專利名稱：內(nèi)燃機(jī)燃燒室中可燃空氣燃料混合物的控制方法
內(nèi)燃機(jī)燃燒室中可燃空氣 燃料混合物的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于在外部混合構(gòu)造的可點(diǎn)火的內(nèi)燃機(jī)燃燒室中，控制可燃空氣 ——燃料混合物配比的方法。本發(fā)明進(jìn)一步涉及實(shí)施這一方法的設(shè)備。
燃燒室中可燃燒空氣——燃料混合的配比對(duì)燃料消耗以及排出煤氣中的污 染物含量是決定性重要的?；旌蠘?gòu)造的精確控制是非常重要的，特別是內(nèi)燃機(jī)朝 貧質(zhì)運(yùn)行時(shí)。下面燃料計(jì)量方法是已知的，且可用于有外部混合構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)。
燃料計(jì)量可采用氣缸選擇法。每個(gè)氣缸通過單獨(dú)的進(jìn)氣管道供給燃料，控 制進(jìn)氣閥的開閉可控制燃料注入值。進(jìn)氣閥只有兩個(gè)位置"閥全開"和"閥全閉"， 燃料注入值通常是這兩種位置轉(zhuǎn)換的函數(shù)。只要控制打開的時(shí)間期限就可改變注 入的燃料量。如果希望的話，還可控制進(jìn)氣閥打開位置的時(shí)間與進(jìn)氣閥固有打開 的時(shí)間的比例，其結(jié)果可迅速響應(yīng)燃料量改變的要求，也就是系統(tǒng)工作有高的動(dòng) 態(tài)響應(yīng)。由于進(jìn)入氣缸的混合物量是活塞運(yùn)動(dòng)的函數(shù)，而活塞運(yùn)動(dòng)由曲軸設(shè)計(jì)預(yù) 先確定，在恒定負(fù)荷下燃料量流保持常數(shù)，但在燃燒室內(nèi)部可導(dǎo)致相對(duì)不均勻的 混合配比。在貧質(zhì)運(yùn)行極限時(shí)，在氣缸平均有效壓力方面會(huì)產(chǎn)生特別大的標(biāo)準(zhǔn)方 差和特別高的NOx氣體釋放。
在其它燃量計(jì)量方法中，燃料計(jì)量采用對(duì)所有氣缸集中遙測(cè)，相對(duì)遠(yuǎn)離內(nèi) 在的進(jìn)氣閥。當(dāng)然在燃料計(jì)量位置與進(jìn)氣閥之間存在一緩沖室，借此可達(dá)到進(jìn)入 的空氣——燃料混合物有良好的均勻性，但在動(dòng)態(tài)性能方面，由于燃料計(jì)量位置 和進(jìn)氣閥之間有長(zhǎng)的通路而受到限制，也就是，進(jìn)入的空氣——燃料混合的配比 根據(jù)不同的要求來(lái)調(diào)整有一定的滯后。
本發(fā)明的目的是提供一種可能性，對(duì)有外部混合構(gòu)造的可點(diǎn)火的內(nèi)燃機(jī)燃 燒室中可燃空氣——燃料混合物的配比能盡可能精確和/或盡可能快的適應(yīng)變化 的要求。
本發(fā)明目的的第1種方案是按權(quán)利要求1的方法實(shí)現(xiàn)的。 權(quán)利要求2至5是確認(rèn)所發(fā)明方法進(jìn)一步改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明目標(biāo)的進(jìn)一步方案是權(quán)利要求6的裝置，它進(jìn)一步通過具有權(quán)利要
求4至12的許多特征而被改進(jìn)。
本發(fā)明特別適合于增壓燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，也就是采用壓縮新鮮空氣和/或新鮮空 氣與燃料壓縮混合物的發(fā)動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明以示范方式作解釋，并借助下面的原理圖作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
在圖中
圖l是一個(gè)有創(chuàng)意的、多氣缸、往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)的原理圖。
圖2是按

圖1的內(nèi)燃機(jī)采用的控制閥的原理截面。
按圖l，示范說明的，往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)包括排成一行的6個(gè)氣缸4，每個(gè) 氣缸都有兩個(gè)進(jìn)氣閥(圖中未標(biāo)出)，氣缸由公共的曲軸操作，以及一個(gè)圖中未 標(biāo)明的排氣閥。
根據(jù)圖1，左側(cè)的三個(gè)氣缸4排氣導(dǎo)管進(jìn)入第一燃?xì)鉁u輪增壓器8的燃?xì)?渦輪機(jī)中6。根據(jù)圖l，右側(cè)的三個(gè)氣缸4排氣導(dǎo)管進(jìn)入第二燃?xì)鉁u輪增壓器12 的燃?xì)鉁u輪機(jī)10中。
第一導(dǎo)管16連通空氣濾清器14、經(jīng)過第一燃料計(jì)量器18進(jìn)入燃?xì)鉁u輪增 壓器8的增壓渦輪機(jī)20中。增壓渦輪機(jī)20的輸出，經(jīng)第一集氣管22到單獨(dú)的 進(jìn)氣管24，再經(jīng)各自的控制閥26到各個(gè)氣缸的入口；進(jìn)氣閥27通常為盤式閥 和/或作為壓力改變閥以已知方式在氣缸中工作。
另一導(dǎo)管28連通空氣濾清器14通過另一燃料計(jì)量器30進(jìn)入燃?xì)鉁u輪增壓 器12的增壓渦輪機(jī)22中。增壓渦輪機(jī)的輸出32經(jīng)另一集氣管34、到單獨(dú)的進(jìn) 氣管36,再經(jīng)各自進(jìn)氣的控制閥38到在各個(gè)氣缸4中工作的進(jìn)氣閥39。
燃料計(jì)量閥40和42由各個(gè)燃料計(jì)量器18和30分別控制，供有新鮮空氣 (它也流經(jīng)燃料計(jì)量器)的燃料分別由閥40和42控制，其數(shù)量取決于空氣流的 速率。這樣，預(yù)定空氣——燃料比例的氣流分別進(jìn)入各自的燃量計(jì)量器18、 30。 這種燃料計(jì)量器通常是已知的，在這里不作解釋。測(cè)量空氣流速率(定量的流速) 并控制各自的燃料計(jì)量閥40、 42，這樣就測(cè)得相應(yīng)的燃料量。這與預(yù)定的空氣 流速率和維持空氣和燃料質(zhì)量比例有關(guān)。各個(gè)燃料計(jì)量器18、 30與各自的導(dǎo)管 16、 28—起構(gòu)成混合形成裝置以產(chǎn)生混合氣體供給各自的增壓渦輪機(jī)20、 32， 然后進(jìn)入各自的集氣管22和34。用控制各自增壓渦輪機(jī)上游的燃料計(jì)量器，使 在增壓渦輪機(jī)內(nèi)發(fā)生的混合非常均勻，同時(shí)，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在增壓渦輪機(jī)內(nèi)靠 脈沖式的一系列打開各自增壓渦輪機(jī)下游，上游的進(jìn)氣閥，使均勻的混合物流量 平穩(wěn)。。
空氣一燃料混合物進(jìn)入氣缸4的控制和/或調(diào)節(jié)通過兩個(gè)燃料計(jì)量器18、30, 加入可變的新鮮空氣燃料量來(lái)實(shí)現(xiàn)，并使，例如，富質(zhì)混合物出現(xiàn)在集氣管22 中，而貧質(zhì)混合物出現(xiàn)在集氣管34中。例如富質(zhì)混合物的空氣對(duì)燃料的比例 為理想配比的0.9，而貧質(zhì)空氣——燃料混合物的比例是配比的1.1。富質(zhì)混合物 至少要與傳動(dòng)所必須的最富混合物一樣；貧質(zhì)空氣——燃料比例至少與運(yùn)行所必 須的最貧混合物一樣。 —
氣缸內(nèi)部空氣——燃料比例的調(diào)節(jié)用控制閥26、 38來(lái)實(shí)現(xiàn)，它分別直接裝 在進(jìn)氣闊27、 39的前方，并且確定了一個(gè)行程期間進(jìn)入氣缸的空氣——燃油混 合物的定量比例總量尤其是總量。如果流入的總量是相同的，則氣缸中空氣—— 燃料的比例在所描述的例子中為1，如果僅是富質(zhì)混合物流，則比例為0.9;如 果僅是貧質(zhì)混合物流，則比例為l.l。
一個(gè)電子控制裝置44用來(lái)控制燃料計(jì)量閥40和42以及控制閥26和28; 電子控制裝置44包括一微處理器，該微處理器具有已知的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器。電子控制裝置的輸入46與供給氣缸的空氣——燃料混合物的總量及配比 相關(guān)的信號(hào)傳感器相連。由這些產(chǎn)生在輸出端48的輸出信號(hào)操縱燃料計(jì)量閥40、 42和控制閥26、 28,其中以氣缸選擇方式完成控制閥的操縱。
燃料計(jì)量閥40、 42以及控制閥26、 38的操縱方式是可控或是可調(diào)的，這 通過將從排氣傳感器48、 50來(lái)的供給信號(hào)反饋到控制裝置44的輸入端46的方 法來(lái)實(shí)現(xiàn)，由排氣傳感器確定，例如，所排煤氣中氧成份。
在解釋的例子中，直接鄰接燃燒室的通用進(jìn)氣閥，可用純機(jī)械方式由曲軸 通過一凸輪軸，如果希望的話還可以通過相位控制器來(lái)操縱。進(jìn)氣閥的打開時(shí)間 和行程范圍不會(huì)隨負(fù)荷而改變，但如果希望的話，僅隨相對(duì)于曲軸的相位而移動(dòng)。
控制閥26、 28的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)上它的打開時(shí)間點(diǎn)和關(guān)閉時(shí)間點(diǎn)，如果希望的 話，還有它的打開行程范圍都可自由控制。圖2為一個(gè)示意的控制閥26和38 相應(yīng)的剖面。
單個(gè)的氣缸輸入管道24、 36分別連通包括分隔墻70的氣缸，分隔墻沿進(jìn)
氣管的縱向截面呈彎曲型。示例中分隔墻70上的4個(gè)開式閥座72形成與圖示的 進(jìn)氣管軸向垂直。閥組作為整體來(lái)標(biāo)注74，橫向延伸通過輸入管道和開式閥座， 閥組74，包括軸76和圍繞軸76并緊固其上的盤78。圖2中閥處于打開位置， 這種排列使最上面的盤以及從上面數(shù)第3個(gè)盤78從進(jìn)氣流通過進(jìn)氣管看，位于 開式閥座72的下游；其余兩個(gè)盤78位于相應(yīng)的開式閥座72的上游。盤78的直 徑與開式閥座72接近，所以當(dāng)軸76與盤78—起按圖2移動(dòng)時(shí)閥被關(guān)閉，換句 話說，盤位于開式閥座72內(nèi)。盤78優(yōu)選采用氣動(dòng)方式。
軸76包括進(jìn)氣管外側(cè)的用于操縱控制閥的圓柱形氣缸延伸部分80,裝在 延伸部份80內(nèi)部的線圈82，該線圈82被電磁鐵84包容，該電磁鐵84置于進(jìn) 氣管上的外罩86內(nèi)。
軸76的縱向位移由進(jìn)氣管中的襯套88導(dǎo)向。圓柱形延伸部分80的設(shè)計(jì)使 軸76和/或閥組74的行程移動(dòng)， 一側(cè)受進(jìn)氣管輸出側(cè)的支座限制，而另一側(cè)受 鷙入進(jìn)氣管的外罩86延伸部分的支座限制。
彈簧90推動(dòng)闊組74到打開位置。
所述的控制闊功能如下
線圈82與控制裝置44相連。由彈簧卯力使閥處于常開位置。給線圈82 施加電流后，按圖2，閥組將向上移動(dòng)到一個(gè)位置，此時(shí)盤78位于開式閥座72 內(nèi)并關(guān)閉開式閥座72。顯然，閥在關(guān)閉位置，例如當(dāng)閥的左側(cè)正壓力占優(yōu)勢(shì)， 正壓力作用于最上面及從最上面數(shù)的第3個(gè)盤，使閥組向下壓；而正壓力作用于 最下面及從最下面數(shù)的第3個(gè)盤時(shí)，使閥組向上壓，因此，作為整體的闊組不受 與壓力差無(wú)關(guān)的力的影響。
所述的閥具有的優(yōu)點(diǎn)是它以非尋常的快速方式從關(guān)閉位置進(jìn)入打開位置， 反之亦然，所以以最大限度低的電流損耗，實(shí)現(xiàn)精確同步控制。
根據(jù)優(yōu)選的示意實(shí)施例，軸76與位置軌跡傳感器91 一起作用，提供關(guān)于 軸76及盤78的精確瞬時(shí)位置的信息?？刂蒲b置44調(diào)節(jié)流過線圈82的電流，這 樣在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)上使閥體76、 78的實(shí)際位置與目標(biāo)位置相對(duì)應(yīng)。目標(biāo)位置由控 制裝置來(lái)編程和預(yù)定。其結(jié)果，不僅控制閥打開時(shí)間點(diǎn)和閉合時(shí)間點(diǎn)，而且它的 行程范圍都可被自由控制。
當(dāng)流程氣缸的混合物總量由控制閥(件號(hào)26和38)的行程控制，且閥的 打開時(shí)間點(diǎn)和關(guān)閉時(shí)間點(diǎn)是相同的，在燃燒室可得到混合物特別均勻的配比。當(dāng) 流量受到控制閥的發(fā)動(dòng)機(jī)閥同步影響時(shí)，可使貧質(zhì)混合物在富質(zhì)混合物之前的瞬 時(shí)流入，達(dá)到更高度的分層加料的效果。
所述控制閥在歐洲專利N0 1 236 875B1中公開。它不僅可用于控制數(shù)量及 燃燒室中混合物的配比，而且通過使用該專利中描述的部分負(fù)載諧振裝料法，也 可進(jìn)一歩減少在部分負(fù)載范圍內(nèi)的裝料改變的損失。
本發(fā)明可通過不同方式來(lái)變化。
例如渦輪增壓器不是必要的，本發(fā)明也可用于自然吸氣的發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)渦 輪發(fā)動(dòng)機(jī)，兩個(gè)渦輪增壓器可由一個(gè)公共的燃?xì)鉁u輪機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，內(nèi)燃機(jī)排出 的全部煤氣都流入該燃?xì)忮佪啓C(jī)。進(jìn)一步，也可使用外部提供動(dòng)力的增壓器。
控制閥26、 38也不是必需的。流經(jīng)氣缸的混合物總量和配比的控制也可由 進(jìn)氣閥27、 39的相應(yīng)設(shè)計(jì)來(lái)完成，進(jìn)氣閥直接鄰近燃燒室。進(jìn)一步，也可用節(jié) 流閥來(lái)代替控制閥，節(jié)流閥裝在單個(gè)的氣缸進(jìn)氣管道內(nèi)，并以合適的方式來(lái)打開 該節(jié)流闊。并且也不必需采用單個(gè)的節(jié)流閥，它們都可被導(dǎo)管16和28中的節(jié)流 閥來(lái)取代。
控制閥也可有不同于上述的結(jié)構(gòu)。例如，它們可以采用旋轉(zhuǎn)盤形閥，其打 開的橫截面可由步進(jìn)電機(jī)改變其開始打開、開始關(guān)閉以及打開的橫截面來(lái)調(diào)節(jié)。
運(yùn)行期間集氣管22和34中的混合物配比可以改變。例如，貧質(zhì)混合物可 以設(shè)定為無(wú)限的貧(燃油計(jì)量為0),因而有可能在進(jìn)氣的第1階段期間合適的 設(shè)置控制閥的發(fā)動(dòng)機(jī)閥同步。此時(shí)兩進(jìn)氣閥重疊，把氣缸燃燒室與單個(gè)氣缸進(jìn)氣 管連接，以供給純空氣；然后引導(dǎo)混合物通過其它的進(jìn)氣管進(jìn)入氣缸。其結(jié)果可 防止在主閥的閥重疊期間，混合物的過流和/或燃料進(jìn)入排氣管道。
總之，本發(fā)明為改善工作性能如轉(zhuǎn)矩開發(fā)、動(dòng)力開發(fā)、運(yùn)行效率及排出 煤氣的質(zhì)量，提供了多種可能性。本發(fā)明特別適合于使用燃燒氣體通過燃料計(jì)量 閥40和42供給的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。
件號(hào)清單 4 氣缸
6 燃?xì)鉁u輪機(jī)
8 燃?xì)鉁u輪增壓器
10 燃?xì)鉁u輪機(jī)
12 燃?xì)鉁u輪增壓器
14 空氣濾清器
16 導(dǎo)管
18 燃料計(jì)量器
20 增壓渦輪機(jī)
22 集氣管
24 單個(gè)的氣缸進(jìn)氣管
26 控制閥
27 進(jìn)氣閥
28 導(dǎo)管
30 燃料計(jì)量器
32 增壓渦輪機(jī)
34 集氣管
36 單個(gè)的氣缸進(jìn)氣管
38 控制閥
39 進(jìn)氣闊
40 燃料計(jì)量閥 42 燃料計(jì)量闊 44 電子控制裝置 46 輸入
48 輸出
70 分隔墻
72 開式闊座
74 閥組
76 軸
78 盤
80 延伸部分
82 線圈
84 電磁鐵
86 外罩
88 襯套
90 彈簧
91 位置軌跡傳感器
權(quán)利要求
1、在有外部混合構(gòu)造的可點(diǎn)火的內(nèi)燃機(jī)燃燒室中，控制可燃空氣——燃料混合物配比的方法，使混合物符合預(yù)定的配比，其中——至少產(chǎn)生兩種包含空氣的射流，至少其中之一是空氣——燃料混合物；——射流供給到燃燒室；——射流總量的比例被控制，使其總的配比符合預(yù)定的配比。
2、 依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中供給燃燒室的射流總量的控制首先在它進(jìn) 入燃燒室入口前。
3、 依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中供給燃燒室的射流總量的控制就在它進(jìn)入 燃燒室的入口處。
4、 依據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法， 一種射流是富質(zhì)空氣——燃料混合物， 而另一種射流是貧質(zhì)空氣——燃料混合物；其中富質(zhì)空氣——燃料混合物其燃料 成份高于預(yù)定配比的混合物，而貧質(zhì)空氣——燃料混合物其燃料成份低于預(yù)定配 比的混合物。
5、 依據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)方法，其中在某個(gè)時(shí)間周期內(nèi)，有一種 射流是無(wú)燃料的，且是供給燃燒室唯一的射流，此時(shí)，燃燒室至少有一個(gè)進(jìn)氣閥 和一個(gè)排氣閥是同時(shí)開啟的。
6、 依據(jù)權(quán)利要求1至5之一的方法，其中混有空氣的燃料是可燃的煤氣。 7、在有外部混合構(gòu)造的可點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)燃燒室中，實(shí)現(xiàn)控制可燃空氣——燃料混合物配比，使混合物有預(yù)定配比的設(shè)備，包括——第l用以產(chǎn)生富質(zhì)混合物的混合物產(chǎn)生裝置(16、 18、 40);——第2用以產(chǎn)生貧質(zhì)混合物的混合物產(chǎn)生裝置(28、 30、 42);——其中都是向新鮮空氣中加入燃料產(chǎn)生供給內(nèi)燃機(jī)的兩種混合物，富質(zhì)混 合物比預(yù)定配比的混合物有較高的燃料比例，而貧質(zhì)混合物比預(yù)定配比的混合物 有較低的燃料比例；——第1裝置(22、 24)將富質(zhì)混合物通過第1進(jìn)氣管供給內(nèi)燃機(jī)的燃燒室;——第2裝置(34、 36)將貧質(zhì)混合物通過第2進(jìn)氣管供給內(nèi)燃機(jī)的燃燒室;——第1組閥(26、 27)在第1進(jìn)氣管路上工作，控制供給燃燒室的富質(zhì)混 合物的總量；——第2組閥(38、 39)在第2進(jìn)氣管路上工作，控制供給燃燒室的貧質(zhì) 混合物的總量；——控制各組閥的控制裝置(44)控制進(jìn)入燃燒室的富質(zhì)混合物和貧質(zhì)混合 物總量的和，使混合物達(dá)到預(yù)定的配比。
7.
8、 依據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其中燃燒室包括多個(gè)氣缸(4)及兩個(gè)進(jìn)氣側(cè)的 集氣管(22、 34)，其中一個(gè)用于供給富質(zhì)混合物，另一個(gè)用于供給貧質(zhì)混合物， 各個(gè)集氣管通過單獨(dú)的進(jìn)氣管(24、 36)與氣缸的一個(gè)進(jìn)氣管相連。
9、 依據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其中每組閥都包括一個(gè)直接鄰接燃燒 室的進(jìn)氣閥(27、 39)和一個(gè)控制閥(26、 38)，該控制閥與進(jìn)氣閥無(wú)關(guān)，控制 閥的打開時(shí)間和/或它的關(guān)閉時(shí)間，和/或它打開的橫截面都是可控的。
10、 依據(jù)權(quán)利要求7或8的設(shè)備，其中每組閥都包含有直接鄰接燃燒室的一 個(gè)進(jìn)氣閥(27、 39)，進(jìn)氣閥的打開時(shí)間、閉合時(shí)間以及打開的橫截面是可控的。
11、 依據(jù)權(quán)利要求9或10的設(shè)備，其中供給燃燒室的混合物配比的控制使 可控的各閥(26、 38、 37、 39)有相同的發(fā)動(dòng)機(jī)閥同步和不同的閥行程范圍。
12、 依據(jù)權(quán)利要求9或10的設(shè)備，其中控制進(jìn)入燃燒室的混合物配比使可 控的各閥(26, 38; 27, 39)有不等的發(fā)動(dòng)機(jī)閥同步。
13、 依據(jù)權(quán)利要求7至12之一的設(shè)備，其中每個(gè)混合物產(chǎn)生裝置包括一裝 在壓縮機(jī)(20、 32)上游的燃料計(jì)量器(30、 40)。
14、 依據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其中每個(gè)壓縮機(jī)(20、 32)由一燃?xì)鉁u輪機(jī) 驅(qū)動(dòng)，而燃?xì)鉁u輪機(jī)由內(nèi)燃機(jī)的排出煤氣驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
在有外部混合構(gòu)造的可點(diǎn)火的內(nèi)燃機(jī)燃燒室，控制可燃空氣—燃料混合物配比的方法中，至少有兩種混有空氣的射流產(chǎn)生，其中至少有一種是空氣—燃料混合物，射流供給燃燒室，其中射流的總量比例被控制，使其總的配比符合預(yù)定的配比。
文檔編號(hào)F02D41/00GK101189421SQ200580049385
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
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