專利名稱：雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在以柴油燃料為主且補(bǔ)充如天然氣或丙烷之類燃?xì)膺@一類型的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料供給的控制。
背景技術(shù)：
使用天然氣或液態(tài)丙烷燃?xì)鈁LPG]替代部分柴油燃料可以節(jié)省開支并且通過(guò)更好的燃燒而改善排放。美國(guó)專利US5224457A公開了一種用于固定發(fā)動(dòng)機(jī)的雙燃料系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)具有由電控單元控制的柴油機(jī)噴射系統(tǒng)和配量閥以及控制燃?xì)鈱?dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管的混合器。電子調(diào)速器控制配量閥，鏈路控制器協(xié)調(diào)ECU和調(diào)速器。
美國(guó)專利US5226396A通過(guò)測(cè)量廢氣中的氧含量并且響應(yīng)廢氣中氧含量而調(diào)整向柴油機(jī)進(jìn)氣管中的燃?xì)夤?yīng)，解決了燃料類型和燃燒質(zhì)量變化的問(wèn)題。美國(guó)專利US6055963A公開了一種相關(guān)的方法，其中所測(cè)量的廢氣中的氧水平與由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)載荷所計(jì)算的預(yù)期廢氣氧含量進(jìn)行比較，然后調(diào)整能含量值。
美國(guó)專利US5937800A通過(guò)確立所需調(diào)速器輸出能量值并將柴油機(jī)和氣體燃料的能量比確定為實(shí)際和預(yù)期發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)載荷的函數(shù)，從而解決了所添加的氣體燃料能量值變化的問(wèn)題。與美國(guó)專利US5937800A同時(shí)提交的美國(guó)專利US6101986A涉及降低在液體和雙燃料模式之間轉(zhuǎn)換過(guò)程中的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)。這是通過(guò)確立在轉(zhuǎn)換后所要添加的預(yù)期柴油量并使用能量相等的氣體燃料代替一定數(shù)量的柴油而實(shí)現(xiàn)的。
美國(guó)專利US6230683A涉及雙燃料PCCI發(fā)動(dòng)機(jī)并且通過(guò)控制輸送至進(jìn)氣管的燃?xì)獾臄?shù)量來(lái)控制燃燒定時(shí)。
美國(guó)專利US6003478A公開了一種雙燃料控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)監(jiān)視進(jìn)氣量、進(jìn)油量、廢氣溫度和油壓。發(fā)動(dòng)機(jī)在其中一個(gè)參數(shù)不合適時(shí)并不關(guān)閉，但是燃?xì)夤?yīng)卻可以在無(wú)載、低載和過(guò)載條件下關(guān)閉。
美國(guó)專利US6202601A公開了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)載荷情況并且在高載荷條件下提供3階段的燃料噴射來(lái)防止雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中的爆燃。圖1A描繪了發(fā)動(dòng)機(jī)載荷隨RPM的變化以確定可燃性極限，即燃料與空氣之比，在該比值處的氣體燃料量將不能支持穩(wěn)定的燃料。在圖1B中，繪制了被認(rèn)為與發(fā)動(dòng)機(jī)載荷成比例的燃料與空氣之比隨RMP的變化。
除了這些嘗試之外，柴油機(jī)的燃?xì)庹舭l(fā)(fumigation)并未被廣泛采用，尤其是在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中。在汽車柴油機(jī)中有效使用燃?xì)馑郊拥谋姸嘧兞渴沟迷O(shè)計(jì)實(shí)用、在經(jīng)濟(jì)上可行并且在環(huán)境上有利的控制裝置非常困難。
本發(fā)明的一個(gè)目的是克服這些困難來(lái)管理這些變量。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明提供了一種用于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)，該系統(tǒng)檢測(cè)1RPM2載荷3可選的節(jié)氣門位置或行駛速度
4油壓和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度報(bào)警以及可選的排氣溫度報(bào)警5車輛和發(fā)動(dòng)機(jī)的操作狀態(tài)，包括穩(wěn)速行車控制、手動(dòng)控制、制動(dòng)、空轉(zhuǎn)、冷起動(dòng)和加速中的一或多個(gè)。
大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)不能完全評(píng)定操作狀態(tài)的優(yōu)化燃燒和車輛操作狀態(tài)更改的結(jié)果。盡管某些系統(tǒng)在排氣溫度或油壓超過(guò)預(yù)定極限時(shí)會(huì)關(guān)閉燃?xì)庹舭l(fā)(fumigation)，但是它們沒(méi)有考慮例如制動(dòng)對(duì)于廢氣排放質(zhì)量的影響。
本發(fā)明適用的主要柴油機(jī)和應(yīng)用類別為●恒發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速固定應(yīng)用(發(fā)電機(jī)組)。
●包括活動(dòng)裝置在內(nèi)的變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)用。
●帶有機(jī)械燃料控制/計(jì)量(沒(méi)有電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng))的汽車應(yīng)用。
●帶有基本的現(xiàn)有電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的汽車應(yīng)用。
●帶有高級(jí)的現(xiàn)有電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的汽車應(yīng)用。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種控制向雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中添加燃料的方法，其中1.監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)以形成一組隨負(fù)載和RPM而變化的燃料需求量的數(shù)據(jù)2.控制系統(tǒng)監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷和RPM并且將它們與所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以確定適當(dāng)?shù)娜細(xì)馓娲俊?br> 在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于在雙燃料柴油機(jī)中使用燃?xì)馓娲裼偷目刂葡到y(tǒng)，該系統(tǒng)包括
a)檢測(cè)RPM的裝置b)檢測(cè)載荷的裝置c)用于隨載荷和RPM而變化的一組燃料需求量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置；d)一個(gè)控制系統(tǒng)，它監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷和RPM并且將這些與所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以確定合適的燃?xì)馓娲俊?br> 繪制了發(fā)動(dòng)機(jī)的圖，最好是使用測(cè)功計(jì)臺(tái)架試驗(yàn)和排放測(cè)試設(shè)備標(biāo)識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)在載荷/RPM范圍和可能的燃料替換比范圍中的操作特性?？赡軙?huì)在載荷/RPM/替代范圍內(nèi)離散的點(diǎn)上記錄操作特性的瞬時(shí)值，例如燃料消耗、熱效率、排放和燃燒溫度。所得到的結(jié)果最好是以每種發(fā)動(dòng)機(jī)系列和配置針對(duì)載荷和RPM的主要輸入?yún)?shù)的純柴油和雙燃料需求量的三維數(shù)據(jù)集的形式呈現(xiàn)。這些數(shù)據(jù)集表示三維特性曲面上的控制點(diǎn)?？梢詾榘l(fā)動(dòng)機(jī)的所有相關(guān)操作參數(shù)形成這些特性曲面。此外，還可以考慮那些可能會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)操作的輔助輸入?yún)?shù)。輔助可變輸入?yún)?shù)包括進(jìn)氣溫度、濕度和大氣壓，輔助恒定輸入?yún)?shù)包括燃料類型、壓縮比、內(nèi)徑和沖程。在本發(fā)明中，優(yōu)選的方法是在繪圖過(guò)程中保持輔助輸入?yún)?shù)的集合恒定而改變載荷和RPM。這些變化可能會(huì)在均定義為值的有序偶的步驟中完成?？梢詾槊總€(gè)載荷/RPM對(duì)組收集任意輸出參數(shù)。所要收集的有用的輸出參數(shù)包括針對(duì)每個(gè)所測(cè)量載荷/RPM點(diǎn)的燃料消耗和排放，例如顆粒排放、二氧化碳或一氧化物排放?？梢允褂冒ň€性規(guī)劃和模擬退火在內(nèi)的多種工具和方法分析這些數(shù)據(jù)集，從而在RPM/載荷范圍內(nèi)標(biāo)識(shí)柴油和氣體燃料流速的兩個(gè)導(dǎo)出數(shù)據(jù)集，它們可以實(shí)現(xiàn)最佳的雙燃料經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境產(chǎn)物而又降低、維持或增大原本由柴油機(jī)在僅使用純柴油時(shí)生成的功率。環(huán)境產(chǎn)物包括最大化地降低諸如二氧化碳、氮氧化合物和顆粒的排放而又將一氧化碳和碳氧化合物的增加降至最小。這對(duì)于固定和汽車柴油機(jī)均是一種改進(jìn)。
在RPM/載荷范圍內(nèi)的最佳柴油和氣體燃料流速的這兩組數(shù)據(jù)集可能會(huì)轉(zhuǎn)換為流速的函數(shù)逼近，并且這些可能會(huì)被編程到發(fā)明人的控制單元中。這些函數(shù)逼近可能會(huì)采取分段的雙線性或雙三次插值的形式。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)可以連續(xù)地監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)RPM和預(yù)定燃料給料速度、導(dǎo)出載荷并將RPM和載荷值與編入程序的燃料流速函數(shù)逼近值結(jié)合起來(lái)以確定合適的燃?xì)夂筒裼土魉佟?br> 控制系統(tǒng)命令發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料泵或現(xiàn)有的電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)提供所需的柴油流速。同時(shí)，控制單元命令燃?xì)饬髁块y或噴嘴向柴油機(jī)的進(jìn)氣口中提供所需的燃?xì)饬魉?。這樣就可以總是為體定條件下的車輛和發(fā)動(dòng)機(jī)提供最佳數(shù)量的柴油和燃?xì)狻１景l(fā)明中的控制系統(tǒng)并沒(méi)有替代現(xiàn)有的電子柴油機(jī)管理系統(tǒng)，但是卻向它提供了例如經(jīng)過(guò)改進(jìn)的信號(hào)，信號(hào)中維持或減少了向柴油機(jī)噴嘴傳送的柴油機(jī)管理系統(tǒng)命令，這樣噴嘴就可以提供經(jīng)過(guò)識(shí)別的所需數(shù)量的柴油流。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)具有機(jī)械燃料控制系統(tǒng)時(shí)，本發(fā)明的控制系統(tǒng)就在節(jié)氣門和柴油燃料噴射泵之間協(xié)調(diào)以命令經(jīng)過(guò)標(biāo)識(shí)的所需經(jīng)過(guò)修改的柴油流速。本發(fā)明的控制系統(tǒng)通過(guò)命令燃?xì)饬髁块y根據(jù)編程的設(shè)置改變其開口的橫截面積來(lái)提供經(jīng)過(guò)標(biāo)識(shí)的所需氣流。如果使用燃?xì)鈬娮?，控制系統(tǒng)會(huì)命令在噴嘴脈沖時(shí)間中出現(xiàn)指定的變化。如果為燃?xì)廨斔瓦x擇了連續(xù)多點(diǎn)噴射選項(xiàng)，控制系統(tǒng)就會(huì)改變?nèi)細(xì)鈬娮斓牟僮鞫〞r(shí)，這樣燃?xì)饩蜁?huì)供給與進(jìn)氣口部的操作協(xié)調(diào)的每個(gè)氣缸的緊鄰進(jìn)氣口，并且關(guān)閉該氣缸的廢氣排出口以將在掃氣過(guò)程中通過(guò)氣缸的未燃燃?xì)獾臄?shù)量降至最低。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行分析以助于改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
a)測(cè)量設(shè)備，用于在離散的時(shí)間間隔測(cè)量包括發(fā)動(dòng)機(jī)載荷、RPM、所噴射燃料、進(jìn)氣溫度、排氣溫度、廢氣中氧或二氧化碳水平在內(nèi)的參數(shù)b)電子存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)在每個(gè)所述離散時(shí)間間隔由測(cè)量設(shè)備所收集的數(shù)據(jù)c)用于分析所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)從而針對(duì)每個(gè)所測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)載荷和RPM點(diǎn)為每個(gè)參數(shù)建立數(shù)據(jù)表的裝置這就是分析發(fā)動(dòng)機(jī)性能的基礎(chǔ)和改善性能的基礎(chǔ)。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種獲取關(guān)鍵的發(fā)動(dòng)機(jī)和應(yīng)用操作參數(shù)的信息反饋系統(tǒng)。該信息能夠立即反饋到操作者那里以助于改進(jìn)對(duì)發(fā)電機(jī)的控制和/或在離散的時(shí)間間隔抽樣并為稍后的下載和分析而存儲(chǔ)起來(lái)。該系統(tǒng)反饋系統(tǒng)包括a)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)是由現(xiàn)有或安裝的傳感器和/或現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)獲取的。相關(guān)的操作參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)/車輛操作狀態(tài)、RPM、行駛速度、柴油燃料供給和返回、氣體燃料供應(yīng)、進(jìn)氣溫度、排氣溫度、排氣中的氧或二氧化碳水平。
b)用于存儲(chǔ)在離散時(shí)間間隔所收集數(shù)據(jù)的非易失性電子存儲(chǔ)裝置。
c)向操作者提供所選參數(shù)值即時(shí)反饋的顯示設(shè)備和/或適當(dāng)時(shí)的聽覺(jué)/觸覺(jué)設(shè)備選項(xiàng)。
d)確保遠(yuǎn)程授權(quán)觀測(cè)者能夠建立與數(shù)據(jù)登錄系統(tǒng)的連接并請(qǐng)求實(shí)時(shí)顯示所選參數(shù)的反饋?zhàn)酉到y(tǒng)選項(xiàng)。
e)以規(guī)則或所需間隔通過(guò)陸地或移動(dòng)電話線、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電纜或可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備下載所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或計(jì)算機(jī)的裝置。
f)處理并且可視化所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析和報(bào)告子系統(tǒng)。
可能會(huì)對(duì)由信息反饋系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)/車輛的總性能，其中包括識(shí)別排放和將記錄的驅(qū)動(dòng)周期數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為負(fù)載曲線形式，其中使用例如頻數(shù)多邊形/多面體的直方圖繪制在所有發(fā)動(dòng)機(jī)載荷/RPM點(diǎn)上所花的時(shí)間。
該分析處理的結(jié)果包括比較載荷曲線和驅(qū)動(dòng)周期和預(yù)測(cè)的最佳操作條件。可能會(huì)對(duì)與僅僅使用柴油操作完成同樣工作的燃料消耗、成本和排放水平進(jìn)行比較。
可能會(huì)使用可視化軟件來(lái)將每個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)集顯示為針對(duì)載荷和RPM的三維曲面。也可以使用信息標(biāo)識(shí)改善駕駛員控制車輛以節(jié)約燃料和降低不希望得到的廢氣排放的方法。


下面將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1是本發(fā)明提供的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料管理系統(tǒng)(EFMS)的頂層系統(tǒng)圖；圖2是對(duì)所有發(fā)動(dòng)機(jī)和應(yīng)用的燃燒建模并且導(dǎo)出排放和效率的系統(tǒng)混合模型圖；圖3是本發(fā)明中的燃?xì)馓砑酉到y(tǒng)與恒發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速固定發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的系統(tǒng)圖；圖4是本發(fā)明中的燃?xì)馓砑酉到y(tǒng)與具有機(jī)械燃料控制/計(jì)量系統(tǒng)的變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)用的系統(tǒng)圖；圖5是本發(fā)明中的燃?xì)馓砑酉到y(tǒng)與具有機(jī)械燃料控制/計(jì)量或基本現(xiàn)有電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的系統(tǒng)圖；
圖6是本發(fā)明中的燃?xì)馓砑酉到y(tǒng)與具有高級(jí)現(xiàn)有電子管理系統(tǒng)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的系統(tǒng)圖；圖7是在所導(dǎo)出的發(fā)動(dòng)機(jī)載荷中使用的節(jié)氣門/RPM與載荷的關(guān)系圖；圖8是在確定燃?xì)馓娲兴玫腞PM/載荷與燃料流圖的圖示；圖9是圖1中所示信息反饋系統(tǒng)的系統(tǒng)圖；圖10是圖1中所示分析系統(tǒng)的組織系統(tǒng)圖；圖11是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選應(yīng)用是用于固定或汽車應(yīng)用中的柴油機(jī)。本發(fā)明通過(guò)向柴油機(jī)的空體供應(yīng)中導(dǎo)入燃?xì)猓ǔ楸榛蛱烊粴庖蕴娲糠植裼腿剂?，從而使這些發(fā)動(dòng)機(jī)在雙燃料模式下實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的操作。如圖1所示，本發(fā)明的系統(tǒng)包括四個(gè)相連接的系統(tǒng)，其中每個(gè)系統(tǒng)均包括子系統(tǒng)。這四個(gè)系統(tǒng)為●控制系統(tǒng)。
●信息反饋系統(tǒng)。
●分析系統(tǒng)。
●編程系統(tǒng)。
本發(fā)明使用了一個(gè)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)連續(xù)地控制所要添加的丙烷或天然氣的數(shù)量和所要減少的柴油供應(yīng)的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)加權(quán)的溫室氣體(CO2當(dāng)量)和其它排放的最佳減少并且在不損害操作性能參數(shù)的情形下將操作經(jīng)濟(jì)性節(jié)省最大化。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)可能會(huì)指導(dǎo)(主)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的相關(guān)部分或被它們指導(dǎo)(從)，或者在未安裝發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)時(shí)管理燃料替代過(guò)程(獨(dú)立)。
本發(fā)明使用了信息反饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)記錄和/或顯示所測(cè)量的和/或?qū)С龅漠?dāng)前和歷史發(fā)動(dòng)機(jī)和應(yīng)用操作參數(shù)的表示，其中包括燃料消耗和排放數(shù)據(jù)，從而幫助應(yīng)用操作者查看并測(cè)量當(dāng)前的性能并且執(zhí)行和評(píng)估實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的動(dòng)作。
本發(fā)明使用分析系統(tǒng)來(lái)針對(duì)每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系列在整個(gè)載荷和RPM范圍上標(biāo)識(shí)純柴油和雙燃料操作特性和最佳排放和燃料消耗結(jié)果和比較。該系統(tǒng)還標(biāo)識(shí)應(yīng)用信息，例如載荷曲線或驅(qū)動(dòng)周期并且可能會(huì)存儲(chǔ)和報(bào)告多個(gè)/單個(gè)應(yīng)用歷史性能。
本系統(tǒng)使用了編程系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含了由分析系統(tǒng)針對(duì)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)系列創(chuàng)建的缺省控制系統(tǒng)操作參數(shù)程序庫(kù)。缺省程序被下載到控制系統(tǒng)并且針對(duì)每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)/應(yīng)用進(jìn)行定制以實(shí)現(xiàn)在整個(gè)載荷/速度范圍內(nèi)的最佳經(jīng)濟(jì)和/或環(huán)境性能。
本發(fā)明中使用的控制系統(tǒng)與包括發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、傳感器、調(diào)速器和節(jié)氣門控制在內(nèi)的主要現(xiàn)有柴油機(jī)和應(yīng)用系統(tǒng)和程序相互作用。
控制系統(tǒng)使用圖2中所示的混合方法來(lái)對(duì)燃燒建模并且推導(dǎo)出所有發(fā)動(dòng)機(jī)和應(yīng)用的排放和效率。主要的排放是使用基本的燃燒方程式計(jì)算的，次要的排放、燃料消耗和效率是由經(jīng)驗(yàn)函數(shù)逼近推導(dǎo)得來(lái)的。
控制系統(tǒng)使用不同的子系統(tǒng)配置來(lái)與主要的不同類型的現(xiàn)有柴油機(jī)控制和能量輸入系統(tǒng)相互作用，并且使用不同的方法獲得瞬時(shí)載荷值。本發(fā)明適用的主要的不同柴油機(jī)和應(yīng)用類別為●恒定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速固定應(yīng)用(發(fā)電機(jī)組)。
●包括活動(dòng)裝置在內(nèi)的變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)用。
●不帶有現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的汽車應(yīng)用。
●帶有基本的現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的汽車應(yīng)用。
●帶有高級(jí)的現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的汽車應(yīng)用。
對(duì)于恒定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速固定應(yīng)用(發(fā)電機(jī)組)，發(fā)動(dòng)機(jī)的恒速調(diào)速器會(huì)連續(xù)地將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與參考設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較。當(dāng)載荷增大或減少時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的趨勢(shì)是由設(shè)定點(diǎn)逐漸減小或者超過(guò)設(shè)定點(diǎn)直至燃料供給速度有所調(diào)整。如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于設(shè)定點(diǎn)，調(diào)速器就會(huì)增大燃料供給速度，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于設(shè)定點(diǎn)，調(diào)速器就會(huì)減小燃料供給速度。
如圖3所示，本發(fā)明的控制系統(tǒng)測(cè)量發(fā)電機(jī)組輸出電流以推導(dǎo)出載荷。發(fā)電機(jī)組的輸出電壓是常數(shù)，但是輸出電流將在整個(gè)載荷范圍內(nèi)變化。發(fā)電機(jī)組輸出功率是電壓和電流的乘積。因?yàn)殡妷翰粫?huì)變化，所以它實(shí)際上是將電流與功率聯(lián)系起來(lái)的比例常數(shù)(忽略交流發(fā)電機(jī)等損失和功率因素變化)。本發(fā)明的控制系統(tǒng)使用該關(guān)系和應(yīng)用的規(guī)范數(shù)據(jù)來(lái)推導(dǎo)出瞬時(shí)載荷。取決于百分?jǐn)?shù)載荷，控制系統(tǒng)會(huì)向進(jìn)氣口導(dǎo)入預(yù)編程數(shù)量的燃?xì)?。?huì)計(jì)算該燃?xì)饬恳蕴娲糠忠郧坝刹裼腿剂咸峁┑哪芎恳宰鳛檩敵瞿芰康暮瘮?shù)。因?yàn)榭偸窍蜻\(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)提供柴油，所以現(xiàn)有的調(diào)速器總是可以響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而提供很好的燃料流控制。燃?xì)獾娜紵龝?huì)生成附加的能量，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)就傾向于增大速度。調(diào)速器監(jiān)測(cè)到該趨勢(shì)，并且降低柴油燃料流直至發(fā)動(dòng)機(jī)返回至設(shè)定點(diǎn)。當(dāng)輸出載荷變化時(shí)，柴油和燃?xì)饬鞫紩?huì)響應(yīng)它而發(fā)生變化。
對(duì)于包括船用和例如掘土裝置、拖拉機(jī)和碼頭跨運(yùn)車的活動(dòng)裝置在內(nèi)的變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)用而言，存在兩個(gè)主要的類別，即那些具有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的應(yīng)用和不具有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的應(yīng)用。如圖4所示，對(duì)于沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的變速應(yīng)用而言，現(xiàn)有的調(diào)速器可以通過(guò)增大或降低柴油燃料流速而在操作RPM范圍的任意點(diǎn)上將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在當(dāng)前所選擇的設(shè)定點(diǎn)。
本發(fā)明使用限速調(diào)速器和速度控制系統(tǒng)替代了該調(diào)速器。替換調(diào)速器具有一個(gè)節(jié)氣門輸入，本發(fā)明的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)它以實(shí)現(xiàn)計(jì)算的所需柴油流速來(lái)為該RPM補(bǔ)充預(yù)先編程的燃?xì)饬魉佟］d荷作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和當(dāng)前所選設(shè)定點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間誤差大小的函數(shù)而被推導(dǎo)出來(lái)。
對(duì)于具有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的變速應(yīng)用而言，本發(fā)明使用與具有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)和在下文將參照?qǐng)D6描述的巡航控制模式中運(yùn)行的汽車應(yīng)用中使用的幾乎一樣的方式控制燃?xì)夂筒裼凸?yīng)并且標(biāo)識(shí)載荷。
對(duì)于具有機(jī)械燃料控制/計(jì)量的汽車應(yīng)用而言，本發(fā)明使用現(xiàn)有的或所需的已安裝傳感器和包括信號(hào)調(diào)節(jié)單元的控制系統(tǒng)，信號(hào)調(diào)節(jié)單元處理下列發(fā)動(dòng)機(jī)和應(yīng)用輸入信號(hào)●行駛速度●排氣溫度●車輪制動(dòng)●發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)●離合器●穩(wěn)速行車控制的設(shè)置、繼續(xù)滑行和加速●燃?xì)鈮毫蜏囟取癜l(fā)動(dòng)機(jī)RPM●節(jié)氣門位置本發(fā)明的控制系統(tǒng)包括多個(gè)極限檢測(cè)器，并且為每種發(fā)動(dòng)機(jī)和應(yīng)用而預(yù)先編程了每個(gè)檢測(cè)器的安全操作閥值。通常情況下，下列要素要求使用極限檢測(cè)器
●行駛速度●排氣溫度●燃?xì)鈮毫Α癜l(fā)動(dòng)機(jī)RPM如果超過(guò)了任何閥值，極限檢測(cè)器就會(huì)向本發(fā)明中控制系統(tǒng)的狀態(tài)控制器子系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)不宜繼續(xù)進(jìn)行的信號(hào)。
該狀態(tài)控制器子系統(tǒng)接收來(lái)自極限檢測(cè)器的信號(hào)和其它輸入線號(hào)，例如車輪制動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)、離合器和設(shè)置和繼續(xù)巡航。狀態(tài)控制器使用該信息確定發(fā)動(dòng)機(jī)/車輛的當(dāng)前操作狀態(tài)。可能的操作狀態(tài)為●起動(dòng)●空轉(zhuǎn)●手動(dòng)●巡航●制動(dòng)●故障狀態(tài)控制器的輸出被發(fā)送到多個(gè)不同的子系統(tǒng)并被這些子系統(tǒng)使用，如所附的系統(tǒng)圖所示。
汽車調(diào)速器的現(xiàn)有機(jī)械節(jié)氣門聯(lián)動(dòng)裝置被電子聯(lián)動(dòng)裝置替換，該電子聯(lián)動(dòng)裝置包括節(jié)氣門位置傳感器、節(jié)氣門信號(hào)處理鏈(它是本發(fā)明控制系統(tǒng)的子集)和機(jī)動(dòng)節(jié)氣門致動(dòng)器。
控制系統(tǒng)包括節(jié)氣門/RPM至載荷轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用通用的功能模型和任何可以為特定發(fā)動(dòng)機(jī)和應(yīng)用而標(biāo)識(shí)和編程的特定參數(shù)改動(dòng)。圖7中顯示了這一點(diǎn)，其中以a％顯示了節(jié)氣門從節(jié)氣門關(guān)閉到節(jié)氣門全部打開的運(yùn)動(dòng)，而以a％顯示了RPM在RPM由低空轉(zhuǎn)到高空轉(zhuǎn)的變化。對(duì)于任意給定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，都可以通過(guò)標(biāo)識(shí)節(jié)氣門由無(wú)載位置向滿載位置的移位而推導(dǎo)出發(fā)動(dòng)機(jī)載荷。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在以雙燃料模式運(yùn)行時(shí)而包括巡航控制器子系統(tǒng)操作選項(xiàng)。該子系統(tǒng)是比例/積分/微分(PID)、模糊邏輯、自適應(yīng)或其它控制環(huán)，它將當(dāng)前行駛速度與此前的設(shè)定巡航速度進(jìn)行比較并且生成巡航載荷誤差信號(hào)。
控制系統(tǒng)包括一個(gè)負(fù)載荷控制器子系統(tǒng)[參見圖5]來(lái)指揮發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器在發(fā)動(dòng)機(jī)/車輛處于巡航操作模式并且行駛速度超過(guò)巡航設(shè)定速度時(shí)操作。
控制系統(tǒng)還包括載荷過(guò)渡內(nèi)插器子系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于管理手動(dòng)和巡航操作模式之間的平滑過(guò)渡。當(dāng)前操作模式(手動(dòng)或巡航)由狀態(tài)控制器發(fā)送信號(hào)至內(nèi)插器。內(nèi)插器處理手動(dòng)和巡航載荷信號(hào)、生成請(qǐng)求載荷信號(hào)并將該信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到請(qǐng)求的變化限制器載荷率子系統(tǒng)。
限制器子系統(tǒng)處理請(qǐng)求的載荷信號(hào)并生成命令載荷信號(hào)，其變化速度并不會(huì)超過(guò)針對(duì)任何相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出參數(shù)所標(biāo)識(shí)并預(yù)先編程的載荷階段響應(yīng)時(shí)間。
如圖4所示的本發(fā)明中控制系統(tǒng)的核心就在于下面的兩個(gè)子系統(tǒng)，這兩個(gè)子系統(tǒng)使用了相同的輸入信號(hào)和內(nèi)部過(guò)程，但是使用不同的操作數(shù)據(jù)進(jìn)行編程。命令載荷/RPM到ECU—節(jié)氣門—轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)和命令載荷/RPM到燃?xì)狻鲃?dòng)—轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)作為輸出提供了命令柴油機(jī)流動(dòng)和命令燃?xì)饬鲃?dòng)信號(hào)。通常情況下，這些輸出信號(hào)是發(fā)動(dòng)機(jī)RPM和命令載荷的二元插入函數(shù)近似值。這些近似值是參照預(yù)先編程的命令值的兩維網(wǎng)格獲得的，網(wǎng)格中具有載荷和RPM獨(dú)立參數(shù)的網(wǎng)格軸[參見圖8]。這就允許控制系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作范圍內(nèi)針對(duì)載荷和RPM值的每一種可能而標(biāo)識(shí)最佳燃?xì)夂筒裼蜋C(jī)流速并且為它們生成流動(dòng)命令。
如圖5所示，命令柴油機(jī)流動(dòng)信號(hào)發(fā)送給ECU—節(jié)氣門—源—選擇器子系統(tǒng)，它取決于當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)/車輛操作狀態(tài)而選擇原始的節(jié)氣門踏板信號(hào)或命令柴油機(jī)信號(hào)并且將該信號(hào)發(fā)送至節(jié)氣門致動(dòng)器。
命令燃?xì)饬鲃?dòng)信號(hào)被發(fā)送至燃?xì)饬鲃?dòng)控制器(參見圖5)，它通過(guò)標(biāo)識(shí)當(dāng)前燃?xì)鉁囟群蛪毫ρa(bǔ)償燃?xì)饷芏戎械娜魏巫兓?，并且?biāo)識(shí)所需燃?xì)饬魉俨⑺l(fā)送信號(hào)至燃?xì)饬鲃?dòng)輸送系統(tǒng)中的閥或噴嘴控制器。
對(duì)于具有基本的現(xiàn)有電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的汽車應(yīng)用而言(參見圖5)，本發(fā)明的控制系統(tǒng)使用任意相關(guān)的由測(cè)量或推導(dǎo)得來(lái)的信息，這些信息是由現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛傳感器獲取的，而不是通過(guò)安裝如上文列出的用于具有機(jī)械燃料控制/計(jì)量的汽車應(yīng)用的傳感器而獲取的。
如果車輛具有現(xiàn)有的巡航控制系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在雙燃料模式下操作時(shí)，本發(fā)明的控制系統(tǒng)會(huì)使用其自身的巡航控制器子系統(tǒng)替代該巡航控制器系統(tǒng)。
與上文詳述的過(guò)程的僅有的另一個(gè)主要變化是將節(jié)氣門信號(hào)處理鏈控制子系統(tǒng)插入現(xiàn)有的電子聯(lián)動(dòng)裝置中現(xiàn)有的節(jié)氣門位置傳感器和ECU之間。
如圖6所示，對(duì)于具有高級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的汽車應(yīng)用而言，本發(fā)明的控制系統(tǒng)使用任意相關(guān)的由測(cè)量或推導(dǎo)得來(lái)的信息，這些信息是由現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)ECU中獲取的，而不是通過(guò)安裝如上文列出的用于不具有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的汽車應(yīng)用的傳感器或者訪問(wèn)在基本的現(xiàn)有電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)部分所討論的現(xiàn)有信號(hào)而獲取的。
為了再次訪問(wèn)可以由高級(jí)ECU可以得到的所需信息，本發(fā)明的控制系統(tǒng)在ECU和ECU協(xié)議轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)之間使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)J總線或其它適當(dāng)?shù)慕涌凇?br> ECU協(xié)議轉(zhuǎn)換器是具有同高級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)相接觸的控制系統(tǒng)所獨(dú)有的。它允許本發(fā)明的控制系統(tǒng)發(fā)送和接收信息并詢問(wèn)現(xiàn)有的ECU以訪問(wèn)和修改所需的現(xiàn)有ECU參數(shù)和信號(hào)。它還將信息和參數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為控制系統(tǒng)和ECU所要求的格式、范圍和單位。
現(xiàn)在就由ECU協(xié)議轉(zhuǎn)換器而不是使用上述直接輸入信號(hào)方法獲得了用于操作極限檢測(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)/車輛操作狀態(tài)標(biāo)識(shí)的信息。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)訪問(wèn)現(xiàn)有的ECU命令載荷和發(fā)動(dòng)機(jī)RPM參數(shù)并使用這些數(shù)據(jù)確定命令燃?xì)廨敵鲂盘?hào)并且使用上述方法確定所需的氣流。
控制系統(tǒng)與現(xiàn)有的ECU相互連接以按照合適的數(shù)量改變柴油供給流速。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以純柴油模式操作時(shí)，現(xiàn)有的ECU使用其缺省的純柴油輸送流速。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以雙燃料模式操作時(shí)，控制系統(tǒng)通常指導(dǎo)ECU計(jì)算柴油流速中適當(dāng)?shù)臏p少量。如果ECU不能完成該計(jì)算，控制系統(tǒng)會(huì)指導(dǎo)ECU依照控制系統(tǒng)命令載荷/RPM到ECU—柴油機(jī)—輸送轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)計(jì)算的數(shù)量改變柴油機(jī)流速。該子系統(tǒng)與上文詳述的命令載荷/RPM到ECU—節(jié)氣門—轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)幾乎完全一致。
如果車輛具有現(xiàn)有的巡航控制系統(tǒng)，它仍將由現(xiàn)有的ECU管理。
圖9顯示了本發(fā)明的信息反饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)與控制系統(tǒng)連接并且包含其自己的子系統(tǒng)，如下所述。它向發(fā)動(dòng)機(jī)操作者或車輛駕駛員提供了立即標(biāo)識(shí)低效操作和修改適當(dāng)操作行為的能力。該系統(tǒng)提供了可能補(bǔ)充以觸覺(jué)或聽覺(jué)反饋的當(dāng)前經(jīng)濟(jì)性和排放性能的即時(shí)視覺(jué)反饋。
選擇每個(gè)參數(shù)的視覺(jué)反饋指示并且將其以直條或刻度盤指示器或圖表的形式顯示。聽覺(jué)反饋可能會(huì)使用不同的幅度、頻率和脈沖時(shí)間信號(hào)指示所選操作參數(shù)偏離最佳性能的程度?？梢酝ㄟ^(guò)逐步增大節(jié)氣門運(yùn)動(dòng)的阻力來(lái)提供汽車應(yīng)用的觸覺(jué)反饋，從而指示偏離最佳性能的程度。
除了這種即時(shí)反饋之外，信息反饋系統(tǒng)還將指定和/或所選的參數(shù)記錄到非易失性存儲(chǔ)器中以即時(shí)顯示歷史性能和通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電纜或調(diào)制解調(diào)器下載以進(jìn)行遠(yuǎn)程離線歷史性能分析和報(bào)告。
可能會(huì)以標(biāo)準(zhǔn)或指定時(shí)間間隔向存儲(chǔ)器記錄所選參數(shù)。記錄系統(tǒng)存儲(chǔ)器是由兩個(gè)連接的先進(jìn)先出(FIFO)緩沖器或堆棧構(gòu)成的。操作的最后一個(gè)小時(shí)以高的抽樣率記錄，比如說(shuō)每秒記錄到第一緩沖器中一次，前一個(gè)小時(shí)/天/星期的數(shù)據(jù)以較低的抽樣率記錄，比如說(shuō)每一分鐘到十五分鐘記錄到第二緩沖器中一次。
第一緩沖器的輸出經(jīng)過(guò)過(guò)濾(使用卷積、加權(quán)平均或其它相關(guān)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù))并且以低得多的數(shù)據(jù)率再次取樣到第二緩沖器中。短周期的高抽樣率可能會(huì)構(gòu)成一個(gè)詳細(xì)的“黑匣子”記錄，并且延長(zhǎng)周期的低抽樣率會(huì)生成發(fā)動(dòng)機(jī)和應(yīng)用的操作參數(shù)的數(shù)據(jù)記錄。信息反饋系統(tǒng)包括一組接收命令載荷和發(fā)動(dòng)機(jī)RPM信號(hào)的命令載荷/RPM到輔助參數(shù)轉(zhuǎn)換器。這些轉(zhuǎn)換器使用經(jīng)驗(yàn)和/或理論預(yù)先編程模型來(lái)描述任意所需的輔助參數(shù)。選項(xiàng)包括標(biāo)識(shí)的或所有的排放、燃料消耗、熱效率、進(jìn)氣流、轉(zhuǎn)矩和功率。這些輔助參數(shù)不是燃料控制過(guò)程所需要的，但是會(huì)由信息反饋系統(tǒng)、分析和編程系統(tǒng)用于性能反饋、優(yōu)化、監(jiān)視、報(bào)告和分析以及編程。
如果啟用了向操作者提供即時(shí)反饋的選項(xiàng)，最佳操作條件函數(shù)發(fā)生器子系統(tǒng)就會(huì)接收命令載荷、命令柴油和命令燃?xì)庾酉到y(tǒng)信號(hào)以及諸如熱效率和排放之類的輔助參數(shù)信號(hào)。該發(fā)生器使用一個(gè)目標(biāo)函數(shù)來(lái)生成理想載荷輸出信號(hào)并且將該信號(hào)發(fā)送至性能偏差計(jì)算器子系統(tǒng)。
性能偏差計(jì)算器子系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算理想載荷和實(shí)際命令載荷輸入信號(hào)之間的差值來(lái)生成性能偏差輸出信號(hào)。該輸出信號(hào)發(fā)送至力反饋控制環(huán)和信息協(xié)議轉(zhuǎn)換器。
力反饋控制環(huán)子系統(tǒng)將節(jié)氣門踏板信號(hào)和性能偏差信號(hào)進(jìn)行比較并生成操作節(jié)氣門踏板裝置中轉(zhuǎn)矩馬達(dá)的力反饋信號(hào)。馬達(dá)使所需的力按下節(jié)氣門踏板以與當(dāng)前性能和最佳偏離程度成比例地增大，從而向駕駛者提供了觸覺(jué)反饋。
信息協(xié)議轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)從輔助參數(shù)轉(zhuǎn)換器、ECU協(xié)議轉(zhuǎn)換器和其他控制系統(tǒng)輸入信號(hào)和中間信號(hào)和/或應(yīng)用傳感器中接收信號(hào)。信息協(xié)議轉(zhuǎn)換器設(shè)置信號(hào)值的格式并且使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)J總線或其它合適的接口而使它們對(duì)信息反饋系統(tǒng)的顯示和記錄子系統(tǒng)可用。
如果啟用了向遠(yuǎn)程觀察者提供即時(shí)的實(shí)時(shí)操作數(shù)據(jù)的選項(xiàng)，觀察者就可以通過(guò)調(diào)制解調(diào)器/陸地線路/無(wú)線/因特網(wǎng)連接與信息反饋系統(tǒng)連接并且請(qǐng)求發(fā)送實(shí)時(shí)操作數(shù)據(jù)。這就允許遠(yuǎn)程觀察者查看所選參數(shù)，并且可能會(huì)將不同發(fā)動(dòng)機(jī)/應(yīng)用操作條件下的結(jié)果進(jìn)行比較。圖10中所示的本發(fā)明的分析系統(tǒng)包括使發(fā)動(dòng)機(jī)和應(yīng)用的下列主要處理更加容易的子系統(tǒng)●繪圖。
●節(jié)氣門/RPM到載荷函數(shù)。
●階躍響應(yīng)。
●優(yōu)化經(jīng)濟(jì)和環(huán)境性能。
對(duì)于單個(gè)的應(yīng)用●將歷史操作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為靜態(tài)圖或曲面。
●對(duì)歷史性能進(jìn)行逼近。
●制作性能的投影。
●比較性能。
●可視化并且報(bào)告。
柴油機(jī)的操作能夠以兩個(gè)主要的獨(dú)立可變操作輸入?yún)?shù)——載荷和RPM的形式來(lái)描述。通過(guò)在整個(gè)載荷/RPM范圍內(nèi)使用至少36個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的網(wǎng)格對(duì)純柴油和雙燃料操作進(jìn)行測(cè)試，可以對(duì)每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系列繪圖。
一組輔助輸入?yún)?shù)會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的操作。輔助參數(shù)可以歸為兩個(gè)子組可變參數(shù)和恒定參數(shù)。輔助可變參數(shù)的例子是燃?xì)鉁囟群蛪毫?、環(huán)境溫度、濕度和大氣壓以及在測(cè)試活動(dòng)中測(cè)量和記錄的參數(shù)。輔助恒定參數(shù)的例子是燃料規(guī)格、壓縮比、內(nèi)徑和沖程以及從制造商的數(shù)據(jù)中獲得的參數(shù)。
描述雙燃料模式下發(fā)動(dòng)機(jī)特性所需的第三種輸入?yún)?shù)是實(shí)現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)和環(huán)境產(chǎn)物所用的燃?xì)馓娲裼腿剂系陌俜謹(jǐn)?shù)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在36或更多關(guān)鍵點(diǎn)上測(cè)試時(shí)，燃?xì)饬魉俦槐３譃楹愣ǖ模⑶以诿總€(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上測(cè)量和記錄發(fā)動(dòng)機(jī)輸出參數(shù)。
輸出參數(shù)包括燃料消耗、排放、發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣溫度、進(jìn)氣流、功率和歧管絕對(duì)壓力。該測(cè)試過(guò)程可以在燃?xì)饬魉俚姆秶鷥?nèi)重復(fù)，燃?xì)饬魉偬峁┯跊](méi)有超過(guò)諸如最高壓力和排氣溫度之類的規(guī)定發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)的每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上。
本發(fā)明的分析系統(tǒng)采用關(guān)鍵列表測(cè)試數(shù)據(jù)的集合并且通過(guò)為每個(gè)數(shù)據(jù)集擬合合適的數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)處理這些表。然后，主要和第三種變量和輔助變量和常數(shù)就成為這些數(shù)學(xué)函數(shù)的獨(dú)立參數(shù)。然后，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出參數(shù)就變成從屬參數(shù)或數(shù)學(xué)函數(shù)的輸出。
輸出是一組能夠針對(duì)任意載荷/RPM/燃料組成組合描述或插入所列發(fā)動(dòng)機(jī)輸出參數(shù)的函數(shù)近似值(參見圖8)。這些近似值可以視為一系列三維(3D)圖形集，其中載荷和RPM包括3D曲面圖的水平x和y軸，曲面的垂直位移指示給定的輸出參數(shù)并且存在針對(duì)每一個(gè)燃?xì)馓娲俜直葴y(cè)試系列的單個(gè)關(guān)鍵曲面。發(fā)動(dòng)機(jī)繪圖的結(jié)果是能夠生成針對(duì)任意測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)系列所列出參數(shù)特性的函數(shù)模型。
此外，發(fā)動(dòng)機(jī)繪圖過(guò)程還包括一個(gè)純柴油測(cè)試以使用表格形式測(cè)量和記錄節(jié)氣門位移、RPM和發(fā)動(dòng)機(jī)載荷之間的關(guān)系。本發(fā)明的分析系統(tǒng)使用特殊的分析工具生成節(jié)氣門/RPM到載荷函數(shù)。
還存在針對(duì)純柴油和雙燃料模式的單獨(dú)的測(cè)試以測(cè)量和記錄發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出參數(shù)以響應(yīng)載荷中的突變來(lái)標(biāo)識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)行為。分析系統(tǒng)使用特殊的分析軟件標(biāo)識(shí)每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出參數(shù)的階躍響應(yīng)時(shí)間常數(shù)。
本發(fā)明的獨(dú)特之處在于它標(biāo)識(shí)了所繪制的發(fā)動(dòng)機(jī)在雙燃料模式下運(yùn)行時(shí)于所有載荷/RPM點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)結(jié)果的最佳可能平衡。本發(fā)明計(jì)算并且控制適當(dāng)數(shù)量柴油和燃?xì)獾妮斔鸵詫?shí)現(xiàn)最佳的性能。這樣就可以通過(guò)從最佳環(huán)境和經(jīng)濟(jì)結(jié)果目標(biāo)反向工作而計(jì)算出任一個(gè)載荷/RPM點(diǎn)的所需燃料流。
當(dāng)標(biāo)識(shí)最佳性能時(shí)，本發(fā)明考慮到雙燃料和純柴油燃燒過(guò)程不同的這一事實(shí)。在兩種模式下，相同的載荷/RPM點(diǎn)具有相當(dāng)不同的排放結(jié)果。在載荷/RPM范圍內(nèi)使用的燃料通常不包含同樣的能含量。在低負(fù)載下，雙燃料模式可能會(huì)使用更多的燃料(降低了熱效率)，并且生成比純柴油操作更多的某些排放。在中等和高載荷負(fù)載時(shí)，雙燃料操作會(huì)造成某些排放的很大降低并且有時(shí)還會(huì)使熱效率增大。一個(gè)簡(jiǎn)單的替換模型不能有效地計(jì)算出在載荷/RPM范圍內(nèi)管理雙燃料操作所需的不同燃?xì)夂腿剂狭?，因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)輸出和輸入之間并不存在簡(jiǎn)單的關(guān)系。
本發(fā)明的柴油和燃?xì)夤┙o速度在載荷/RPM范圍上是完全可調(diào)的，并且針對(duì)每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系列而編程到控制系統(tǒng)中。這些可調(diào)的速度使該系統(tǒng)可以計(jì)算并供給所需的燃料流以實(shí)現(xiàn)所標(biāo)識(shí)的最佳環(huán)境和經(jīng)濟(jì)結(jié)果。
本發(fā)明的分析系統(tǒng)采用發(fā)動(dòng)機(jī)繪圖過(guò)程的數(shù)據(jù)和所處理的結(jié)果并且使用正式的優(yōu)化技術(shù)，這些優(yōu)化技術(shù)使用定制的目標(biāo)函數(shù)來(lái)找出燃料消耗和所列排放之間的最佳平衡并且因此而標(biāo)識(shí)了該發(fā)動(dòng)機(jī)系列在整個(gè)載荷/速度范圍內(nèi)的最佳燃?xì)馓鎿Q百分比。
該目標(biāo)函數(shù)可能會(huì)變化以反映不同的經(jīng)濟(jì)和/或排放情形。目標(biāo)函數(shù)還可能包含定制的規(guī)則，例如對(duì)任意目標(biāo)參數(shù)(例如特定排放物)的限制。所生成的最佳函數(shù)通常逼近為柴油和燃?xì)獾亩钶d荷/RPM至燃料流動(dòng)函數(shù)。
對(duì)于變速和汽車應(yīng)用而言，本發(fā)明的分析系統(tǒng)可以將基于歷史時(shí)間而由信息反饋系統(tǒng)獲得的操作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為3D統(tǒng)計(jì)曲面(參見圖8)，它與定義發(fā)動(dòng)機(jī)繪圖過(guò)程的函數(shù)模型存在于相同的載荷/RPM/參數(shù)空間中。統(tǒng)計(jì)曲面的Z軸為發(fā)動(dòng)機(jī)花在載荷/RPM有序?qū)Φ?X，Y)網(wǎng)格上的時(shí)間百分?jǐn)?shù)。
對(duì)于發(fā)電機(jī)組而言，RPM被認(rèn)為是恒定的，這樣就生成了時(shí)間和載荷的二維靜態(tài)圖。
分析系統(tǒng)將這些靜態(tài)圖或曲面應(yīng)用于所繪制的發(fā)動(dòng)機(jī)函數(shù)模型以獲得歷史性能的近似?？赡軙?huì)通過(guò)向所繪制的發(fā)動(dòng)機(jī)函數(shù)模型應(yīng)用任何適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)載荷/RPM圖或曲面以對(duì)性能進(jìn)行投影，從而●為在與所記錄的歷史數(shù)據(jù)中存在的類似條件下的特定應(yīng)用操作而推斷將來(lái)的雙燃料經(jīng)濟(jì)和環(huán)境性能。
●為在任意規(guī)定的統(tǒng)計(jì)曲面或載荷曲線下操作的特定應(yīng)用而估計(jì)理想的雙燃料性能。
●為一段雙燃料操作估計(jì)在相同條件下純柴油操作在該歷史階段下的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)結(jié)果。
●通過(guò)向類似發(fā)動(dòng)機(jī)的存儲(chǔ)函數(shù)模型應(yīng)用歷史純柴油機(jī)操作數(shù)據(jù)，例如該應(yīng)用的載荷、RPM和燃料消耗，以估計(jì)雙燃料操作的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)結(jié)果。
分析系統(tǒng)使用多種分析工具來(lái)比較所生成的統(tǒng)計(jì)圖或曲面。可能會(huì)在純柴油和雙燃料模式的特殊應(yīng)用下的性能之間進(jìn)行比較，或者可以針對(duì)另一個(gè)應(yīng)用進(jìn)行比較。
本發(fā)明的分析系統(tǒng)包括可視化和報(bào)告工具和可能被定制的格式?？梢暬ぞ邔l(fā)動(dòng)機(jī)和應(yīng)用數(shù)據(jù)生成3D圖和二元函數(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)圖、圖和表(參見圖7和圖8)。報(bào)告格式包括處理經(jīng)濟(jì)和環(huán)境結(jié)果并且將數(shù)據(jù)以相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或特定立法機(jī)構(gòu)、管理機(jī)構(gòu)或用戶要求或請(qǐng)求中詳述的格式呈現(xiàn)。
本發(fā)明使用編程系統(tǒng)將控制系統(tǒng)和信息反饋系統(tǒng)中的一些子系統(tǒng)編程。
針對(duì)每個(gè)繪制的發(fā)動(dòng)機(jī)系列和該系列中不同發(fā)動(dòng)機(jī)容量和/或配置選項(xiàng)的合適的子集，將上面詳述的發(fā)動(dòng)機(jī)系列分析過(guò)程的結(jié)果格式化為通用系統(tǒng)設(shè)置庫(kù)。
該庫(kù)存儲(chǔ)在便攜式計(jì)算機(jī)或其他合適的編程設(shè)備中。編程設(shè)備在安裝過(guò)程中通過(guò)串行數(shù)據(jù)鏈路連接到控制系統(tǒng)并且在編程結(jié)束之后移除。從編程設(shè)備中為繪制的發(fā)動(dòng)機(jī)系列中的發(fā)動(dòng)機(jī)或與所繪制發(fā)動(dòng)機(jī)類似的發(fā)動(dòng)機(jī)將相關(guān)的通用系統(tǒng)設(shè)置下載到該發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝的控制系統(tǒng)中。
也可以反向?qū)嵤┰撨^(guò)程，可以將設(shè)置從特定發(fā)動(dòng)機(jī)上控制系統(tǒng)上傳到編程設(shè)備輔助存儲(chǔ)設(shè)備中。
編程設(shè)備還包括用于響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)或應(yīng)用配置中較小變化而修改或微調(diào)通用設(shè)置的工具。
圖11中顯示了本發(fā)明的燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)。本發(fā)明中使用的控制系統(tǒng)將連續(xù)的氣流信號(hào)由氣流控制器發(fā)送至安裝在燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)中的閥電機(jī)驅(qū)動(dòng)器或噴嘴脈沖發(fā)生器/序列發(fā)生器。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器或脈沖發(fā)生器通過(guò)操作閥或噴嘴來(lái)輸送所需的氣流來(lái)響應(yīng)信號(hào)。
對(duì)于閥和單噴嘴系統(tǒng)，燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)將所需氣流輸送到柴油機(jī)的進(jìn)氣歧管。序列多點(diǎn)噴嘴系統(tǒng)在接近氣缸排氣口關(guān)閉時(shí)將燃?xì)廨斔椭撩總€(gè)鄰近的氣缸進(jìn)氣口?？刂葡到y(tǒng)狀態(tài)控制器子系統(tǒng)在檢測(cè)到發(fā)送機(jī)/應(yīng)用處于故障狀態(tài)時(shí)向燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)中合適的燃?xì)怅P(guān)閉子系統(tǒng)發(fā)送燃?xì)怅P(guān)閉信號(hào)。
燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)包括依照與每種應(yīng)用的地理區(qū)域相關(guān)實(shí)踐的法規(guī)、規(guī)章和規(guī)范安裝的煤氣裝置。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以不背離本發(fā)明的概念而以多種方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。它適用于多種柴油機(jī)類型和替代柴油的燃?xì)猓灰@些燃?xì)獠粫?huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)或車輛性能并且有助于提高燃料經(jīng)濟(jì)性和改進(jìn)環(huán)境排放物。
權(quán)利要求
1.一種控制向雙燃料柴油機(jī)中添加燃?xì)獾姆椒?，其中a)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)以提出一組針對(duì)載荷和RPM的燃料需求量的數(shù)據(jù)；b)控制系統(tǒng)監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷和RPM并且將它們與存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以確定合適的燃?xì)馓砑恿俊?br> 2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計(jì)算燃?xì)饬恳蕴娲鳛檩敵鲚d荷函數(shù)的由柴油燃料提供的部分能量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種方法，其特征在于，該方法適用于固定發(fā)動(dòng)機(jī)并且使用發(fā)電機(jī)組輸出信號(hào)來(lái)推導(dǎo)出瞬時(shí)載荷并且使用測(cè)量確定燃?xì)馓鎿Q量。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所需燃料的數(shù)據(jù)集針對(duì)每組載荷和RPM值建立最佳燃?xì)馓鎿Q量。
5.一種用于向車輛雙燃料柴油機(jī)中添加燃?xì)獾目刂葡到y(tǒng)，其中包括a)檢測(cè)RPM的傳感器b)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)載荷的傳感器c)提供警報(bào)的油壓和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器以及可選的排氣溫度警報(bào)傳感器d)檢測(cè)車輛或發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀態(tài)的傳感器，包括巡航控制、手動(dòng)控制、制動(dòng)、空轉(zhuǎn)、冷起動(dòng)和減速傳感器中的一或多個(gè)e)可選地節(jié)氣門位置或行駛速度傳感器。
6.一種用于使用燃?xì)馓鎿Q雙燃料柴油機(jī)中柴油的控制系統(tǒng)，包括a)檢測(cè)或?qū)С鯮PM的裝置b)檢測(cè)或?qū)С鲚d荷的裝置c)用于針對(duì)載荷和RPM的燃料需求量數(shù)據(jù)集的存儲(chǔ)裝置；d)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷和RPM并將它們與存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以確定合適的燃?xì)馓鎿Q量的控制系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求6所述的用于具有高級(jí)電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)馓鎿Q控制系統(tǒng)，其中檢測(cè)或?qū)С鯮PM和載荷的裝置是高級(jí)電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的一部分。
8.如權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括檢測(cè)車輛和發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀態(tài)的裝置，這些操作狀態(tài)包括巡航控制、手動(dòng)控制、制動(dòng)、空轉(zhuǎn)、冷起動(dòng)和加速中的一或多個(gè)。
9.如權(quán)利要求5或6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，只是在車輛沒(méi)有制動(dòng)、沒(méi)有空轉(zhuǎn)并且節(jié)氣門沒(méi)有完全降低時(shí)才使用燃?xì)馓鎿Q柴油燃料。
10.一種分析發(fā)動(dòng)機(jī)性能以助于改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制的系統(tǒng)，包括a)用于在離散的時(shí)間間隔測(cè)量包括發(fā)動(dòng)機(jī)載荷、RPM、所噴射燃料、進(jìn)氣溫度、排氣溫度、廢氣中氧或二氧化碳水平在內(nèi)參數(shù)的測(cè)量設(shè)備b)用于存儲(chǔ)由測(cè)量設(shè)備在每個(gè)所述離散時(shí)間間隔所收集數(shù)據(jù)的電子存儲(chǔ)裝置c)用于分析所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)從而為每個(gè)參數(shù)針對(duì)每個(gè)所測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)載荷和RPM點(diǎn)建立數(shù)據(jù)表的裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，使用成像軟件將每個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)集顯示為針對(duì)載荷和RPM描繪的3維曲面。
12.一種用于管理雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)馓鎿Q的系統(tǒng)，其中包括a)用于連續(xù)地控制所要添加的燃?xì)饬亢退獪p少的柴油燃料量的控制系統(tǒng)b)記錄和/或顯示所測(cè)量和/或推導(dǎo)出的當(dāng)前和歷史發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)表示的信息反饋系統(tǒng)c)由信息反饋系統(tǒng)在整個(gè)載荷和RPM范圍內(nèi)針對(duì)每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系列標(biāo)識(shí)純柴油和雙燃料操作特性的分析系統(tǒng)d)包含由分析系統(tǒng)針對(duì)每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系列創(chuàng)建的默認(rèn)控制系統(tǒng)操作參數(shù)程序的編程系統(tǒng)。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，信息反饋系統(tǒng)為控制系統(tǒng)收集包括分析系統(tǒng)用來(lái)生成程序所用的燃料消耗和廢氣排放數(shù)據(jù)在內(nèi)的數(shù)據(jù)以優(yōu)化燃料的添加，從而在載荷/速度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)和/或環(huán)境性能。
全文摘要
一種用于雙燃料柴油機(jī)的燃?xì)馓娲到y(tǒng)，它監(jiān)測(cè)載荷和RPM以及發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛的操作狀態(tài)，包括節(jié)氣門位移、巡航控制、空轉(zhuǎn)、車輪制動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)、手動(dòng)控制。收集數(shù)據(jù)以針對(duì)載荷/RPM對(duì)值建立諸如燃料消耗和廢氣排放之類的參數(shù)，并且使用這些參數(shù)創(chuàng)建在可以進(jìn)行替換的操作狀態(tài)范圍內(nèi)每個(gè)載荷/RPM對(duì)的最佳燃?xì)馓鎿Q值。該系統(tǒng)適用于恒發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速固定應(yīng)用(發(fā)電機(jī)組)；包括活動(dòng)裝置在內(nèi)的變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)用；不具備現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的汽車應(yīng)用；具有基本的現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的汽車應(yīng)用；具有高級(jí)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的汽車應(yīng)用。
文檔編號(hào)F02D41/26GK1639452SQ03805561
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月8日
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