FAI

浙江福爱电子有限公司开发的电喷系统

自由电枢式燃油喷射单元（Free Armature Injection-FAI），FAI是浙江飞亚电子有限公司一个独立完整的技术体系，它包括工作原理发明、技术突破和理论突破。FAI技术体系为小型发动机的升级提供了一个技术平台，在此基础上，小型发动机能够在性能、燃油消耗和排放污染三个方面得到全面的提升。FAI技术体系的诞生是小型发动机发展史上的一个里程碑。

工件原理

FAI体系的燃油喷射执行器是一个动力喷嘴。动力喷嘴能够将电能直接转化为机械能，通过机械能喷射和雾化燃油，FAI动力喷嘴的工作是由电脉冲（PWM）驱动的。

FAI 动力喷嘴包含多项技术突破，其中基本特征是其中包含一个独立的自由电枢，故称为自由电枢喷射技术:（Free Armature Injection-FAI）。FAI技术的发明，极大地降低了动力喷嘴的制造难度，成本也随之大幅度下降。

理论突破

物理模型

燃油喷射技术是以燃油计量方法为理论基础的。传统的燃油共轨系统的燃油计量基于经验公式，FAI体系的燃油计量则基于数学物理模型。FAI在燃油计量理论方面有突破性的进展，并形成了一个独立完整的控制理论。

非共轨系统的燃油计量所要突破的理论问题是寻求与喷射体结构、热力学状态和电磁学状态无关的不变量。如图1所示，力喷嘴的热力学和电磁学状态，热力学通常为一个两相流，电磁学具有非定常特性，FAI动力喷嘴基本理论研究是基于图1所示的物理模型。

T3理论

一个典型的动力喷嘴驱动电路如图1所示，其中，驱动动力喷嘴的信号PWM是由计算机MCU控制的，动力喷嘴是一个具有阻抗和感抗的原件。理论分析表明，在这个电磁系统中，存在一个与电磁热力无关的能量不变量T3，它与燃油喷射量之间存在一个二次关系，这个关系称为全状态模型，与之相关的控制理论称之为T3理论。

基本特征

泵喷嘴一体化。燃油箱内不再需要一个分离式的燃油泵用于提供压缩燃油，有利于降低制造成本和电能的消耗。

不需要一个内含高压油的管道（油轨），与油箱连接的管路均为低压油管，有利于增加安全性。

喷射压力高，燃油雾化质量好，有利于车辆的冷启动和过渡。

燃油喷射速度高，贯穿距离大，有利于动态反应。

技术创新

流体附面层泵在流体附面层不对称交变条件下，液体可以形成定向运动，流体附面层泵就是基于这个原理工作的，其特点在于：没有阀体和额外的运动件，其输入与输出之间时刻保持畅通。流体附面层泵有效地解决动力喷嘴的排热难题。图2、3示为流体附面层交替变化的CFD模拟结果。

动力喷嘴包含一种无阀式高压泵，结构简单可靠，并能够有效避免燃油蒸汽进入压缩腔，其工作过程如图4所示。

垂直喷射

FAI动力喷嘴能够在垂直于电枢运动方向喷射燃油，从而大大地拓展了应用范围。

结论

FAI基本理论的核心内容是全状态模型。全状态模型是建立在一个与能量相关的、与热力和电磁状态无关的不变量T3的基础之上的，它能够动力喷嘴的输出给出比较精确的预测。在两相流状态下，全状态模型对于动力喷嘴的输出也能够给出较好的预测（如图6所示）。FAI基础性理论，不仅解决了全状态条件下的燃油计量问题，而且解决了生产一致性问题，使得动力喷嘴的输出特性对于生产设备精度和品质控制的要求大大降低，其生产成品率超过了传统共轨系统。

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