CN85107926B

CN85107926B - 燃料控制系统

Info

Publication number: CN85107926B
Application number: CN85107926A
Authority: CN
Inventors: 彼得·R·史密斯
Original assignee: INDUSTRIAL TRADE EXCHANGE Inc
Current assignee: INDUSTRIAL TRADE EXCHANGE Inc
Priority date: 1984-10-10
Filing date: 1985-10-09
Publication date: 1988-12-21
Also published as: CN85107926A; JPS62500674A; FI862383A0; ZA857544B; GB8425577D0; MX158582A; FI862383A; US4641625A; AR242841A1; KR870700118A; IN166277B

Abstract

一个以气体和液体燃料为燃料的内燃机燃料控制系统包括液体和气体燃料流量控制装置。这个装置用来控制送给内燃机的每种燃料的相对比例，并且允许液体燃料的相对比例在一个范围内变化，其最大限度可达１００％。气体燃料流量控制装置包括一个气体燃料流量确定装置，它与内燃机的变量相对应，以便按该变量来确定一个所需的气体燃料的流量。该确定装置用来产生一个流量信号。这个信号可以用来控制一个控制气体燃料流量的阀门。

Description

燃料控制系统

本发明是关于一种燃料控制系统，特别是关于一种用于内燃机的燃料控制系统，该内燃机所用的是气体燃料和液体燃料。

大家知道现在有一种既用液体燃料又用气体燃料的内燃机，比如柴油和甲烷或丙烷，这种内燃机通常被称为“双燃料内燃机”。

现有的“双燃料内燃机”常常只在内燃机的某一部分工作范围内使用柴油，而在工作范围的其余部分则使用柴油和气体燃料的混合物。在很多情况下，气体燃料的流量是很少控制的。有些时候，气体燃料的流量是通过内燃机的空气进入量加以控制的。在有些内燃机上使用一个液体燃料调节器以便控制气体燃料的流量。

这些办法总不能完全满足要求，因为这些办法都不能按照内燃机最佳性能来控制气体燃料的流量。

按照本发明为一台同时使用气体燃料和液体燃料的内燃机提供一套控制系统，这套系统包括液体燃料流量控制装置和气体燃料流量控制装置，上述液体燃料和气体燃料流量控制装置用来控制供给内燃机的每一种燃料的相对比例，并且可以使液体燃料的相对比例能够在一个范围内变化，其最大比例可达到100%。

上述的气体燃料流量控制装置包括一个相对于内燃机各个变量的气体燃料流量确定装置用来按照上述的变量来确定所需要的气体燃料流量，并且用来产生一个表示上述气体燃料流量的信号。

气体燃料的相对比例最好是在从O到大约95%的范围内变化。

气体燃料流量控制装置包括用来改变气体燃料流量的阀门装置，上述阀门装置是按照气体燃料流量确定装置所发出的信号进行动作的。

可以配备一个相对于阀门装置压力差的转换器用来产生一个表示压力差的信号。气体燃料流量确定装置可以包括第一个存储装置用来储存与阀门前后压力差有关的信息，所需要的气体燃料流量的信息以及为了得到所需要的气体燃料流量阀门装置所需要的信号大小。气体燃料流量确定装置可以首先确定所需要的气体燃料流量，然后再利用第一个存储装置发出一个指示气体燃料流量的信号，而且将其输入到阀门装置上。

气体燃料流量确定装置最好是一个微处理机。

可以配备一个相对于内燃机速度的转换器用来产生一个指示内燃机速度的信号。

除此之外，还可以配备一个相对于节流阀位置的转换器用来指示节流阀位置的信号，并且可以配备一个相对于柴油流量调节器的转换器用来产生一个指示上述位置的信号。

液体燃料流量控制装置可以包括一个喷射泵控制装置用来控制喷射泵喷到内燃机中的液体燃料的流量。

可以配备一个通-断开关用来转换内燃机的两种工作状态。一种状态是内燃机只用液体燃料进行工作，而另一种状态是内燃机可以用液体燃料和气体燃料进行工作。

在一个实施例中，喷射泵控制装置包括一个截流装置用来阻止喷射泵向内燃机喷射多于预定比例的液体燃料，这时液体燃料是在节流阀全开的情况下进行喷射的。这个载流装置可以由一个电磁阀来进行控制。

在这个实施例中，气体燃料流量确定装置可以包括一个控制运算线路，（Control algorithm）用来确定所需要的气体燃料流量。这个控制运算线路可以这样操作：当指示节流阀位置的信号大小指示内燃机速度的信号时，气体燃料流量按照内燃机速度的比例来确定。当指示节流阀位置的信号小于或者等于指示内燃机速度的信号时，二者之差可以用作一个误差信号用来进行比例和微分控制环路计算，以便确定气体燃料的流量。

这个实施例特别适用于道路车辆所用的内燃机。

在另外一个实施例中，喷射泵控制装置可以包括一个喷射泵操纵装置与喷射泵相连。

在这个实施例中，液体燃料流量控制装置可以包括一个至少与内燃机的一个变量有关的液体燃料流量确定装置，以便根据这个变量来确定所需要的液体流量，同时也用来产生一个指示所需要的液体燃料流量的信号。

气体燃料流量确定装置和液体燃料流量确定装置可以包括一个运算线路，用来确定所需要的液体和气体燃料的流量。

可以配备第二存储装置，这个装置中储存了有关内燃机速度，所需要的液体燃料流量以及为了得到所需要的液体燃料流量喷射泵装置所需要的信号大小。在给定了一个特定的内燃机速度以后，控制运算线路便可从第二个存储装置中得到一个指示液体燃料流量的信号，这个信号被输入到喷射泵装置上。

此外，还有一个第三存储装置，这个装置储存了有关液体燃料调节器为了得到所需要的气体燃料流量而调节的位置的信息。控制运算线路在利用第三个存储装置给出了液体燃料调节器位置以后能够确定所需要的气体燃料流量。液体燃料调节器的位置可能受到一些变量的影响，比如节流阀位置，内燃机速度，排气温度以及内燃机轮的滑动等。

第一、第二和第三个存储装置可以包括一个可编程序只读存储器。所储存的信息可以是一些在特殊的内燃机条件下的最佳燃料流量的有关经验数据。

按照本发明的燃料控制系统可以使供送给内燃机的气体燃料量得到最佳化。

下面参照附图进行说明，附图包括：

图1所示是按照本发明的燃料控制系统的一个实施例的简图;

图2所示是把图1中的燃料控制系统用于内燃机的一个简图;

图3所示是图2中的燃料控制系统用于内燃机的另一个简图;

图4是按照本发明的燃料控制系统的另一个实施例的简图。

图1所示的燃料控制系统将特别适用于道路车辆用的内燃机。这一系统包括一个速度转换器1，一个节流阀位置转换器2及一个气体燃料压力差转换器3。速度转换器1，节流阀位置转换器2和压力差转换器3分别通过导线4、5和6与气体和液体燃料流量控制装置8相连接，这个控制装置是一个以微处理为基础的控制器8（图中虚线所示）。

导线4与一个入口滤波器7a相连，而这个入口滤波器7a又通过导线9与微处理机8的控制运算线路10相连接。导线5与一个入口滤波器7b相连，而这个入口滤波器7b又通过导线11与微处理机8的控制运算线路10相连接。导线6与一个入口滤波器7C相连，而这个入口滤波器7C又通过一个导线17与第一个存储装置以查表线路（100K-up table）16的形式相连接。

控制运算线路10通过导线124与一个螺施管驱动器电路122相连。螺施管驱动器电路122又通过导线12与截流装置以一种机电传动装置13的形式相连接。此外，螺施管驱动器电路122还通过导线202与气体燃料管道22上的一个电磁阀200相连接。

上述的机电传动装置13与内燃机100（见图2和图3）的柴油喷射泵14相连接。这个机电传动装置13可以包括一个空气压机（比如说ENOTS型60052100015）用一个电磁阀来控制（比如WEBBER型3363416/12伏DC）。

机电传动装置13也可以连到一个控制喷射泵14的内燃机速度调节器（图上未示）上。这个内燃机速度调节器可以是一个一般的调节器用来确定喷射泵14应该供送给气缸的燃料量。如果内燃机是只用柴油作燃料的话，该调节器所确定的燃料量就是所需要的用量。这个调节器可以采用比如Bosch RQV型的调节器。同时，喷射泵14可以用Bosch PES型的喷射泵。

控制运算线路10通过导线15与查表线路（100K-up ttable）16相连，而查表线路16又通过导线18与出口滤波器19相连接。控制运算线路10和查表线路16构成了一个气体燃料流量确定装置。

入口滤波器7a，7b，7c和出口滤波器19都是低通滤波器用来去除任何存在的瞬时噪音并提高分辨力。

出口滤波器19通过导线20与阀门装置相连，这个阀门装置包括一个气体燃料阀门致动器21a及一个气体燃料流量控制阀21。这个气体燃料阀门致动器21a用来操纵气体燃料流量控制阀21以便调节气体燃料管道22中通过的气体燃料的流量。这个气体燃料阀门致动器21a可以用Heinzmann E1P型迴转式致动器并带有闭环反馈控制电子装置，而气体燃料流量控制阀21可以是一个改进的迴转LPG气阀。

在导线5和6上分别配置了模拟-数字转换器116和118，以便将转换器2和3所产生的模拟信号转换成数字信号。这在导线4上是不必要的，因为速度转换器1所产生的是代表内燃机速度的脉冲。在导线20上配置了一个数字-模拟转换器120，用来将查表线路16输出的数字信号转换成模拟信号。在导线4，5，6和20上也可以配置放大器（图上未示）来改善信号的状况。

控制运算线路10通过导线128与一个指示灯驱动器126相连。这个指示灯驱动器可以与控制盘（图上未示）上的一些灯（图上未示）相连并操作这些灯。

燃料控制系统可以通过供电线路132由一个车辆用的蓄电池130来供电。

图2和图3所示是内燃机100上所用的图1所示的燃料控制系统，图上各部分的编号都与前相一致。节流阀转换器2（可能是一台Lucas型73169A节流阀转换器）和速度转换器1（可能是一台Lucas型ACS无源电感拾波器）都安装在内燃机100上。并且速度转换器1安装在靠近内燃机飞轮204的位置上。

气体燃料的供气罐102上配置有一个电磁阀200，它可以由螺旋管驱动器电路122来控制，使气体燃料可以沿气体燃料供气管道22通过。在供气管道22上装有一个热交换器106，用来与内燃机冷却系统（图上未示）的冷却液进行热交换。供气管道22与一个气体分配器108相连，而这个分配器又用管道112与内燃机的每一个气缸的气体燃料入口110相连通，图上未示出内燃机的气缸。气体燃料入口110也可以作为每一个气缸的空气入口。

喷射泵14通过管道206与内燃机的每一个气缸的柴油入口114相连通。

图1-3所示的燃料控制系统的操作方法如下：

速度转换器1产生一个代表内燃机速度的数字信号，这个信号通过导线4传送到滤波器7a，滤波器7a对信号进行滤波以后通过导线9传送给控制运算线路10。

节流阀转换器2产生一个代表节流阀位置的模拟信号，这个信号通过导线5传送给模拟-数字转换器116并由这个转换器转换成一个信号。这个信号通过导线5传送给滤波器7b，滤波器7b对信号进行滤波以后通过导线11传送给控制运算线路10。

压力差转换器3产生一个指示阀门21前后的气体燃料压力差的模拟信号，这个信号通过导线6传送给模拟-数字转换器118并由这个转换器转换成一个数字信号。这个信号从模拟-数字转换器118传送到滤波器7C，滤波器7C对信号进行滤波以后通过导线17将其传送给查表线路16（Look-up table）上。

控制运算线路10的操作方法如下：

在内燃机开动时，先将程序变量恢复到零位。以微处理机为基础的控制器8配备有一个监视器电路，它在内燃机运转期间产生有规律的脉冲。另外，当内燃机开动时，控制运算线路10便给导线124上的螺旋管驱动器电路122一个信号，使螺旋管驱动器电路122通过导线202传送一个信号将阀门200打开。

控制运算线路10将导线11上的节流阀位置信号同导线9上的内燃机速度信号相比较，并且确定节流阀位置是否大于内燃机速度。如果是大于内燃机速度的话，则所需要的气体燃料流量就可作为内燃机速度的函数进行计算，使所需要的气体燃料流量与内燃机转速成比例。这个所需要的气体燃料流量值通过导线15传送给查表线路（look-up table）16。

如果节流阀位置并不大于内燃机的速度，那么内燃机速度与节流阀位置之间的差值将被用作一个误差信号用来进行比例和微分控制环路计算，以便确定所需要的气体燃料流量。这个所需要的气体燃料流量通过导线15被传送给查表线路16上。

控制运算线路10的操作方法是这样的，计算出来的流量值与同一内燃机速度所允许的最大流量值相比较（对于某一种内燃机在一定速度下的最大允许流量是已知的），如果计算出来的流量大于这个最大值，那么这个计算值就要用最大值代替。

查表线路16中包含着有关阀门21开关的信息，阀门21的开启是所需要的气体燃料流量以及阀门21前后压力差的一个函数。查表线路16的用途是通过导线15上的信号和导线17上的信号来确定代表所需要的气体燃料流量的信号。如此确定出来的信号通过导线18传送给滤波器19。然后沿导线20通过一个数字-模拟转换器传送到气阀致动器21a，由这个致动器操纵阀门21，控制气体燃料的流量。

控制运算线路10还产生脉冲并通过螺旋管驱动器电路122来控制机电传动装置13同时还操纵一个指示灯驱动器电路126。

控制运算线路10的具有代表性的操作方法是，机电传动装置13阻止喷射泵14供送多于一个固定比例的液体燃料，这时液体燃料是在节流阀全开的情况下进行喷射的。比方说，这个固定的比例是10%。那么，机电传动装置13将不阻止喷射泵14喷射少于这一固定比例的液体燃料。

图4所示的这种燃料控制系统特别适合于机车用的内燃机，燃料控制系统用来控制供送经内燃机的液体燃料和气体燃料的比例。

内燃机上配备有一个速度调节器30，有关内燃机速度和节流阀位置的信息都输入这个调节器中。调节器的输出可以由排气温度、内燃机轮的滑动及其他几个变量来加以改变。具有代表性的内燃机速度调节器30可能是一种Woodward PG型的电液式调节器。

调节器30上装有一个操纵杆31，在只使用液体燃料的一般内燃机上，这个操纵杆是连接到一个操纵臂32上，而这个操纵臂则与内燃机的液体燃料喷射泵140相连。操纵臂32的位置决定着喷射泵140供送给内燃机气缸的液体燃料的量。因此，操纵杆31的位置也就与内燃机所需要的液体燃料量有了一定的函数关系。

在本发明的燃料控制系统中，操纵杆31是与操纵臂32脱开的，于是调节器30就不可能用操纵杆31来直接控制供给内燃机气缸的液体燃料量。

由位置转换器33发出一个指示操纵杆31的位置的信号。用这个办法，位置转换器33所发出的信号就表示调节器30想要供给内燃机的液体燃料量。位置转换器33通过导线34与一个滤波器35a相连，而在导线34上装有一个模拟-数字转换器142，滤波器35a通过导线41连接到控制线路42的输入端。滤波器35a构成了微处理机控制系统36（图中虚线所示）的一部分。

在内燃机的进气管上安装的一个压力转换器37可以发出一个指示进气管压力的信号。压力转换器37通过导线39与一个滤波器35b相连;在导线39上配置有一个模拟-数字转换器144用来把输入到滤波器35b中的信号转换成数字信号。

在气体燃料流量控制阀55的上游还安装了一个压力转换器38，以便测量这一点的压力，并且发出一个指示这一区域的气体压力的信号。压力转换器38通过导线40与一个滤波器35C相连接;在导线40上配置了一个模拟-数字转换器146用来把输入到滤波器35C中的信号转换成数字信号。

压力转换器37和38可以用图1中的压力差转换器来代替。

速度转换器148测出内燃机的速度并且发出一个指示内燃机速度的数字信号，这个速度转换器148可以是图1中的同样型式的速度转换器1。这个速度转换器148通过导线149与一个滤波器35d相连。滤波器35d通过导线150与控制运算线路42的另外一个输入端相连。

滤波器35b和35C分别用导线49和51与压力差计算器50相连。压力差计算器50的输出通过导线52连接到第一个存储装置的查表线路48上。这个查表线路48与图1中的查表线路16相同。

在控制运算线路42的另一个输入端，用导线59与一个通-断开关58相连。这个通-断开关58可以是一个双向摇摆开关并带一个灯泡来指示所选择的开关位置。这个通-断开关58可以装在控制盘上（图上未出）。控制运算线路42通过导线154与一个指示灯驱动器电路152相连，而指示灯驱动器电路152与一系列的指示灯（图上未示）相连。这些指示灯也可以安装在控制盘上。

控制运算线路42通过导线172与一个螺旋管驱动器电路170相连。这个螺旋管驱动器电路170通过导线212与一个电磁阀210相连。这个电磁阀210设置在气体燃料的管道56上。

控制运算线路42的一个输出端与导线43相连，而导线43连接到一个滤波器44a上，滤波器44a通过一个导线45与一台喷射泵的致动器46相连。在导线45上配置了一个数字-模拟转换器156，用来把从滤波器44a输出的数字信号转换成模拟信号。致动器46与操纵臂32相连，从而可以控制供送喷射泵140的液体燃料量。

控制运算线路42的另一个输出端通过导线47与查表线路48相连。查表线路48的输出端又通过导线53与一个滤波器44b相连。滤波器44a、44b、35a、35b、35c，和35d都是低通滤波器，实际上与图1中的滤波器7a，7b，7c和19相同。控制运算线路42和查表线路48一起构成了一个气体燃料流量确定装置。这个控制运算线路42还包括一个液体燃料流量确定装置。

滤波器44b通过导线54与一个气体燃料阀门致动器55a相连。在导线54上配置了一个数字-模拟转换器158用来把滤波器44b输出的数字信号转换成模拟信号。气体燃料阀门致动器55a与一个气体燃料流量控制阀55相连并且用来控制这个气体燃料流量控制阀。这个气体燃料阀门致动器55a和这个气体燃料流量控制阀55可以与图1中的气体燃料阀门致动器21a和气体燃料流量控制阀21相同。

控制运算线路42包括第一个存储装置和第二个存储装置，分别是查表线路42a和42b。

图4所示的燃料控制系统的操作方法如下：

电速度转换器148产生一个表示内燃机速度的信号并且通过导线149传送给滤波器35d，信号经过滤波后用导线150传送到控制运算线路42的一个输入端。

由位置转换器33产生的指示调节器30位置的信号通过导线34传送给滤波器35a。传送给滤波器35a的信号由模拟-数字转换器142转换成数字信号。经过滤波器35a滤波的信号通过导线41传送到控制算法器42的另外一个输入端。

压力转换器37和38分别产生一个指示所测压力的信号，并且将这些在导线39和40上的信号分别传送给滤波器35b和35c，用模拟-数字转换器144和146将每一个信号转换成数字信号。经过滤波的信号分别通过导线49和51从滤波器35b和35c传送给压力差计算器50。压力差计算器50产生一个表示导线49和51上的信号差的信号，并且将这个信号通过导线52传送给查表线路48，对于没有增压充电或涡轮充电的内燃机来说，在气体燃料流量控制阀的上游配置一个单独的压力转换器可能就已足够，因为可以假设控制阀下游的压力为大气压力。

控制运算线路42的操作方法如下：

当把所有的程序变量恢复零位，起动内燃机的时候，控制运算线路42即开始工作。微处理机控制器36配备有一个监视器电路。在内燃机运转期间，这个监视器电路发出规律性的脉冲。

控制运算线路42由导线59上的信号来确定，它的开关位置已经由开关58选定。开关的一个位置对应于两用燃料型，即使用气体燃料和液体燃料两种燃料的内燃机，而开关的另一个位置对应于单一燃料型，即只使用液体燃料的内燃机。

如果开关58处于单一燃料的位置上，那么控制运算线路42就会把从位置转换器33来的信号转换成液体燃料喷射泵致动器的信号，这个信号沿导线43传送到滤波器44a中。滤波过的信号沿导线45传送给数字-模拟转换器156转换成模拟信号，按着信号被传送给致动器46，起动柴油喷射泵140。液体燃料喷射泵致动器信号与操纵杆31的位置成正比，这样，致动器46允许喷射泵140喷射的液体燃料量等于操纵杆31允许喷射泵所喷射的液体燃料量，如果它没有被断开的话。当开关处于单一燃料位置上时，控制运算线路42通过导线172将一个信号传送给螺旋驱动器电路170，它使电磁阀210动作，将从气罐102经管道56送来的气体关掉。

当开关58处于两用燃料位置上时，控制运算线路42便使用调节器30位置的指示信号，通过查表线路42b来确定所需要的气体燃料流量。控制运算线路42使用表示内燃机速度的信号，通过查表线路42a来确定一个液体燃料喷射泵致动器传动信号。导线172上的一个信号被传送到螺旋管驱动器电路170以保证电磁阀210打开，以便让气体燃料通过，尽管气体燃料的实际流量并不是由电磁阀210进行控制的。

查表线路（look-up tabla）42b包含着有关所需要的气体燃料流量与调节器30位置的经验数据。查表线路42a包含着有关内燃机速度与所需要的液体燃料流量的经验数据以及喷射泵致动器为产生所需要的液体燃料流量而必需的信号大小的经验数据。

如前所述，液体燃料喷射泵致动器传动信号通过导线43传送给致动器46，致动器使喷射泵140动作向内燃机供送所需数量的液体燃料。

所需要的气体燃料量通过导线47传送给查表线路48，它利用导线47和52上的信号产生一个指示所需要的气体燃料流量的信号，这个信号通过导线53传送给滤波器44b。经过滤波的信号通过导线54传送给致动器55a，这个信号由数字-模拟转换器158转换成模拟信号。气阀致动器55a使阀门55动作，控制通知内燃机的管道56中的气体燃料的流量。

按照本发明的燃料控制系统可以在车辆制造过程中加到内燃机上，不过，也可以在车辆制造以后再加到内燃机上去。

Claims

1、一种可用气体燃料和液体燃料的内燃机燃料控制系统，它包括：

（1.）一个表示内燃机转速的转换器，

（2.）一个表示内燃机负荷的转换器，

（3.）一个气体燃料流量控制装置，它包括

（3.1）一个对应于发动机负荷的气体燃料流量确定装置，

（3.2）一个根据（3.1）的输出信号改变气体燃料流量的阀门装置，

（4.）一个液体燃料流量控制装置，它包括

（4.1）一个根据至少一个内燃机状态参数确定液体燃料流量的液体燃料流量确定装置，

（4.2）一个用来喷射给发动机液体燃料的喷射泵控制装置，其特征在于，该燃料控制系统还包括：

（3.3）一个输出（3.2）前后压力差的转换器，

（3.4）一个存储（3.1）和（3.3）的信号及（3.2）的请求信号的第一存储装置，

（4.3）一个存储（1.）和（4.1）的信号及（4.2）的请求信号的第二存储装置，

（5.）一个根据（3.1）的信号确定（4.1）调节位置信号的第三存储装置，

（6.）一个与（3.1）和（4.1）相连的控制运算线路，其

（6.1）一个输入端为（4.3）的输出信号，

（6.2）一个输入端为（5.）的输出信号，

（7.）一个能使内燃机选择只使用液体燃料或同时使用气体和液体燃料的开关装置。

2、如权利要求1所述的燃料控制系统，其特征在于：所述第一、第二和第三存储装置包括一个可编程序只读存储器。

3、如权利要求1所述的燃料控制系统，其特征在于：所述气体燃料流量确定装置包括一个微处理机。

4、如权利要求1所述的燃料控制系统，其特征在于：设置有一个截流装置用来阻止喷射泵控制装置喷射多于预定比例的液体燃料，这时液体燃料是在节流阀全开的情况下喷射的。

5、如权利要求1所述的燃料控制系统，其特征在于：该气体燃料流量确定装置包括一个控制运算线路用来确定所需要的气体燃料流量。

6、如权利要求5所述的燃料控制系统，其特征在于：该控制运算线路用来在节流阀位置大于内燃机速度的情况下按照内燃机速度的比例控制气体燃料的流量。

7、如权利要求5所述的燃料控制系统，其特征在于：该控制运算线路用来利用内燃机速度与节流阀位置的差作为一个比例和微分控制环路，当节流阀位置小于或者等于内燃机速度时，用来确定所需要的气体燃料的流量。

8、如权利要求1所述的燃料控制系统，其特征在于：该喷射泵控制装置包括一个喷射泵致动器，它与喷射泵相连。