專利名稱：抑制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及用于壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的電子燃料控制系統(tǒng)，具體地說(shuō)，涉及一種抑制壓縮點(diǎn)火柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放產(chǎn)生的燃料噴射控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在加速期間或負(fù)荷增加的瞬時(shí)會(huì)產(chǎn)生黑煙或排放大量微粒。這種現(xiàn)象的一個(gè)原因是，在加速和負(fù)荷增加瞬時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)操作模式中，與噴射到壓縮氣缸中的燃料的燃燒相關(guān)聯(lián)的燃燒較遲。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的基本燃燒過(guò)程包括液體燃料的擴(kuò)散類型燃燒。當(dāng)液體燃料噴射到壓縮的高溫氣缸空氣中時(shí)，該液體燃料蒸發(fā)并與周圍的空氣混合，形成一種易燃的混合物。這是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，隨著燃料被噴射到汽缸中而一直進(jìn)行著。最初形成的混合物會(huì)燃燒，并在較晚?yè)]發(fā)的燃料與空氣完全混合之前升高局部溫度。結(jié)果，較晚燃燒的燃料在沒(méi)有足夠空氣的情況下遇到高溫。在這樣的條件下，會(huì)發(fā)生燃料的高溫分解并由此形成煤煙。當(dāng)氣缸中的燃燒繼續(xù)時(shí)，煤煙的相當(dāng)一部分會(huì)由于此后暴露在氣缸中的可用空氣下而燃燒掉。煤煙在發(fā)動(dòng)機(jī)中繼續(xù)燃燒，直到動(dòng)力行程體積膨脹充分減低氣缸的溫度，由此結(jié)束該化學(xué)反應(yīng)。在此刻氣缸中剩下的任何未燃燒的煤煙都在排氣閥打開(kāi)時(shí)作為煙塵或微粒被排放出發(fā)動(dòng)機(jī)。
因此在壓縮燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中，煤煙的發(fā)生存在兩個(gè)相反的機(jī)制煤煙形成和煤煙燃盡。在典型運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的典型燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中，煤煙燃盡機(jī)制足以減少由煤煙形成引起的排放。但是，在一些加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，煤煙燃盡機(jī)制不足以減少煤煙排放的產(chǎn)生，下面將對(duì)此進(jìn)一步討論。噴射燃料的較晚燃燒導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣，在打開(kāi)排氣閥之前沒(méi)有足夠的時(shí)間用于煤煙燃盡過(guò)程。因此，大量煙塵和微粒的排出在加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)條件下運(yùn)行的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中很普遍。
現(xiàn)有技術(shù)的壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)典型地通過(guò)一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)器和同時(shí)開(kāi)動(dòng)一系列燃料運(yùn)送裝置的機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置來(lái)具有固定的噴射定時(shí)。燃料噴射開(kāi)始時(shí)間通常預(yù)先確定在任何給定的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)，而且通常不能修改以適應(yīng)變化的條件。燃料運(yùn)送系統(tǒng)可以包括泵線噴嘴(pump-line-nozzle)配置或單元噴射配置。一種用于大氣缸排量柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的電子燃料噴射系統(tǒng)公開(kāi)在美國(guó)專利US5,394,851中。該燃料噴射系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)與圖1中10概略示出的典型壓縮點(diǎn)火柴油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合使用。發(fā)動(dòng)機(jī)10可以是任何大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括渦輪增壓器(turbo charger)12和一系列成套能量組件14。例如，12氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)可以具有12個(gè)這樣的能量組件，而16氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)具有16個(gè)這樣的能量組件。發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括空氣進(jìn)口總管道16、用于向每個(gè)能量組件14提供燃料的燃料供應(yīng)管18、用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)水管道20、潤(rùn)滑油泵22和水泵24，全部為現(xiàn)有技術(shù)。連接到渦輪增壓器12的冷熱氣自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)(intercooler)26在增壓空氣進(jìn)入一個(gè)能量組件14中的各個(gè)燃燒室之前幫助冷卻該空氣。發(fā)動(dòng)機(jī)可以是V形類型，這也是現(xiàn)有技術(shù)。
盡管非常適用于其應(yīng)用，圖1的系統(tǒng)既不區(qū)分也不適應(yīng)于加速和負(fù)荷增加瞬時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式，以及在由于這里討論的較晚燃燒產(chǎn)生排放時(shí)這些運(yùn)轉(zhuǎn)模式的效果。在這樣的系統(tǒng)中，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射定時(shí)通常針對(duì)每個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)條件(速度和負(fù)荷)規(guī)定為適宜穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的最佳時(shí)刻。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)歷負(fù)荷增加瞬時(shí)或加速時(shí)，噴射定時(shí)仍然設(shè)置在穩(wěn)定狀態(tài)條件要求的瞬時(shí)值。運(yùn)轉(zhuǎn)在穩(wěn)定狀態(tài)條件下，通常在燃燒氣缸中有足夠的時(shí)間通過(guò)上述煤煙燃盡過(guò)程控制微?；驘焿m排放。但是，在負(fù)荷增加或加速瞬時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要更多的燃料，因此燃料噴射的持續(xù)時(shí)間變得更長(zhǎng)。在該噴射持續(xù)時(shí)間結(jié)束時(shí)進(jìn)入氣缸的所添加燃料的燃燒，在排氣閥打開(kāi)之前沒(méi)有足夠時(shí)間使煤煙燃盡。其結(jié)果是，在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的排氣階段增加了大量煙塵或微粒的排放。對(duì)于現(xiàn)在的低排放柴油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)更是如此，這種低排放柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中采用延遲的燃料噴射定時(shí)，以減少x氧化氮的排放。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的正常加速(例如用于機(jī)車的中等速度發(fā)動(dòng)機(jī))產(chǎn)生與穩(wěn)定狀態(tài)條件不同的瞬時(shí)條件，并增加煤煙的產(chǎn)生和微粒排放。這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)由于大型輔助負(fù)載的切換也面臨劇烈的負(fù)荷改變，例如在機(jī)車應(yīng)用中的壓縮機(jī)負(fù)載或風(fēng)扇負(fù)載以及用于旅客列車的“旅館”電源負(fù)載(產(chǎn)生110V60HZ的交流發(fā)電機(jī))。驅(qū)動(dòng)這樣的負(fù)載或切斷這樣的負(fù)載可以在任何情況下導(dǎo)致500馬力級(jí)的負(fù)荷瞬時(shí)。如上所述，噴射的燃料的較晚燃燒在這樣的加速和負(fù)荷增加瞬時(shí)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式中是很普遍的。較晚燃燒阻止所產(chǎn)生的煤煙進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜紵?dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)增加煙塵和微粒的排出。
因此，期望抑制壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)在加速和負(fù)荷增加瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)模式過(guò)程中的煙塵排出和微粒排放，并在穩(wěn)定狀態(tài)模式過(guò)程中還保持固有的運(yùn)轉(zhuǎn)。排出系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)流閥位置的變化，以確定是否存在加速和負(fù)荷增加瞬時(shí)模式。例如，美國(guó)專利US6,325,044公開(kāi)了這樣一種系統(tǒng)，這里合并在一起作為參考。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例根據(jù)條件而不是節(jié)流閥位置的變化檢測(cè)是否存在加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)。
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種用于控制在鐵路機(jī)車的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料噴射定時(shí)的方法，該鐵路機(jī)車可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度和功率的不連續(xù)節(jié)流閥凹口來(lái)操作，并經(jīng)歷負(fù)荷瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)模式，其中施加到發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載增加而發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥凹口中沒(méi)有增加。本方法包括監(jiān)控表示對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥凹口的所命令發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的參數(shù)；發(fā)送代表所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)；監(jiān)控表示實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的參數(shù)；發(fā)送代表實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)；響應(yīng)于代表所命令的和實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)，檢測(cè)所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)速度何時(shí)超過(guò)實(shí)際速度，以建立負(fù)荷瞬時(shí)模式；及響應(yīng)于檢測(cè)負(fù)荷瞬時(shí)模式，根據(jù)預(yù)定定時(shí)計(jì)劃來(lái)提前發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射定時(shí)，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放。
本發(fā)明的另一方面是一種用于控制在鐵路機(jī)車的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料噴射定時(shí)的方法，該鐵路機(jī)車可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度和功率的不連續(xù)凹口來(lái)操作，并經(jīng)歷其中增加發(fā)動(dòng)機(jī)凹口的發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)模式。本方法包括監(jiān)控表示對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥凹口的所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的參數(shù)，并發(fā)送代表所命令的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)；監(jiān)控表示實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的參數(shù)；發(fā)送代表實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)；響應(yīng)于代表所命令的和實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)，檢測(cè)所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)速度何時(shí)超過(guò)實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)速度，以建立發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)模式；在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)模式期間，當(dāng)其響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥位置的增加時(shí)，監(jiān)控表示發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的參數(shù)，以檢測(cè)在該發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)模式期間發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的變化；發(fā)送代表發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)變化的數(shù)據(jù)；以及響應(yīng)于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)模式和檢測(cè)在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)模式期間的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)變化，根據(jù)預(yù)定的定時(shí)計(jì)劃來(lái)提前發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射定時(shí)，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放。


圖1是普通V字形柴油機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)的透視圖；圖2是在本發(fā)明的實(shí)施例中抑制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的方法的流程圖；圖3是在本發(fā)明的實(shí)施例中燃料噴射定時(shí)控制系統(tǒng)的示意框圖；圖4是在本發(fā)明的另一實(shí)施例中燃料噴射定時(shí)控制系統(tǒng)的示意框圖；圖5是在本發(fā)明的實(shí)施例中噴射定時(shí)和燃燒間關(guān)系的圖形表示。
其中20-DD-131996零件列表如下發(fā)動(dòng)機(jī)1O，渦輪增壓器12，功率組件14，進(jìn)氣管16，燃料供應(yīng)管18，進(jìn)水管20，潤(rùn)滑油泵22，水泵24，冷熱氣自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)26，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)42，系統(tǒng)60，燃料供應(yīng)裝置62，燃料傳送機(jī)構(gòu)64，控制裝置66，燃料噴射定時(shí)控制裝置66，變化檢測(cè)裝置68，節(jié)流閥70，瞬時(shí)檢測(cè)裝置72，實(shí)際速度感測(cè)裝置76，穩(wěn)定狀態(tài)限定和檢測(cè)裝置78，節(jié)流閥選擇信號(hào)82，和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)傳感器90。
具體實(shí)施例方式
圖2是利用這里進(jìn)一步討論的電子燃料噴射定時(shí)系統(tǒng)抑制加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)期間的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的示例方法的流程圖。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可以是中等速度、大排放量的發(fā)動(dòng)機(jī)，例如用于火車機(jī)車或海運(yùn)船只的發(fā)動(dòng)機(jī)。如前所述，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常經(jīng)歷頻繁的加速和/或負(fù)荷增加瞬時(shí)條件?？梢灾苯佑砂l(fā)動(dòng)機(jī)操作員通過(guò)期望的發(fā)動(dòng)機(jī)RPM和馬力級(jí)限定的節(jié)流選擇輸入來(lái)要求改變這種發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和/或負(fù)荷條件。可以由操作員或自動(dòng)通過(guò)一系列發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器和致動(dòng)器啟動(dòng)增加發(fā)動(dòng)機(jī)速度和/或負(fù)荷的命令。例如，當(dāng)操作員希望增加發(fā)動(dòng)機(jī)速度和/或功率時(shí)，表示所要求的增加速度和/或功率的適當(dāng)信號(hào)會(huì)命令燃料噴射系統(tǒng)和由該發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載裝置，通過(guò)噴射更多燃料到氣缸中來(lái)達(dá)到該發(fā)動(dòng)機(jī)速度和/或功率。如上所述，在加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)期間，每次噴射時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)需要更多的燃料，因此燃料噴射的持續(xù)時(shí)間變得更長(zhǎng)。由此，在固定的噴射起始時(shí)間發(fā)生較晚燃燒，并導(dǎo)致更多大量煙塵或微粒的排放。
參考圖2，在加速和/或負(fù)荷增加瞬時(shí)期間減少柴油發(fā)送機(jī)排放的方法從42所示的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)42可以是具有大氣缸排放量的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，例如圖1所示的通常用于火車機(jī)車的發(fā)動(dòng)機(jī)10。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)42期間，操作者可以通過(guò)改變節(jié)流閥或凹口選擇器(notch selector)的位置來(lái)命令發(fā)動(dòng)機(jī)速度和/或負(fù)荷改變?；蛘撸蟮乃俣瓤梢员３植蛔?節(jié)流閥靜止)，但對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化的命令可以由輔助源例如壓縮機(jī)產(chǎn)生。
發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥位置和變化檢測(cè)或發(fā)動(dòng)機(jī)速度檢測(cè)步驟44檢測(cè)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)流閥位置變化和/或發(fā)動(dòng)機(jī)速度。加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)模式可以發(fā)生在多種情況下。在第一種技術(shù)中，監(jiān)控節(jié)流閥的位置和變化。如果節(jié)流閥被操作員移動(dòng)，則檢測(cè)移動(dòng)的位置和量并將其用于確定加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)模式。
在第二種技術(shù)中，將發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際速度與所要求的發(fā)動(dòng)機(jī)速度比較，以判定輔助裝置是否已命令增加發(fā)動(dòng)機(jī)的速度和/或負(fù)荷。在該第二技術(shù)中，不需要移動(dòng)節(jié)流閥來(lái)產(chǎn)生所命令速度和實(shí)際速度之間的差別。節(jié)流閥的位置識(shí)別所命令的速度，但是不監(jiān)控該節(jié)流閥的移動(dòng)。
在檢測(cè)節(jié)流閥變化和/或所命令速度與實(shí)際速度的差時(shí)，在步驟46確定運(yùn)轉(zhuǎn)模式。在第一種技術(shù)中，運(yùn)轉(zhuǎn)模式判定步驟46通過(guò)檢測(cè)節(jié)流閥移動(dòng)的方向，將加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)模式與減速或負(fù)荷降低瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)模式區(qū)分開(kāi)來(lái)。節(jié)流閥位置的變化程度也用于確定加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)模式。
在第二種技術(shù)下，通過(guò)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)來(lái)檢測(cè)加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)模式。該運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)可以是燃料燃燒率、每單位時(shí)間的RPM變化等等。例如，如果燃料燃燒率迅速增加，則說(shuō)明當(dāng)前是加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)?？梢岳斫?，現(xiàn)有的傳感裝置可以用于監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)。
如果檢測(cè)到加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)模式，則流程繼續(xù)到步驟48，訪問(wèn)瞬時(shí)噴射定時(shí)計(jì)劃來(lái)控制燃料噴射定時(shí)。如果在46既未檢測(cè)到加速又未檢測(cè)到負(fù)荷增加瞬時(shí)，則本方法在步驟52采用穩(wěn)定狀態(tài)噴射定時(shí)計(jì)劃，下面還要進(jìn)一步討論。在步驟48，瞬時(shí)噴射定時(shí)計(jì)劃用于在加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)期間，根據(jù)所檢測(cè)的瞬時(shí)條件、通過(guò)采用與穩(wěn)定狀態(tài)條件有關(guān)的瞬時(shí)燃料噴射定時(shí)計(jì)劃來(lái)提前燃料噴射定時(shí)，以達(dá)到期望的減少煙塵和微粒排放。在不同的加速或負(fù)荷增加模式下，燃料噴射定時(shí)或定時(shí)變化可以不同。燃料噴射定時(shí)的變化程度可以取決于加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)的強(qiáng)度。例如，將節(jié)流閥從凹口1移動(dòng)到凹口2可能比將節(jié)流閥從凹口1直接移動(dòng)到凹口8需要更少的定時(shí)提前量。預(yù)定的定時(shí)計(jì)劃可以包括取決于瞬時(shí)模式強(qiáng)度的值。類似地，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的大小可以用于選擇適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)提前。
在步驟50，判定是否已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)條件。如果在步驟50檢測(cè)到穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，則在步驟52采用穩(wěn)定狀態(tài)噴射定時(shí)計(jì)劃，由此優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)和性能。如果在步驟50沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)條件，則系統(tǒng)繼續(xù)到步驟48，其中系統(tǒng)繼續(xù)使用瞬時(shí)噴射定時(shí)計(jì)劃來(lái)執(zhí)行規(guī)定的燃料噴射順序，以保持期望的減少煙塵和微粒排放。一旦在步驟52采用穩(wěn)定狀態(tài)噴射定時(shí)計(jì)劃，本方法返回步驟44，以連續(xù)地監(jiān)控節(jié)流閥位置變化和/或發(fā)動(dòng)機(jī)速度變化。節(jié)流閥變化表示請(qǐng)求速度和/或負(fù)荷的變化。發(fā)動(dòng)機(jī)速度變化表示接通或斷開(kāi)的輔助負(fù)載使得期望的發(fā)動(dòng)機(jī)速度發(fā)生變化。
圖3是用于抑制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的示例系統(tǒng)60的示意框圖。系統(tǒng)60可以用于實(shí)現(xiàn)圖2所示的用于抑制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的方法。系統(tǒng)60與發(fā)動(dòng)機(jī)10耦合，該發(fā)動(dòng)機(jī)可以是壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)，例如圖1中的發(fā)動(dòng)機(jī)10。系統(tǒng)60通常包括燃料供應(yīng)裝置62、燃料運(yùn)送機(jī)構(gòu)64、燃料噴射定時(shí)控制裝置66和這里進(jìn)一步討論的多個(gè)傳感裝置。系統(tǒng)60可以集成在燃料噴射系統(tǒng)中，或與發(fā)動(dòng)機(jī)10的現(xiàn)有燃料噴射系統(tǒng)一起來(lái)實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)60相關(guān)于布置為與發(fā)動(dòng)機(jī)10通信的發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥70而運(yùn)轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥70由操作員利用，表示可能要求發(fā)動(dòng)機(jī)10的速度和/或負(fù)荷變化的所命令的速度。通過(guò)移動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥，操作員可以表示希望改變速度而從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)條件變換到另一個(gè)。同樣，操作員可以通過(guò)手動(dòng)地重新定位節(jié)流閥，表示希望改變發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷而從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷條件變換到另一個(gè)。所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和/或負(fù)荷也可以用自動(dòng)裝置選擇，該自動(dòng)裝置可以執(zhí)行控制發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)置程序。向負(fù)載裝置提供節(jié)流閥選擇信號(hào)82，該負(fù)載裝置例如是與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械耦合的交流發(fā)電機(jī)，以便對(duì)應(yīng)于所選擇的節(jié)流閥位置產(chǎn)生期望的發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥位置和變化傳感裝置68檢測(cè)表示選擇所命令的速度和/或負(fù)荷從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)變換到另一個(gè)的、發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥70的位置和變化。實(shí)際速度傳感裝置76檢測(cè)與發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥70的定位有關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)速度(發(fā)動(dòng)機(jī)RPM)。實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)RPM由實(shí)際速度傳感裝置76利用與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)曲軸或凸輪軸耦合的定時(shí)信號(hào)發(fā)生器(未示出)確定。
加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)檢測(cè)裝置72使用來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥位置和移動(dòng)傳感裝置68的輸入來(lái)檢測(cè)加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)模式。瞬時(shí)檢測(cè)裝置72也可以使用來(lái)自實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感裝置76的輸入來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)是否經(jīng)歷了加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)模式。例如，如果所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)RPM高于實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)RPM一個(gè)預(yù)定的閾值，則存在加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)模式。這可以發(fā)生在沒(méi)有改變發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥位置就接通輔助裝置(例如壓縮機(jī))時(shí)。繼續(xù)當(dāng)前的例子，加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)檢測(cè)裝置72然后向燃料噴射定時(shí)控制裝置66發(fā)送適當(dāng)?shù)男盘?hào)，以提前噴射定時(shí)來(lái)適應(yīng)加速瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)條件。噴射定時(shí)變化的程度可以取決于加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)的強(qiáng)度，并可以隨不同的瞬時(shí)模式而不同。
控制裝置66可以包括存儲(chǔ)裝置(未示出)，其存儲(chǔ)包含期望噴射定時(shí)數(shù)據(jù)的一系列查找表。控制裝置66可以用微處理器、編程邏輯陣列(PLA)或其它公知裝置實(shí)現(xiàn)。查找表中的噴射定時(shí)數(shù)據(jù)可以對(duì)應(yīng)于諸如穩(wěn)定狀態(tài)或瞬時(shí)模式的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式，以及諸如發(fā)動(dòng)機(jī)速度和每次噴射的燃料量的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)?？刂蒲b置可以包括不同的噴射定時(shí)數(shù)據(jù)，用于由節(jié)流閥70的位置限定的不同瞬時(shí)和穩(wěn)定狀態(tài)模式。控制裝置66也可以包括預(yù)編程的算法，使用查找定時(shí)表為特定的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)和瞬時(shí)速度-負(fù)荷條件確定最佳定時(shí)。
再參考圖3，穩(wěn)定狀態(tài)定義和檢測(cè)裝置78檢測(cè)是否在瞬時(shí)模式后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)條件。可以通過(guò)將實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和/或負(fù)荷與所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和/或負(fù)荷比較、并確定其差別在預(yù)定的界限之下來(lái)確定穩(wěn)定狀態(tài)條件?；蛘撸梢酝ㄟ^(guò)檢測(cè)在加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)檢測(cè)之后的預(yù)定時(shí)間流逝的結(jié)束來(lái)確定穩(wěn)定狀態(tài)條件。在本實(shí)施例中，穩(wěn)定狀態(tài)定義和檢測(cè)裝置78包括測(cè)量流逝時(shí)間的定時(shí)器。該預(yù)定時(shí)間可以隨加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)的強(qiáng)度而變化。例如，在高度加速之后可能需要更多時(shí)間來(lái)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。另一種用于檢測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)條件的技術(shù)是，監(jiān)控燃料運(yùn)送的變化率，并檢測(cè)該變化率低于一界限值時(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)條件。一旦檢測(cè)到穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)條件，控制裝置66可以利用包含穩(wěn)定狀態(tài)噴射定時(shí)數(shù)據(jù)的查找表并進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜剂蠂娚?，以達(dá)到期望的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)和性能。
圖4是用于抑制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的示例系統(tǒng)80的示意框圖。如圖4所示，不監(jiān)控節(jié)流閥的位置變化。發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥70提供所命令的速度，實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感裝置76提供實(shí)際的速度。如上所述，如果所命令的速度超過(guò)實(shí)際速度一閾值，則檢測(cè)到加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)模式。發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)傳感器90向加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)檢測(cè)裝置72提供一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)。根據(jù)所命令的速度/實(shí)際速度差和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)檢測(cè)裝置72判定是否存在加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)。盡管作為單獨(dú)部件示出，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)傳感器90可以對(duì)應(yīng)于實(shí)際速度傳感裝置76，或是燃料系統(tǒng)的一部分或其它一些子系統(tǒng)。
參考圖5，本發(fā)明的實(shí)施例以圖形方式顯示在表示燃料噴射定時(shí)和燃燒之間關(guān)系的200中。單個(gè)噴射器的動(dòng)作按照與各個(gè)活塞的上止點(diǎn)(TDC)有關(guān)的曲柄角示出。噴射器的動(dòng)作由用于穩(wěn)定狀態(tài)條件的線203和由用于加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)模式的線204代表。類似地，在氣缸中釋放的熱量按照與TDC有關(guān)的曲柄角示出，并由用于穩(wěn)定狀態(tài)條件的線207和用于加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)模式的線204代表。曲線204和208代表本發(fā)明實(shí)施例提供的較早定時(shí)，以關(guān)于TDC產(chǎn)生較早的熱量釋放，并排除較晚燃燒，從而排除煤煙和微粒排放。
在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，控制裝置66接收來(lái)自上述各種傳感器的輸入。當(dāng)控制裝置66確定穩(wěn)定狀態(tài)條件存在時(shí)，控制裝置66指示燃料運(yùn)送機(jī)構(gòu)64遵循線203，并產(chǎn)生遵循線207的熱量釋放。當(dāng)控制裝置66確定存在加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)模式時(shí)，控制裝置66調(diào)整燃料噴射定時(shí)，以便遵循線204例如產(chǎn)生遵循線208的熱量釋放。在定時(shí)沒(méi)有提前的情況下，燃料噴射點(diǎn)火由線202代表，相應(yīng)的熱量釋放以線206示出。通過(guò)改變定時(shí)，減緩了較晚燃燒、煤煙產(chǎn)生和微粒排放?？刂蒲b置66連續(xù)地監(jiān)控傳感器輸入，以確定任何與穩(wěn)定狀態(tài)條件有關(guān)的加速或負(fù)荷增加瞬時(shí)模式的存在和/或幅度，并根據(jù)檢測(cè)和感知的運(yùn)轉(zhuǎn)模式校正燃料噴射定時(shí)。當(dāng)達(dá)到并檢測(cè)到穩(wěn)定狀態(tài)條件時(shí)，控制裝置66將燃料噴射定時(shí)返回到線203和207所代表的穩(wěn)定狀態(tài)條件。
雖然參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以做出各種修改，并用等價(jià)物代替其元件。另外，在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下，可以進(jìn)行大量更改以使特定情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的宗旨。因此，本發(fā)明不限定為所公開(kāi)的用于實(shí)施本發(fā)明的特定實(shí)施例，而是包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于控制在鐵路機(jī)車的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中的燃料噴射定時(shí)的方法，該鐵路機(jī)車可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度和功率的不連續(xù)節(jié)流閥凹口來(lái)操作，并經(jīng)歷負(fù)荷瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)模式，其中施加到發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的負(fù)載增加而在發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥凹口(70)中沒(méi)有增加，所述方法包括監(jiān)控表示對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥凹口(70)的所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的參數(shù)；發(fā)送代表所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)；監(jiān)控表示實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的參數(shù)；發(fā)送代表實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)；響應(yīng)于代表所命令的和實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)，檢測(cè)所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)速度何時(shí)超過(guò)實(shí)際速度，以建立負(fù)荷瞬時(shí)模式；以及響應(yīng)于檢測(cè)負(fù)荷瞬時(shí)模式，根據(jù)預(yù)定的定時(shí)計(jì)劃提前發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的燃料噴射定時(shí)，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述燃料噴射定時(shí)提前隨著所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度和實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度之間的差別幅度而增加。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定定時(shí)計(jì)劃包括多個(gè)定時(shí)計(jì)劃。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度和實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)速度之間的差別幅度必須在提前燃料噴射定時(shí)之前超過(guò)預(yù)定數(shù)量。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在增加所述發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的負(fù)荷之后的預(yù)定時(shí)刻，將所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)速度與實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)速度進(jìn)行比較。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度增加到所命令的速度時(shí)，減少所述燃料噴射定時(shí)的提前。
7.一種用于控制在鐵路機(jī)車的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中的燃料噴射定時(shí)的方法，該鐵路機(jī)車可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度和功率的不連續(xù)凹口來(lái)操作，并經(jīng)歷其中增加發(fā)動(dòng)機(jī)凹口(70)的發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)模式，所述方法包括監(jiān)控表示對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流凹口(70)的所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的參數(shù)；發(fā)送代表所命令的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)；監(jiān)控表示發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)速度的參數(shù)；發(fā)送代表該實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)；響應(yīng)于代表所命令的和實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)，檢測(cè)所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)速度何時(shí)超過(guò)實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)速度，以建立發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)模式；在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)模式期間，當(dāng)其響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥位置的增加時(shí)，監(jiān)控表示發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的運(yùn)轉(zhuǎn)的參數(shù)，以檢測(cè)在該發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)模式期間發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的變化；發(fā)送代表發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)變化的數(shù)據(jù)；以及響應(yīng)于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)模式和檢測(cè)在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)模式期間的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)變化，根據(jù)預(yù)定的定時(shí)計(jì)劃提前發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的燃料噴射定時(shí)，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中在建立發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)模式之前，所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)速度超過(guò)實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)速度一預(yù)定量。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中在增加發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥凹口之后的預(yù)定時(shí)刻，將所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)速度與實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)速度進(jìn)行比較。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述燃料噴射定時(shí)的提前程度隨著所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度和實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)速度之間的差別幅度而增加。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述預(yù)定定時(shí)計(jì)劃包括多個(gè)定時(shí)計(jì)劃。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述機(jī)車包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置(66)，所述監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的運(yùn)轉(zhuǎn)包括監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置(66)發(fā)送的數(shù)據(jù)，以在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)模式期間改變發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中由發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置(66)發(fā)送的數(shù)據(jù)控制噴射到所述發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的燃料量。
14.如權(quán)利要求7所述的方法，其中監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的運(yùn)轉(zhuǎn)包括在發(fā)動(dòng)機(jī)加速瞬時(shí)模式期間監(jiān)控實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的增加。
15.如權(quán)利要求7所述的方法，其中在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度增加到所命令的速度時(shí)，減少所述燃料噴射定時(shí)的提前。
全文摘要
一種在包括至少一個(gè)氣缸的壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中控制燃料噴射定時(shí)的方法。該方法包括監(jiān)控表示對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥凹口(70)的所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的參數(shù)，并監(jiān)控表示實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的參數(shù)。當(dāng)所命令的發(fā)動(dòng)機(jī)速度超過(guò)實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)速度時(shí)，提前發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的燃料噴射定時(shí)，以減少排放。
文檔編號(hào)F02D41/40GK1699737SQ200410045858
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2004年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月20日
發(fā)明者陳工, 貝特蘭德·D·休, 羅伯特·D·克里爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司