CN102187076A - 流体喷射的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操作内燃机的方法。结合图(1)、(2)和(5)，使用喷射器(116；3116a，3116b)将流体供给至进气空气，所述喷射器在每次操作中输送设定量的流体。通过控制在每次发动机循环中所述喷射器(116；3116a，3116b)操作多少次，来控制在每次发动机循环中供给至所述进气空气的流体量。计算理想的流体需求作为每次循环中所述喷射器的操作次数，并且计算到至少一个小数位。始终将所述理想的流体需求向下舍入或向上舍入至接近的整数，从而在变化的发动机操作条件下，提供对所述喷射器的输出流体需求作为下一个操作循环所述喷射器的操作次数。累积舍入差值并且当累积值超过一整数时调节流体需求。

Description

流体喷射的方法

技术领域

本发明涉及一种操作内燃机的方法。

背景技术

汽车中的大多数内燃机目前使用燃料喷射系统来向发动机的燃烧室供给燃料。由于燃料喷射系统提供了对燃料输送的更好的控制，并且能够使发动机满足排放立法目标，又提高了总体效率，所以燃料喷射系统已经取代了早先的汽化器技术。

重要的是，燃料喷射系统在适当的时间输送适当量的燃料。燃料的不适当输送可能导致发动机的输出功率降低、排放物增加以及燃料浪费。

同时，目前可用的精密的且非常先进的燃料喷射系统适用于汽车的内燃机中，对于内燃机还有其它许多用途，在这些用途中，如此精密的程度并不适合并且成本过高。例如，用于多种机动园艺设备(诸如割草机、绿篱机、链锯、中耕机、草坪打孔机、松土器以及粉碎机)的小型单缸发动机、小型发电机、机动脚踏两用车、踏板车等是以非常严格的成本目标来建造的，因此无法负担精密的燃料喷射系统的成本。到目前为止，这些小型发动机使用的是传统的廉价的汽化器技术。然而，此类小型发电机很快将要面对与汽车发动机同样的废气排放立法，所以必须进行改进以满足排放目标。因此，对于这些小型发动机，需要一种廉价且简单的燃料喷射系统。

在GB 2425188中，申请人描述了一种适用于小型发动机的燃料喷射装置。所描述的喷射器在每次操作中将一定量的燃料喷射到进气空气内；该装置的控制器确定在每次发动机循环中需要多少燃料，然后多次操作喷射器以便最接近理想的燃料量。由于燃料量仅能够多步控制以等同于喷射器所分配的体积，所以控制非常不精确。发动机可能会燃料过量或燃料不足，所以需要精确控制燃料添加。

发明内容

根据本发明的第一方案，提供一种根据权利要1的操作内燃机的方法。

根据本发明的第二方案，提供一种根据权利要6的操作内燃机的方法。

在不增加喷射装置自身的复杂性或成本的情况下，申请人已经设计出一种方式，用于实现更加精确地控制在每个循环中向燃烧室输送的燃料量，以提高发动机的效率、其燃料消耗以及其排放。

使用本发明的实施方式的内燃机可以不依赖于复杂、笨重且昂贵的燃料喷射正时系统而运行。相反，它们可以使用更廉价且更简单的系统。

本发明的其它各个方案以及特征限定于随附的权利要求中。

附图说明

现在，将结合附图，仅以示例的方式描述本发明的实施方式，其中：

图1示意性地示出了具有根据本发明的燃料喷射系统的内燃机的第一实施方式；

图2示意性地示出了用在图1的燃料喷射系统中的燃料喷射器；

图3为操作在图1和2中示出的发动机控制装置的方法的流程图；

图4为图3的方法的变型的流程图；以及

图5示意性地示出了具有根据本发明的燃料喷射系统的内燃机的第二实施方式。

具体实施方式

图1示出了包括气缸102的内燃机100，活塞104在气缸102内往复运动，活塞104和气缸102之间限定了燃烧室106。活塞104通过连杆108连接到曲轴110上。曲轴110驱动凸轮轴(未示出)，该凸轮轴进而驱动入口阀112和出口阀114。入口阀112和出口阀114以关于活塞104在气缸102内的运动而定时的关系被驱动，回位弹簧(未示出)将阀112和114偏置回到它们的阀座内。

发动机100的燃料喷射系统包括燃料喷射器116，燃料喷射器116被布置为将燃料118输送到位于入口阀112的下游的入口通道120内。节流阀122被放置在入口通道120内，以控制进入入口通道120和燃烧室106内的进气空气流。

发动机控制装置124控制燃料118被喷入位于入口通道120内的进气空气中的时间，并且还控制所喷射的燃料118的量。发动机控制装置124经由控制线126接收来自节流阀122的信号，该信号表示节流阀122的旋转位置并且因此表示发动机载荷。另外，发动机控制装置124经由控制线130接收来自曲轴传感器128(其可由凸轮轴传感器替代)的正时信号。曲轴传感器128响应位于曲轴110上的齿132和位于齿132内的间隙134。发动机控制装置124通过从曲轴传感器128接收到的正时信号可以确定发动机100的转速和活塞104在气缸102内的位置，这被用来确定入口阀112的打开正时和关闭正时。注意到由曲轴传感器128产生的正时信号和由连接到节流阀122上的传感器产生的载荷信号，发动机控制装置124产生控制信号，该控制信号经由线136而转发到喷射器116，并且控制喷射器116的操作。

图2示出了喷射器116的实施方式。其包括可在外壳1001内滑动的活塞1000。活塞1000通过螺线管1002和偏置阀弹簧1003来运作。活塞可移动以将流体吸到流体腔1004内，并且从流体腔1004分配流体。单向入口阀1005允许流体从流体入口1006流入流体腔1004内，而防止流出流体腔1004的流体流到流体入口1006。单向弹性加载的出口阀1007允许流体从流体腔1004被分配到流体出口1008，但防止流体被从流体出口1008吸回到流体腔1004内。

在流体喷射器116的操作中，螺线管1002的启动使活塞1000克服弹簧1003的偏置力而移动，以将流体从流体腔1004经由出口阀1007而分配至流体出口1008。然后，当螺线管1002失能(de-energise)时，偏置弹簧1003迫使活塞1000移动以经由入口阀1005将流体吸入流体腔1004内。活塞1000具有限定的活塞冲程Xp。该活塞冲程通过将活塞的行程设定在两个终点挡板之间而限定。通过设定一定的活塞行程，在流体喷射器116的每次分配操作中所分配的流体体积可以被设定为固定值。因此，每当操作螺线管1002时，流体喷射器116就分配设定量的流体。这意味着，在每次发动机循环中，由流体喷射器116分配的流体的总量可以通过控制螺线管1002在发动机循环期间被启动的次数来控制。与脉冲宽度调制喷射器不同，由流体喷射器输送的流体量对入口通道1006或出口通道1008内的压力变化不敏感。

上述实施方式描述了四冲程内燃机，但燃料喷射策略也可适用于二冲程内燃机。这种发动机不仅可具有上述类型的输送燃料的喷射器，也可以具有相同类型的附加喷射器以输送二冲程发动机油。

之前已经提出，对于每一发动机循环都要采用测定的发动机转速和载荷，然后使用查找表来确定在发动机循环中燃料喷射器116应当被操作多少次。对于每一发动机循环，这是单独确定的，独立于所有其它的发动机循环。然而，这仅能为进入发动机内燃烧的燃料量提供不精确的控制。

申请人已经意识到并非所有在燃烧循环之前由喷射器116分配的燃料都到达燃烧室并且燃烧。相反，相当数量的燃料附着(hang on)在入口通道120的壁上。通常，这是相当不期望的，所以喷射器116通常位于尽可能靠近阀112的阀头后方的位置处，以使壁上可能附着燃料的通道120的长度最小化。

申请人已经意识到通常不期望的燃料附着于壁上这一事实在使用以上参照图2描述的喷射器时可以被有利地利用。申请人已经设计了一种将由图1的电子控制器124使用的新的控制策略。

该策略通过图3的流程图来示出，其显示了本发明的第一种方法的步骤，该方法用于对单个发动机循环计算流体喷射器的最佳整数操作次数。

图3示出了根据本发明的操作的方法。如在之前的专利GB 2425188中所描述的，在步骤2000，控制器124将使用测定的发动机载荷和转速向查找表寻址。这将给出对于单个发动机循环而由喷射器116输送的理想燃料量。优选地，这将在发动机循环的开始时进行。作为对于使用查处表的另一选择，该流体量也可以在每次循环中根据预先编制的运算法则来计算，例如，使用发动机转速和发动机载荷作为两个输入变量。

控制器将接收发动机的旋转速度(rpm)的测量值，并且通过曲轴位置信号来识别每一新的发动机循环的开始。

该控制器还可以考虑诸如由与发动机相关联的传感器提供的发动机温度、大气压力变化等因素，不过这是任选的。

确定待输送的理想的燃料量作为流体喷射器的操作次数，该次数可计算到一到两个小数位。例如，理想的燃料需求可能是燃料喷射器的3.6次操作。显然，喷射器自身在一个循环仅能操作3次或一个循环4次，其自身不能在一个循环操作3.6次。

在2001，燃料需求向下舍入至最接近的整数。例如，3.6次燃料需求会被舍入至3。这是作为需求D的输出。确定输出需求D和在步骤2000(或2004)计算出的输入需求之间的差值，在本示例中为+0.6。该差值被输出至2002。

输出需求D被转送至2003。在2003，确定对喷射器的最终输出。

在2001计算出的差值将在2002累积。然后，在2005，判断累积的差值是否大于1。如果累积的差值大于1，则在框2003处使数D加1，从而来自2003的输出为D+1，并且从框2002处存储的累积差值减去1。

图3中的方法允许在多个发动机循环中求平均，以给出向气缸102、3102的最终流体输送量，与在此过程中没有累积差值相比，该最终流体输送量更接近在步骤2000处确定的输送量。

图3的方法基本上能够提供在多个发动机循环中最适宜的燃料供给。由于燃料“附着”在壁上的效应用于在任何情况下都对输送到燃烧室的燃料进行平均，因此在发动机的运行中不会有明显的不均匀。

在图3所示的方法中，尽管燃料需求被向下舍入至燃料喷射器的最接近的完整操作次数(整数)，对技术人员显而易见的是，所公开的方法可以被修改从而将燃料需求向下舍入至任何接近的整数。当然，存储累积差值的框2002的操作可以被相应地修改。

例如，作为燃料喷射器的操作次数，燃料需求可以被向下舍入至最接近的偶数。在这种情况下，当累积差值大于2时，在框2002处存储的累积差值可以在框2003处用2修正数D。

在图3的方法中，始终向下舍入至接近的整数。作为选择，可以始终向上舍入至最接近的整数(或接近的整数，例如最接近的偶数)。这在图4中示出。当累积差值小于-1时，计数D减1并使累积差值加1。

通过图3和4的流程图示出的方法在发动机运行期间内(不仅在稳态条件下)连续地操作。

图5示出了根据本发明的二冲程内燃机3100。发动机包括在图2中所示类型的燃料喷射器3116a，并且还包括同样是图2所示类型的二冲程油喷射器3116b。以上结合图3和4公开的方法中的任意一种皆可应用于向发动机气缸输送燃料和二冲程发动机油二者。

发动机3100为曲轴箱扫气二冲程内燃机，其包括气缸3102，活塞3104在气缸3102内往复运动，气缸3102和活塞3104二者之间限定了燃烧室。活塞3104通过连杆3108连接到曲轴3110上。

发动机3100的运行由图1的电子控制器124来控制。

发动机3100的燃料喷射系统包括第一喷射器3116a和第二喷射器3116b，第一喷射器3116a被布置为将燃料从燃料室3115a输送到位于节流阀3112下游的入口通道3120内，第二喷射器3116b被布置为将二冲程发动机油从油室3115b同样输送到位于节流阀3112下游的入口通道3120内。所输送的燃料和二冲程油二者都被吸入曲轴箱3400内，并且燃料、油和空气的混合物在曲轴箱3400内通过活塞3104的向下运动来被加压，然后加压的混合物经由输送通道3401流入燃烧室内，簧片阀3402防止其向上流回到入口通道3120。

发动机3100设置有混合室3300，由第一喷射器3116a输送的燃料和由第二喷射器3116b输送的油在进入入口通道3120之前在混合室3300内混合。发动机3100设置有空气旁路通道3310，空气通过旁路通道3310并且通过混合室3300夹带着油和燃料被吸入到位于节流阀3112下游的入口通道3120内。节流阀下游的低压将空气通过旁路通道3310吸入。

在图5的发动机中，图3或图4的控制策略执行两次；一次用于计算将要输送的燃料量，一次用于计算将要输送的油量。尽管在每次发动机循环中所输送的二冲程发动机油的总量将小于所输送的燃料量，并且因此油喷射器3116b在每次发动机循环中被操作的次数少于第一喷射器3116a，但与图3或图4相关的方法可适用于输送二冲程油以及燃料。典型地，所计算出的二冲程油喷射器3116b在每次循环中的操作次数将处于0.01至0.3的范围内(0次操作用于无油起动条件)。因此，上述策略将典型地导致在每个选定的发动机循环内仅有一次喷射器操作(即，在某些循环内不喷射油)。

在图5的实施方式中，电子控制器124对于燃料和油中的每一种流体将分别执行在图3或图4中图示的方法。对于每一种流体，该方法可并行地执行或顺次地执行。

对于技术人员显而易见的是，在图5的发动机3100中，尽管电子控制器124应用图3或图4的方法来控制两种流体向气缸3102的输送，但以上公开的输送流体的方法可适用于任意数量的流体。同时，已经按照仅输送任意一种燃料或输送燃料和发动机油二者描述了上述喷射系统，但本发明也可适用于输送任何两种流体，或事实上输送任何数量的流体。例如，一个喷射器可喷射常规的汽油而另一个喷射乙醇生物燃料(响应于驱动器控制或预先编制的控制策略，二者可在单个发动机循环内同时输送，或者发动机选择性地以汽油或生物燃料中的任意一种来操作)。

尽管图2的喷射器示出了弹簧1003和螺线管1002，弹簧1003用于移动活塞1000以将流体吸入腔室1004内，螺线管1002用于从腔室1004分配流体，但是喷射器可以通过颠倒的操作来使用，使得螺线管用于移动活塞以将流体吸入腔室内，弹簧则用于从腔室分配流体。

Claims (10)

1.一种操作内燃机的方法，该方法包括以下步骤：

使用喷射器将流体供给至进气空气，所述喷射器在每次操作中输送设定量的流体；

通过控制在每次发动机循环中所述喷射器操作多少次，来控制在每次发动机循环中将多少流体供给至所述进气空气；

根据发动机转速和载荷来确定理想的流体需求，作为所述喷射器的计算到至少一个小数位的操作次数；

始终将所述理想的流体需求向下舍入至接近的整数来提供对所述喷射器的输出流体需求，作为下一个操作循环所述喷射器的操作次数；

在每个发动机循环中计算所述理想的流体需求和所述输出流体需求之间的差值；

在多个发动机循环中累积所述差值；并且

当累积的所述差值等于或大于预定值时，则对于下一个发动机循环使对所述喷射器的所述输出流体需求增加所述预定值，并且使累积的所述差值减小所述预定值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中

将所述理想的流体需求向下舍入至接近的整数的步骤包括将所述流体需求向下舍入至最接近的整数；并且

所述预定值为等于1的整数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，该方法包括以下方法步骤：随发动机温度和大气压力之一或二者的变化来改变所述理想的流体需求。

4.一种操作内燃机的方法，该方法包括以下步骤：

使用第一喷射器将第一液体供给至进气空气，所述第一喷射器在每次操作中输送设定量的流体；

使用第二喷射器将第二液体供给至进气空气，所述第二喷射器在每次操作中输送设定量的流体；

通过控制在每次发动机循环中所述第一喷射器操作多少次，来控制在每次发动机循环中将多少第一液体供给至所述进气空气；

通过控制在每次发动机循环中所述第二喷射器操作多少次，来控制在每次发动机循环中将多少第二液体供给至所述进气空气；

根据发动机转速和载荷来确定理想的第一液体需求，作为所述第一喷射器的计算到至少一个小数位的操作次数；

根据发动机转速和载荷来确定理想的第二液体需求，作为所述第二喷射器的计算到至少一个小数位的操作次数；

始终将所述理想的第一液体需求向下舍入至接近的整数来提供对所述第一喷射器的输出第一液体需求，作为下一个操作循环所述第一喷射器的操作次数；

始终将所述理想的第二液体需求向下舍入至接近的整数来提供对所述第二喷射器的输出第二液体需求，作为下一个操作循环所述第二喷射器的操作次数；

在每个发动机循环中计算所述理想的第一液体需求和所述输出第一液体需求之间的第一差值；

在每个发动机循环中计算所述理想的第二液体需求和所述输出第二液体需求之间的第二差值；

在多个发动机循环中累积所述第一差值；

在多个发动机循环中累积所述第二差值；

当累积的所述第一差值等于或大于第一预定值时，则对于下一个发动机循环使对所述第一喷射器的所述输出第一液体需求增加所述第一预定值，并且使累积的所述第一差值减小所述第一预定值；并且

当累积的所述第二差值等于或大于第二预定值时，则对于下一个发动机循环使对所述第二喷射器的所述输出第二液体需求增加所述第二预定值，并且使累积的所述第二差值减小所述第二预定值。

5.根据权利要求4所述的方法，其中：

所述第一液体为汽油燃料；并且

所述第二液体为润滑油。

6.一种操作内燃机的方法，该方法包括以下步骤：

使用喷射器将流体供给至进气空气，所述喷射器在每次操作中输送设定量的流体；

通过控制在每次发动机循环中所述喷射器操作多少次，来控制在每次发动机循环中将多少流体供给至所述进气空气；

根据发动机转速和载荷来确定理想的流体需求，作为所述喷射器的计算到至少一个小数位的操作次数；

始终将所述理想的流体需求向上舍入至接近的整数来提供对所述喷射器的输出流体需求，作为下一个操作循环所述喷射器的操作次数；

在每个发动机循环中计算所述理想的流体需求和所述输出流体需求之间的差值；

在多个发动机循环中累积所述差值；并且

当累积的所述差值等于或小于预定值时，则对于下一个发动机循环使对所述喷射器的所述输出流体需求减小所述预定值，并且使累积的所述差值增加所述预定值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

将所述理想的流体需求向上舍入至接近的整数的步骤包括将所述流体需求向上舍入至最接近的整数；并且

所述预定值为等于负1的整数。

8.根据权利要求6或7所述的方法，该方法包括以下方法步骤：随发动机温度和大气压力之一或二者的变化来改变所述理想的流体需求。

9.一种操作内燃机的方法，该方法包括以下步骤：

使用第一喷射器将第一液体供给至进气空气，所述第一喷射器在每次操作中输送设定量的流体；

使用第二喷射器将第二液体供给至进气空气，所述第二喷射器在每次操作中输送设定量的流体；

通过控制在每次发动机循环中所述第一喷射器操作多少次，来控制在每次发动机循环中将多少第一液体供给至所述进气空气；

通过控制在每次发动机循环中所述第二喷射器操作多少次，来控制在每次发动机循环中将多少第二液体供给至所述进气空气；

根据发动机转速和载荷来确定理想的第一液体需求，作为所述第一喷射器的计算到至少一个小数位的操作次数；

根据发动机转速和载荷来确定理想的第二液体需求，作为所述第二喷射器的计算到至少一个小数位的操作次数；

始终将所述理想的第一液体需求向上舍入至接近的整数来提供对所述第一喷射器的输出第一液体需求，作为下一个操作循环所述第一喷射器的操作次数；

始终将所述理想的第二液体需求向上舍入至接近的整数来提供对所述第二喷射器的输出第二液体需求，作为下一个操作循环所述第二喷射器的操作次数；

在每个发动机循环中计算所述理想的第一液体需求和所述输出第一液体需求之间的第一差值；

在每个发动机循环中计算所述理想的第二液体需求和所述输出第二液体需求之间的第二差值；

在多个发动机循环中累积所述第一差值；

在多个发动机循环中累积所述第二差值；

当累积的所述第一差值等于或小于第一预定值时，则对于下一个发动机循环使对所述第一喷射器的所述输出第一液体需求减小所述第一预定值，并且使累积的所述第一差值增大所述第一预定值；并且

当累积的所述第二差值等于或小于第二预定值时，则对于下一个发动机循环使对所述第二喷射器的所述输出第二液体需求减小所述第二预定值，并且使累积的所述第二差值增大所述第二预定值。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：

所述第一液体为汽油燃料；并且

所述第二液体为润滑油。

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