(huán)保規(guī)定，該方法必須是可靠的、不貴的并能較精確地控制在燃燒室內(nèi)的燃油/空氣配比。
概述簡(jiǎn)要而概括地說(shuō)，按照本發(fā)明的設(shè)備包括一個(gè)具有殼體的微型泵、一個(gè)連接到殼體上的壓力調(diào)節(jié)器、一個(gè)在液流上與該壓力調(diào)節(jié)器連通的可燃液體進(jìn)入導(dǎo)管和一個(gè)設(shè)在殼體上并在液流上與壓力調(diào)節(jié)器連通的油滴噴射器。該油滴噴射器包含一個(gè)噴嘴，該噴嘴能以一滴接一滴的樣式從油滴噴射器內(nèi)噴射出可燃液體。
本發(fā)明的另一方面為一用來(lái)產(chǎn)生可燃蒸氣的設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)用來(lái)逐滴地噴出可燃液體的微型泵，和連接在該微型泵上用來(lái)以管道輸送空氣流使它通過(guò)微型泵所噴射的油滴，從而產(chǎn)生可燃蒸氣供燃油裝置如內(nèi)燃機(jī)使用。
操作時(shí)該設(shè)備用一微型泵逐滴地噴出可燃液體并以管道輸送空氣流使它通過(guò)微型泵所噴出的油滴，從而產(chǎn)生可燃蒸氣。
在閱讀下面結(jié)合附圖舉例闡明本發(fā)明原理的詳細(xì)說(shuō)明后，當(dāng)可對(duì)本發(fā)明的其他一些方面和優(yōu)點(diǎn)有清楚的了解。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明參閱下面的附圖可較好地理解本發(fā)明。圖中各元件相互間不一定按比例畫(huà)出，而是將重點(diǎn)放在清楚地闡明本發(fā)明上。另外，在幾個(gè)圖中相同的標(biāo)號(hào)指相應(yīng)而相似的零件。


圖1為體現(xiàn)本發(fā)明原理供內(nèi)燃機(jī)用來(lái)產(chǎn)生可燃蒸氣的設(shè)備從頂上、側(cè)面看去的透視圖，部分被簡(jiǎn)略。
圖2為圖1中的設(shè)備從底上、側(cè)面看去的透視圖，部分被簡(jiǎn)略。
圖3為圖1中的設(shè)備的分解圖，部分被簡(jiǎn)略。
圖4-7為圖1中的設(shè)備的一些構(gòu)件的透視圖。
圖8為圖1中的設(shè)備的微型泵的分解圖。
圖9為圖1中的設(shè)備的透視圖，部分被切去。
圖10為圖1中的設(shè)備的信號(hào)和電控電路的方塊圖。
圖11為傳統(tǒng)的燃油噴射器和圖1中的設(shè)備實(shí)施例的示范的當(dāng)量油滴的直徑分布。
圖12為本發(fā)明一個(gè)示范實(shí)施例的方塊圖。
詳細(xì)說(shuō)明如同為闡明的目的而在圖中示出的那樣，本發(fā)明包括一個(gè)用來(lái)輸送可燃液體的微型泵，一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生可燃蒸氣供燃油裝置如內(nèi)燃機(jī)使用的設(shè)備，其控制和操作的方法，及其控制電路。圖12為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方塊圖。燃油噴射器14包括一個(gè)油滴噴射器30和一個(gè)空氣流量控制閥34。油滴噴射器30產(chǎn)生許多分散的大小基本固定的定量油滴。油滴噴射器30最好在低壓下在液流上被連接到一個(gè)包含燃油的燃油儲(chǔ)罐內(nèi)。燃油最好用壓力調(diào)節(jié)器32和任選的立管36(穩(wěn)定油壓用)從燃油儲(chǔ)罐被發(fā)放到油滴噴射器以便防止在不使用的情況下燃油從油滴噴射器30泄漏。最好油滴噴射器30可由普通的用戶卸除并更換。有一控制電路20控制油滴噴射器30和空氣流量控制閥34。該控制電路20最好被連接到一個(gè)調(diào)節(jié)閥23上，該調(diào)節(jié)閥23由用戶憑借監(jiān)控和感知燃油裝置載荷的載荷傳感器27來(lái)控制?？諝饬髁靠刂崎y34調(diào)節(jié)空氣的流量使與油滴噴射器30噴出的燃油混合而造成可供燃油裝置使用的可燃蒸氣17。
該設(shè)備能提供一種價(jià)格不貴、簡(jiǎn)單、可靠的電-機(jī)械燃油發(fā)放系統(tǒng)可用來(lái)精確地控制在內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)或其他燃油裝置如燈、爐、發(fā)生器和便攜加熱器等內(nèi)的燃油/空氣配比。該設(shè)備能精確地計(jì)量有多少燃油已被發(fā)放到氣缸或裝置內(nèi)，分辨率可在納克的范圍內(nèi)，因?yàn)楸晃⑿捅冒l(fā)放的燃油滴的大小和重量都是以分散的一滴接一滴的方式精確地被控制的。這些特點(diǎn)使發(fā)動(dòng)機(jī)或裝置能夠減少釋放到大氣中的碳?xì)浠衔飻?shù)量，特別是在開(kāi)動(dòng)時(shí)，并且能夠符合日益嚴(yán)格的環(huán)保規(guī)定。該設(shè)備不同于傳統(tǒng)的燃油噴射器之處在于，它不是形成一個(gè)具有各種大小油滴的燃油噴霧，而是在微型泵內(nèi)有一個(gè)油滴生成器，能夠造成一種或數(shù)種具有固定大小的定量油滴而后分散地被排放出去并且在與空氣混合時(shí)立即被蒸發(fā)。利用這種由各種數(shù)量的定量大小的油滴構(gòu)成所需燃油量而提供的能力便可創(chuàng)造出一種用數(shù)碼技術(shù)將燃油發(fā)放到發(fā)動(dòng)機(jī)上的方法，這樣便可提高自動(dòng)化的和最好是計(jì)算機(jī)化的控制。由于能夠有效地混合燃油和空氣，本方法有一個(gè)好處是，對(duì)于給定的用途可以使用等級(jí)較低的燃油，這樣可進(jìn)一步得到節(jié)約。
另外，該設(shè)備包括一個(gè)低壓例如壓力在約每方英寸3磅以下的燃油供應(yīng)系統(tǒng)，這個(gè)壓力比傳統(tǒng)的燃油噴射系統(tǒng)所使用的壓力要低得多。這個(gè)一滴接一滴的生成器(今后被稱為油滴生成器)包括微型的噴嘴和在立管內(nèi)的毛細(xì)管式管道在習(xí)慣上都是按所用燃油的型式來(lái)設(shè)計(jì)和制定尺寸的。在油滴生成器/立管和低壓燃油發(fā)放系統(tǒng)之間添加一個(gè)背壓調(diào)節(jié)器，便可防止燃油泄漏到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)。最好該設(shè)備被這樣設(shè)計(jì)使油滴生成器容易被用戶更換。這個(gè)油滴生成器的互換性使燃油噴射系統(tǒng)在噴嘴由于燃油內(nèi)的雜質(zhì)而被堵塞時(shí)容易被維修。而且，由于油滴生成器容易被卸下和更換，在一給定的裝置內(nèi)各種型式的燃油都可被使用，只要將適合所選型式燃油的油滴噴射器換上并安裝即可。
由于燃燒與所耗用燃油的活性表面面積有關(guān)，通常大多數(shù)燃油噴射器都以其當(dāng)量球直徑作為特征，該球直徑是以全部分布中每單位體積的表面面積來(lái)限定的，這個(gè)當(dāng)量球直徑也被稱為Sauter平均直徑(SMD)，它是廣泛優(yōu)選的用來(lái)說(shuō)明噴射器噴出油滴的大小而不是說(shuō)明平均體積直徑的工業(yè)方法，因?yàn)樗鼪](méi)有對(duì)較大的油滴給予額外的統(tǒng)計(jì)加權(quán)，所以它是一種以油霧產(chǎn)生的表面面積來(lái)表達(dá)油霧細(xì)度的方法。因此，SMD就是這樣大小的油滴的直徑，該油滴的體積與表面面積之比等于所有油滴的總體積與所有油滴的總表面面積之比。實(shí)際上，這會(huì)導(dǎo)出一個(gè)向分布的較細(xì)端傾斜的數(shù)目。因此，檢查制造商標(biāo)出的SMD數(shù)不能確定從具體的燃油噴射器內(nèi)噴出的油滴大小的實(shí)際范圍。圖11為一比較圖說(shuō)明傳統(tǒng)噴射器的油滴分布92和本發(fā)明的示范設(shè)備的油滴分布94兩者都按正態(tài)分布時(shí)當(dāng)量油滴直徑的比較。傳統(tǒng)噴射器的油滴分布具有一個(gè)約為130μm的平均體積直徑A而在油滴的分布中，大直徑C約為230μm，小直徑B約為30μm。這樣，即使傳統(tǒng)的噴射器可被援引為具有約30μm的SMD，較大的油滴仍通常形成并且總是不能完全被燒掉，導(dǎo)致射出增加、燃油的經(jīng)濟(jì)性減少。
而本文說(shuō)明的設(shè)備有法造成尺寸分散的定量油滴，這些油滴能夠單獨(dú)或同時(shí)被噴射。在該示范說(shuō)明的設(shè)備中，如圖11所示的該設(shè)備的分布94有一在E和F之間約為2μm的十分窄的油滴分布。由于從本發(fā)明的設(shè)備排放的油滴的分布較窄(接近均勻)，在本申請(qǐng)中最好用算術(shù)平均直徑(NMD)法來(lái)描述氣懸體的大小。NMD的意思是說(shuō)有50％的氣懸體油滴的實(shí)際直徑小于NMD，而另外50％的直徑則大于NMD。例如在圖11的例子中，示范設(shè)備油滴大小的NMD約為19μm，而就傳統(tǒng)的噴射器的油滴分布92而言，NMD約為130μm。在本發(fā)明的油滴生成器中，油滴的大小可以單個(gè)地被設(shè)計(jì)以資在任何地點(diǎn)提供小于約1mm甚至更好為小于30μm的油滴的NMD直徑。本發(fā)明的設(shè)備能夠生成的油滴的體積可以小于10皮可升(1皮可升等于千分之一納升)甚至小到約70飛母托升(1飛母托升等于千分之一皮可升)。
研究表明，當(dāng)將SMD減少到10μm以下時(shí)，能夠減少總的尾管內(nèi)未燃碳?xì)浠衔锏纳涑?，特別是在操作開(kāi)始的幾分鐘內(nèi)。在冷起動(dòng)后大量射出的未燃碳?xì)浠衔镏饕俏幢蝗紵娜加投皇遣糠盅趸漠a(chǎn)物如CO和NO。使用傳統(tǒng)的噴射器形成的大油滴在開(kāi)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生的一個(gè)問(wèn)題是“濕潤(rùn)缸壁”，其時(shí)燃油沒(méi)有被蒸發(fā)而是在空氣中混合后就粘結(jié)到氣缸壁上。另一個(gè)問(wèn)題是發(fā)動(dòng)機(jī)壁是冷的，它會(huì)從燃燒中吸收能量，這樣在點(diǎn)火循環(huán)中燃油就不能完全燃燒。因?yàn)楫?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在冷態(tài)時(shí)，大多數(shù)燃油控制系統(tǒng)不能適當(dāng)?shù)乜刂戚d荷的改變，所以在冷起動(dòng)時(shí)使用的燃油數(shù)量常被增加以便防止使用貧油燃燒時(shí)會(huì)發(fā)生的問(wèn)題。所有這些因素促使燃油被吸收到發(fā)動(dòng)機(jī)的油層和其他沉積處內(nèi)，并在正常的燃燒循環(huán)中阻止燃油使它不能被完全氧化。當(dāng)使用比汽油重的燃油如柴油和煤油時(shí)，這個(gè)問(wèn)題進(jìn)一步被加重。一般地說(shuō)，較重的油滴較容易以液態(tài)到達(dá)氣缸上。傳統(tǒng)上普探索使用細(xì)油霧噴射器來(lái)得到較小的油滴，但這些噴射器噴出的油滴并不具有均勻的大小，而是油滴的直徑有一廣闊的分布范圍如直徑可從250μm到30μm。一般地說(shuō)，這種細(xì)油霧噴射器都是使用空氣流來(lái)裂開(kāi)噴射器的燃油流，另外還曾用加熱噴射器的方法來(lái)使燃油流部分或完全蒸發(fā)。
參閱圖1和2，標(biāo)號(hào)14一般地指出一個(gè)產(chǎn)生可燃蒸氣供內(nèi)燃機(jī)使用的設(shè)備，為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，這個(gè)設(shè)備今后將被稱為“燃油噴射器”。該燃油噴射器有一主體15裝在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣歧管16或未被示出的進(jìn)氣閥的附近。該主體15和所有零件除非在本文件中另外注明，都是最好由一種能抵擋汽油和其他發(fā)動(dòng)機(jī)燃油的聚合物尼龍6注射模塑而成。該燃油噴射器可被用于2循環(huán)或4循環(huán)的火花點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)或2循環(huán)或4循環(huán)的壓縮點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)上。燃油噴射器的功能是產(chǎn)生十分小的、計(jì)量過(guò)的定量的或數(shù)碼的可燃燃油的油滴，并用管道使一股數(shù)量受控制的空氣通過(guò)這些油滴，從而產(chǎn)生可燃蒸氣17?？扇颊魵獗怀槲桨l(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)或是用活塞運(yùn)動(dòng)所造成的真空，或是用未被示出的外部空氣泵如增壓器及/或渦輪增壓器。
在圖1和2中，有一燃油儲(chǔ)罐18連接到主體15上，該燃油儲(chǔ)罐可以連接或不連接到一個(gè)未被示出的燃油泵上，但用重力輸送燃油不僅不貴而且是比較好的，因?yàn)槿加蛧娚淦髦恍韬苄〉膲毫ΑＨ加涂梢允瞧?、柴油、酒精、燃料油、和煤油中的任何一種，簡(jiǎn)言之，任何一種可燃燃油或燃油組合只要能賦能給內(nèi)燃機(jī)或其他燃油裝置如光源(如提燈)、爐、窯、加熱器和發(fā)生爐都可。
在圖1和2中，燃油噴射器14被連接到一個(gè)電子控制模塊20上。這個(gè)模塊及其功能將在下面結(jié)合圖10說(shuō)明。標(biāo)號(hào)22指一條調(diào)節(jié)纜繩，該纜繩被連接到一個(gè)未被示出的手動(dòng)或腳蹬的調(diào)節(jié)閥上。如同下面所說(shuō)，當(dāng)調(diào)節(jié)纜繩22被拉而離開(kāi)主體15時(shí)，燃油噴射器14通過(guò)管道引入較多的空氣使它通過(guò)設(shè)備而進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)。有一傳統(tǒng)的空氣濾清器24將進(jìn)入燃油噴射器14內(nèi)的空氣流中的任何微粒物質(zhì)除去，這樣來(lái)濾清空氣。
參閱圖8，標(biāo)號(hào)26一般地指出一個(gè)最好能更換的滑動(dòng)體，該滑動(dòng)體兼有燃油的微型泵和空氣控制閥的功能，作為控制閥，它能調(diào)節(jié)被導(dǎo)引到微型泵所產(chǎn)生的油滴流中的空氣的數(shù)量。該滑動(dòng)體26的構(gòu)造與熱噴墨打印盒相似并以基本相同的方式操作。但使用的所需燃油的各種性能如表面張力、化學(xué)反應(yīng)能力和揮發(fā)性要求對(duì)傳統(tǒng)的熱噴墨打印盒的設(shè)計(jì)作出修改，而不能簡(jiǎn)單地把油墨更換為燃油。這些改變包括由于考慮到表面張力較低而將在背壓調(diào)節(jié)器和油滴生成器之間的立管內(nèi)的毛細(xì)管大小縮減。其他改變包括為滑動(dòng)體和背壓調(diào)節(jié)器選擇合適的材料使它們能抵抗燃油的溶解能力，如尼龍6。另外，背壓調(diào)節(jié)必須適當(dāng)?shù)乜紤]到燃油的較高的揮發(fā)性。在這個(gè)示范的實(shí)施例中，滑動(dòng)體26包括一個(gè)殼體28，其上裝有一個(gè)TAB回路29。本行業(yè)行家所知的其他電路互連形式可被用來(lái)替代TAB回路29，但仍在本發(fā)明的創(chuàng)意和范圍之內(nèi)。該TAB回路29在電路上連接到將在下面結(jié)合圖10說(shuō)明的電子控制模塊20上。該TAB回路還在電路上和實(shí)際上連接到位在殼體28底壁上的油滴排放器30即一滴接一滴的生成器上。一個(gè)示范的油滴排放器曾在2000.12.19授予陳等的、題為“直接成像的聚合物的流體噴射孔眼”的美國(guó)專利6,162,589號(hào)中說(shuō)明過(guò)，該專利被本文參考引用。該油滴排放器30包含多個(gè)燃油點(diǎn)燃室，每一點(diǎn)燃室各有一個(gè)或多個(gè)噴嘴；一個(gè)燃油進(jìn)入管道，和一個(gè)耗能元件如電阻器或被電子控制模塊20脈動(dòng)的彎曲伸張裝置。該電子控制模塊20當(dāng)體現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)的用途上時(shí)最好能決定發(fā)動(dòng)機(jī)載荷和調(diào)節(jié)閥位置之間的關(guān)系。油滴排放器30驅(qū)使可燃液體從圖3、8和10所示點(diǎn)燃室的每一個(gè)孔眼一滴一滴地垂直向下(在本實(shí)施例中是如此，但任何取向都是可能的)。對(duì)于汽油，這些油滴各具有小于約30微米的NMD和約為14皮可升的體積，但這可取決于排放器的設(shè)計(jì)而修整如可上調(diào)到為1mm的NMD。
在圖8的殼體28內(nèi)有一壓力調(diào)節(jié)器32，該調(diào)節(jié)器可以是如圖所示的小方格泡沫材料、或彈簧袋、或柔韌的膜片。本行業(yè)的行家所知道的可用來(lái)控制背壓的另外一些壓力調(diào)節(jié)器可用來(lái)替代。但仍在本發(fā)明的范圍和創(chuàng)意之內(nèi)。該壓力調(diào)節(jié)器通過(guò)位在殼體底部的立管內(nèi)的槽(未示出)在液流上與油滴排放器即油滴噴射器30連通。該壓力調(diào)節(jié)器將一微弱的負(fù)壓力施加在油滴噴射器30的背側(cè)使可燃液體不會(huì)從油滴噴射器泄漏或滴出。
圖8的滑動(dòng)體26還包括一個(gè)滑動(dòng)體頂部35，并且該殼體28和該頂部35用墊圈33密封使可燃液體不會(huì)從滑動(dòng)體泄出。該墊圈最好由EPDM(乙丙三元橡膠)或聚氨酯制成。在滑動(dòng)體頂部35的頂壁上設(shè)有兩個(gè)圓筒形零件37用來(lái)將壓縮返回彈簧46保持在位；還有一個(gè)拱形件40，調(diào)節(jié)纜繩22(圖1)如下所述被連接到拱形件40上，并且調(diào)節(jié)纜繩的運(yùn)動(dòng)能使滑動(dòng)體26在燃油噴射器的主體15內(nèi)的槽38(圖6)內(nèi)垂直地上下移動(dòng)以資控制通過(guò)空氣通路85(見(jiàn)圖6)進(jìn)入燃油噴射器的空氣的數(shù)量。
在滑動(dòng)體26(見(jiàn)圖8)的頂壁上還設(shè)有一個(gè)燃油進(jìn)入導(dǎo)管41，該導(dǎo)管與燃油儲(chǔ)罐18(圖1)在液流上連通。在主體15內(nèi)，該燃油進(jìn)入導(dǎo)管41柔韌而能彈性變形，因此滑動(dòng)體26能在燃油噴射器內(nèi)上下移動(dòng)而不受阻礙。該燃油進(jìn)入導(dǎo)管41還在液流上與壓力調(diào)節(jié)器32(圖8)連通。
參閱圖7和9，標(biāo)號(hào)43指主體15頂壁的后部。位在該壁43(圖7)的底側(cè)上有兩個(gè)間隔開(kāi)的圓筒形零件44。在燃油噴射器組裝好以后，這兩圓筒形零件44與滑動(dòng)體頂部35(圖8)上的兩個(gè)圓筒形零件37同軸。這四個(gè)零件一起與兩個(gè)返回彈簧46(圖3)接合并將彈簧保持在位。返回彈簧46為壓縮彈簧并且最好由不銹鋼制成。該返回彈簧能推動(dòng)滑動(dòng)體26向下到主體15內(nèi)的一個(gè)位置，將空氣堵住不讓它流動(dòng)通過(guò)燃油噴射器14。當(dāng)滑動(dòng)體26被調(diào)節(jié)纜繩拉向上方時(shí)，該返回彈簧46被壓縮。在該頂壁的底側(cè)上還設(shè)有一個(gè)導(dǎo)管45供調(diào)節(jié)纜繩使用。該導(dǎo)管45的功能是使調(diào)節(jié)纜繩制出彎頭54，如圖3和9所示。為清晰起見(jiàn)，導(dǎo)管45沒(méi)有在圖3和9中示出。
參閱圖5，標(biāo)號(hào)48一般地指出一個(gè)調(diào)節(jié)輪。該調(diào)節(jié)輪有一較小的卷輪49和一較大的卷輪50都牢固地裝在一根軸51上。連接到未被示出的調(diào)節(jié)閥上的調(diào)節(jié)纜繩22(圖1)延伸通過(guò)主體15內(nèi)的一個(gè)小孔53(圖6)并被卷繞在較大卷輪50的周?chē)＿€有一條第二纜繩卷繞在較小的卷輪49上。第二纜繩54延伸通過(guò)導(dǎo)管45(圖7)并被連接到滑動(dòng)體頂部35(圖8)上的拱形件40上。直徑不同的兩個(gè)卷輪49、50的功能為要減少燃油噴射器14的總高度。而在軸51上還連接著一個(gè)調(diào)節(jié)位置的傳感器52，最好為電位計(jì)。這個(gè)傳感器測(cè)量與燃油噴射器14的滑動(dòng)體26的垂直位置對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)輪48的半徑的位置。該傳感器將位置信號(hào)68送往下面要說(shuō)明的控制電路(見(jiàn)圖10)。該調(diào)節(jié)輪被裝在圖4和6中的四個(gè)叉形件上，其中兩個(gè)叉形件56位在主體15頂壁前部57的底面上，另外兩個(gè)叉形件位在主體15內(nèi)的中間壁58上。
圖10示出一個(gè)示范的電子控制電路和信號(hào)在該電子控制模塊20(圖1)內(nèi)的流動(dòng)。該電子控制電路可使用模擬電路、數(shù)碼電路、及其組合包括微處理器來(lái)設(shè)計(jì)和構(gòu)造。該電路包括一個(gè)12伏的DC電源60將電力供應(yīng)到燃油噴射器14的所有電子器件上。電源可以是蓄電池或發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。箭頭61-65指出12伏的DC電力分配到各從屬電路的情況。
圖5和10中示出的調(diào)節(jié)輪48隨著調(diào)節(jié)纜繩22、54的運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，軸51轉(zhuǎn)動(dòng)后得到的位置由前頭67指出。調(diào)節(jié)輪48的半徑的位置，也就是滑動(dòng)體26(圖8)在主體15內(nèi)的垂直的位置，是由調(diào)節(jié)位置的傳感器52測(cè)出的，該傳感器典型地也是較好地為能定位的電位計(jì)。箭頭68為一與燃油噴射器內(nèi)滑動(dòng)體的垂直的位置，也就是與燃油噴射器內(nèi)空氣通路開(kāi)口的大小對(duì)應(yīng)的可變電壓。這個(gè)可變電壓為匯總樞紐的一個(gè)輸入。
圖10中標(biāo)號(hào)72指發(fā)動(dòng)機(jī)載荷的傳感器。該載荷傳感器根據(jù)用途的不同可采用多種形式。在一個(gè)用途中該傳感器為一測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)速計(jì)。在另一用途中該傳感器為一測(cè)量進(jìn)入燃油排放器的空氣數(shù)量的空氣流量計(jì)。在一空氣冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)上，該傳感器為一測(cè)量被風(fēng)扇移動(dòng)的空氣數(shù)量的流量計(jì)。從發(fā)動(dòng)機(jī)載荷傳感器72發(fā)出的輸出電壓信號(hào)由箭頭73指出并且是匯總樞紐70的第二輸入。
圖10的匯總樞紐70將箭頭68所指出的來(lái)自節(jié)流位置的輸入和箭頭73所指出的來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)上的載荷即發(fā)動(dòng)機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)或空氣流量的輸入結(jié)合起來(lái)。匯總樞紐70的輸出為一可變的DC電壓。這個(gè)可變DC電壓作為輸入被送往模擬的或數(shù)碼的電壓到頻率的轉(zhuǎn)換器，今后為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)將被稱為V/F轉(zhuǎn)換器。該V/F轉(zhuǎn)換器的功能是用來(lái)調(diào)節(jié)從油滴噴射器30(圖3和10)噴射出去的燃油的數(shù)量。用箭頭77指出的從V/F轉(zhuǎn)變器76發(fā)出的輸出信號(hào)是一個(gè)其頻率與匯總樞紐70的輸出直接有關(guān)的信號(hào)。
箭頭77所示信號(hào)為送往單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器79的輸入。該多諧振蕩器79將電壓到頻率轉(zhuǎn)換器76所產(chǎn)生的可變頻率波形轉(zhuǎn)變成輸出80，該輸出最好為一具有可變頻率、恒定脈沖寬度和恒定脈沖高度而能造成定量油滴的脈沖系列，這樣便可能用數(shù)碼方式發(fā)放燃油使它成為被分散排放而具有基本上均勻的NMD大小的油滴。箭頭80所示脈沖序列作為輸入被送往輸出功率晶體管81。該功率晶體管驅(qū)動(dòng)油滴噴射器30時(shí)使用的脈沖序列具有與從多諧振蕩器79所接收到的脈沖序列相同的形狀、可變的頻率、恒定的脈沖寬度、和恒定的脈沖高度，但是具有較高的功率。有一DC到DC的轉(zhuǎn)換器83將功率晶體管的輸出電壓從來(lái)自電源60的12伏提升到油滴噴射器30內(nèi)的耗能元件所需的電壓。該功率晶體管81被用頻率驅(qū)動(dòng)控制的TAB回路29(圖3)直接連接到油滴噴射器30上。油滴噴射器30可包括布置成有組織或雜亂陣列模樣的一組一個(gè)或多個(gè)噴嘴。
空氣通過(guò)燃油噴射器14(圖2)的流動(dòng)路徑從空氣濾清器24開(kāi)始?？諝獗怀槿氲饺加蛧娚淦鲀?nèi)或是用未被示出的空氣泵、或是用發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)活塞的運(yùn)動(dòng)所造成的真空?？諝饬鲃?dòng)通過(guò)空氣濾清器24，從主體15內(nèi)的空氣通道85(圖6)下去，到滑動(dòng)體26上的油滴噴射器30之下，從主體15內(nèi)出來(lái)，進(jìn)入到進(jìn)氣歧管16內(nèi)(圖1)?？諝饬鲃?dòng)是從圖1的右面流到左面。
可燃液體的流動(dòng)路徑從燃油儲(chǔ)罐18(圖1)開(kāi)始，該液體在一低壓導(dǎo)管(如壓力小于約3psi)從儲(chǔ)罐流到主體15，然后以低壓力(如也是小于約3psi)通過(guò)一個(gè)可彈性變形的導(dǎo)管來(lái)到在滑動(dòng)體26(圖8)上的燃油進(jìn)口41。該液體流動(dòng)通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器32，通過(guò)立管(未示出)內(nèi)在殼體28底部上的幾個(gè)槽來(lái)到油滴噴射器30。該示范的、最好由泡沫材料制成的壓力調(diào)節(jié)器在油滴噴射器的背部保持一個(gè)輕微的負(fù)壓力(指相對(duì)于表示壓力而言，這樣來(lái)造成一個(gè)背壓力)使可燃液體在不使用時(shí)不會(huì)從油滴噴射器30流出。該燃油從泡沫材料內(nèi)被抽出并進(jìn)入到油滴噴射器內(nèi)，這是因?yàn)樵谟偷紊善骱土⒐懿蹆?nèi)的液體的毛細(xì)管作用使該液體會(huì)被吸入從而置換已被排放的體積。于是油滴噴射器30點(diǎn)燃該液體使它一滴一滴地垂直落下到一在滑動(dòng)體26下面的快速在管道內(nèi)流動(dòng)的空氣內(nèi)。當(dāng)油滴到達(dá)空氣流時(shí)，它們的疾行路徑就從垂直轉(zhuǎn)為水平。這些油滴由于被分散排出成定量的大小，因此都充分小。空氣流就可這樣設(shè)計(jì)使當(dāng)空氣與燃油的定量油滴相遇而混合時(shí)便可生成可燃蒸氣17(圖1)。
參閱圖9，如同箭頭87所示的調(diào)節(jié)繩索22的運(yùn)動(dòng)能使調(diào)節(jié)輪48轉(zhuǎn)動(dòng)如同箭頭88所示，從而使滑動(dòng)體26上下移動(dòng)如同箭頭89所示。該滑動(dòng)體26在正常時(shí)坐落在槽38(圖6)的底部，從而堵塞空氣通道85并被返回彈簧46推向下方。當(dāng)拉動(dòng)調(diào)節(jié)纜繩使它離開(kāi)主體15時(shí)，纜繩22使調(diào)節(jié)輪48轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)輪48又用第二調(diào)節(jié)纜繩54拉動(dòng)滑動(dòng)體26向上。第二調(diào)節(jié)纜索移動(dòng)通過(guò)導(dǎo)管45(圖7)，其運(yùn)動(dòng)方向從水平轉(zhuǎn)向垂直如圖9所示。第二調(diào)節(jié)纜繩被連結(jié)到滑動(dòng)體頂壁35(圖8)上的拱形件40上。當(dāng)滑動(dòng)件向上移動(dòng)時(shí)，較多的空氣通道就不再被蓋住，因此有較多的空氣可被準(zhǔn)許流到燃油噴射器14內(nèi)。另外，返回彈簧46被壓縮。調(diào)節(jié)輪48的轉(zhuǎn)動(dòng)還啟動(dòng)調(diào)節(jié)位置的傳感器使它向電子控制模塊發(fā)出信號(hào)，指出有較多的空氣通道85已經(jīng)開(kāi)啟，有較多的空氣正在流到燃油噴射器內(nèi)。
圖10示出的電路其功能在于能控制油滴噴射器30點(diǎn)燃的速率，即可燃液體的油滴被引入到燃油噴射器內(nèi)的空氣流內(nèi)的速率，這樣來(lái)最后控制從燃油噴射器發(fā)放的燃油的體積。
當(dāng)調(diào)節(jié)纜繩22(圖1)被拉動(dòng)而離開(kāi)燃油噴射器時(shí)，從調(diào)節(jié)位置傳感器52發(fā)出的輸出信號(hào)68增加，于是電壓到頻率轉(zhuǎn)換器的電壓水平74增加。從而V/F轉(zhuǎn)換器76的輸出頻率77增加而脈沖高度和脈沖寬度保持不變。增加的脈沖頻率使單穩(wěn)定多諧振蕩器79和功率晶體管81點(diǎn)燃油滴的速率加快，從而將較多的可燃液體油滴噴射到空氣流內(nèi)，而每一個(gè)油滴都基本保持相同的定量大小。如果放松調(diào)節(jié)纜繩22，返回彈簧46(圖9)會(huì)推動(dòng)油滴噴射器30向下運(yùn)動(dòng)，從而從調(diào)節(jié)位置傳感器52發(fā)出的輸出信號(hào)68會(huì)減少。于是V/F轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖減少，油滴噴射器30以較慢的速率點(diǎn)燃。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定地運(yùn)行而將增加的載荷添置在其上時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的速率會(huì)慢下來(lái)，而且通過(guò)燃油噴射器的空氣流動(dòng)會(huì)減少。這時(shí)或是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)減少，或是空氣流量會(huì)減少，或是兩者都被發(fā)動(dòng)機(jī)載荷傳感器72感知而將送往匯總樞紐70的輸出電壓信號(hào)改變以資補(bǔ)償添加的載荷。這個(gè)改變又使送往V/F轉(zhuǎn)換器76的輸入電壓74增加并且這個(gè)電路使油滴噴射器30的點(diǎn)燃加速。由于有較多的可燃液體被噴射到空氣流內(nèi)，該發(fā)動(dòng)機(jī)典型地會(huì)產(chǎn)生較多的轉(zhuǎn)矩直到某一點(diǎn)，該可燃混合物變得太濃不再增加轉(zhuǎn)矩為止。這個(gè)過(guò)程都可在不移動(dòng)調(diào)節(jié)纜繩的情況下發(fā)生。或者，該載荷傳感器還可影響調(diào)節(jié)位置。如果增添的載荷被移走，發(fā)動(dòng)機(jī)典型地會(huì)提速，因?yàn)檫^(guò)多的功率被發(fā)生出來(lái)，這時(shí)該電路的操作是要減少油滴噴射器30的點(diǎn)燃頻率，這一過(guò)程正好是上一過(guò)程的反轉(zhuǎn)。
參閱圖10，匯總樞紐將調(diào)節(jié)位置傳感器52來(lái)的輸出電壓68和發(fā)動(dòng)機(jī)載荷傳感器來(lái)的輸出電壓73結(jié)合在一起。這個(gè)結(jié)合的信號(hào)就是輸入到V/F轉(zhuǎn)換器76的電壓水平74，而該水平又使該電路增加或減少油滴噴射器30的點(diǎn)燃頻率。具體來(lái)說(shuō)，在穩(wěn)定狀態(tài)下，滑動(dòng)體26在燃油噴射器內(nèi)的位置確定空氣流和進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)空氣的主要配比。在加速和減速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)載荷傳感器72會(huì)修正這個(gè)配比。
在非常小的載荷的情況下，由于滑動(dòng)體26開(kāi)啟空氣通道85，較多空氣被放入到燃油噴射器14內(nèi)。因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)上只有非常小的載荷，發(fā)動(dòng)機(jī)的速率很快會(huì)響應(yīng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很空氣提速。在這低載荷的情況下，從發(fā)動(dòng)機(jī)載荷傳感器72發(fā)出的輸出信號(hào)73很少影響到由V/F轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的脈沖的頻率，進(jìn)而到油滴噴射器30的點(diǎn)燃頻率。
在增加載荷的情況下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷增加而調(diào)節(jié)位置沒(méi)有改變時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)載荷傳感器72發(fā)出的輸出電壓信號(hào)73會(huì)改變匯總樞紐70(圖10)的電壓，會(huì)使匯總樞紐的輸出74電壓增加，致使V/C轉(zhuǎn)換器76所產(chǎn)生的脈沖的頻率增加，從而增加油滴噴射器30的點(diǎn)燃率。較多的可燃液體油滴被噴射到空氣流內(nèi)，于是配比被改變以資增加發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。該發(fā)動(dòng)機(jī)這樣來(lái)對(duì)載荷作出反應(yīng)使平衡重新建立。
本發(fā)明的說(shuō)明應(yīng)被理解為包括本文所說(shuō)元件的所有新的組合和不顯著的組合。權(quán)利要求可在這個(gè)或以后的申請(qǐng)中對(duì)這些元件的任何一個(gè)新的和不顯著的組合提出。上述實(shí)施例為說(shuō)明性的，沒(méi)有一個(gè)單獨(dú)的零件或元件對(duì)可在這個(gè)或以后的申請(qǐng)中提出權(quán)利要求的所有可能的組合是必需的。當(dāng)權(quán)利要求注有“一個(gè)”或“第一個(gè)”元件時(shí)應(yīng)被理解為在引用一個(gè)或多個(gè)這種元件時(shí)，既不要求也不排斥兩個(gè)或多個(gè)這種元件。本發(fā)明只受下列權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種可燃液體用的微型泵，包括一個(gè)具有輸入導(dǎo)管(41)的殼體(28)；一個(gè)設(shè)在該殼體內(nèi)與該進(jìn)入導(dǎo)管保持流體連通的背壓調(diào)節(jié)器(32)；及一個(gè)設(shè)在殼體上并與該背壓調(diào)節(jié)器保持流體連通的定量液滴噴射器(30)，所說(shuō)定量油滴噴射器包含一組噴嘴，能以數(shù)碼方式分散地噴射可燃液體。
2.權(quán)利要求1的微型泵，其特征在于被該噴嘴噴出的定量油滴的算術(shù)平均直徑小于約30μm。
3.權(quán)利要求1的微型泵，其特征在于該組噴嘴包括多個(gè)以可變激發(fā)頻率單獨(dú)激勵(lì)來(lái)產(chǎn)生液點(diǎn)的噴嘴。
4.權(quán)利要求1的微型泵，其特征在于該可變激發(fā)頻率能夠按照內(nèi)燃機(jī)對(duì)功率的要求而變化。
5.一種用來(lái)產(chǎn)生可燃蒸氣的設(shè)備，包括權(quán)利要求1的微型泵(14)；及連接到該微型泵上的設(shè)施(15、24)，用來(lái)引導(dǎo)空氣流經(jīng)過(guò)由該微型泵所噴射的液滴，從而產(chǎn)生該可燃蒸氣。
6.一種用來(lái)產(chǎn)生可燃蒸氣的設(shè)備，包括用來(lái)噴射一組尺寸分散的定量的可燃液體的液滴；及連接到該噴射設(shè)施上的設(shè)施(15、24)，用來(lái)使空氣流通過(guò)由該噴射設(shè)施所噴射的液滴，從而產(chǎn)生可燃蒸氣(17)。
7.權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于還包括設(shè)施(22、26、46、48)，該設(shè)備被連接到該噴射設(shè)施上，用來(lái)將該噴射設(shè)施相對(duì)于該引導(dǎo)設(shè)施(15、24)而定位，從而確定被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)這些液滴的空氣體積。
8.權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于所說(shuō)引起設(shè)施還包括一個(gè)空氣流量控制閥(34)，其中該噴射設(shè)施(30)相對(duì)于該引導(dǎo)設(shè)施是固定的，被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)這些油滴的空氣積是由空氣流量控制閥確定的。
9.權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于還包括一個(gè)連接到該設(shè)備上的電控電路(20)，其中來(lái)自該設(shè)備的可燃蒸氣(17)的輸出量能夠按照內(nèi)燃機(jī)的功率需求而被控制。
10.權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于該噴射設(shè)施(20、30)可從該引導(dǎo)設(shè)施上卸除而用新的噴射設(shè)施更換。
11.一種包括權(quán)利要求6的設(shè)備的可燃燃油裝置。
12.權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于該噴射設(shè)施包括一個(gè)具有可燃液體輸入導(dǎo)管(41)的殼體(28)；一個(gè)設(shè)在該殼體內(nèi)與該可燃液體輸入導(dǎo)管保持流體連通的背壓調(diào)節(jié)器(32)；及一個(gè)設(shè)在該殼體上并與該背壓調(diào)節(jié)器保持流體連通的定量液滴噴射器(30)，所說(shuō)定量油滴噴射器包含至少一個(gè)噴嘴，能將可燃液體噴射成尺寸分散的液滴。
13.權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于還包括用來(lái)調(diào)節(jié)供應(yīng)的可燃液體的設(shè)施(22、46、48、54、26)和用來(lái)感知可燃燃油裝置上載荷的設(shè)施(72)，這兩個(gè)設(shè)施都被連接到該設(shè)備上，自該設(shè)備的可燃蒸氣(17)的輸出量由這兩個(gè)設(shè)施即調(diào)節(jié)設(shè)施和感知載荷設(shè)施確定。
14.一種用來(lái)產(chǎn)生可燃蒸氣的設(shè)備，包括用來(lái)噴射一組尺寸分散的定量的可燃液體液滴的設(shè)施(30)；用來(lái)將背壓力提供給該噴射設(shè)施的設(shè)施(32)，所說(shuō)設(shè)施和一低壓可燃液體連通；及連接到該噴射設(shè)施上的設(shè)施(34)，用來(lái)引導(dǎo)空氣流流經(jīng)這些被噴射的液滴，將這些被噴射的液滴霧化，從而形成該可燃蒸氣。
15.一種產(chǎn)生可燃蒸氣的方法，包括下列步驟將來(lái)自微型泵(30)可燃液體噴射成尺寸分散的定量的液滴；及引導(dǎo)空氣流流經(jīng)由該微型泵噴射的液滴，從而產(chǎn)生可燃蒸氣(17)。
16.權(quán)利要求15的方法，其特征在于還包括下列步驟從燃油消耗設(shè)備感知調(diào)節(jié)位置(52)；按照該調(diào)節(jié)位置改變油滴從該微型泵噴出的速率；及相對(duì)于該調(diào)節(jié)位置改變被引導(dǎo)的空氣量(34，20)。
17.權(quán)利要求15的方法，其特征在于還包括下列步驟從可燃燃油裝置感知一載荷信號(hào)(27、72)；及按照該感知的載荷信號(hào)改變液油滴從該微型泵噴出的速率。
18.權(quán)利要求15的方法，其特征在于還包括下列步驟感知(23、52)一調(diào)節(jié)位置；從可燃燃油裝置感知(27、72)一載荷信號(hào)；從該調(diào)節(jié)位置信號(hào)和該感知的載荷信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)綜合信號(hào)；及按照該綜合信號(hào)改變油滴從該微型泵噴出的速率。
全文摘要
一種噴射燃油用的微型泵包括一個(gè)殼體(28)，一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器(32)，一個(gè)在液流上與壓力調(diào)節(jié)器連通的可燃液體進(jìn)入導(dǎo)管(41)，和一個(gè)設(shè)在殼體上與壓力調(diào)節(jié)器在液流上連通的油滴噴射器(30)。該油滴噴射器包含一個(gè)噴嘴能以定量的一滴接一滴的型式噴射可燃液體。另外，本發(fā)明包括一種產(chǎn)生可燃蒸氣供燃油裝置如內(nèi)燃機(jī)使用的設(shè)備。該設(shè)備包括一個(gè)微型泵(14)用來(lái)一滴接一滴地噴射可燃液體，和連接在微型泵上的設(shè)施(15、24)，用來(lái)使空氣流經(jīng)由管道通過(guò)由微型泵噴射的油滴，從而產(chǎn)生可燃蒸氣(17)供燃油裝置使用。
文檔編號(hào)F02M61/16GK1639455SQ03804640
公開(kāi)日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月26日
發(fā)明者J·M·克格勒, J·M·達(dá)昆哈 申請(qǐng)人:惠普開(kāi)發(fā)有限公司