專利名稱：發(fā)動機燃料控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及內(nèi)燃機，特別涉及發(fā)動機控制，并且更特別涉及用于內(nèi)燃機的 燃料和點火控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
與溫室氣體相關(guān)的排放物強制性要求以及成本節(jié)約機會正在激發(fā)處理廠(例如 污水沼氣池或垃圾填埋場)的經(jīng)營者安裝使用由他們工廠工藝生產(chǎn)的富含甲烷的垃圾衍 生燃料的發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備。通常，由該設(shè)備生成的熱能和電能在該工廠內(nèi)使用以支持該工藝的執(zhí)行。然而，所 生成的燃料的組分和數(shù)量不能隨時間而可靠地保持穩(wěn)定。因此，當從垃圾衍生燃料獲得的 凈能量不足以完全支撐工廠運行時，這些經(jīng)營者必須在購買所需的補充電能或者將他們的 發(fā)電機或熱電發(fā)電操作切換到管道燃料之間進行選擇。現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了能夠適應(yīng)兩種不同的燃料即僅僅以一種燃料或另一種燃料運行 的發(fā)動機控制系統(tǒng)(例如參見EP0727574B1)。不幸的是，這阻止了該系統(tǒng)通過混合管道燃 料與垃圾衍生燃料來利用管道燃料直接補充垃圾衍生燃料。另外，編號為6，805，107的美國專利揭示了向發(fā)動機供給質(zhì)量變化的燃料以及質(zhì) 量恒定的燃料。然而，質(zhì)量恒定的燃料從兩個單獨的出口供給，這樣就從其中的一個出口提 供恒流量作為基礎(chǔ)流量并且從第二出口提供可調(diào)流。由于通過提供恒流量的恒定質(zhì)量的燃 料，‘107專利的系統(tǒng)不允許使用者完全使用質(zhì)量變化的燃料運行該系統(tǒng)，即使這種質(zhì)量 變化的燃料的質(zhì)量足以向該系統(tǒng)提供能量。已經(jīng)嘗試的另一種解決方案是使用發(fā)動機控制系統(tǒng)外部的混合設(shè)備，該外部設(shè)備 通過混合管道燃料與垃圾衍生燃料來盡力提供恒定的燃料質(zhì)量。關(guān)于該類系統(tǒng)的報告表 明，就高購買成本而言，該類系統(tǒng)的性能和可靠性是非常令人失望的。本發(fā)明涉及優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的改良的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具有可以獨立和單獨地或與其它方面結(jié)合地要求保護并且可授予專利權(quán) 的幾個方面，包括但是并不限于如下方面和實施方式。本發(fā)明的實施方式提供了一種燃料控制系統(tǒng)，該燃料控制系統(tǒng)提供了與發(fā)動機控 制結(jié)合的燃料混合能力，并且可以在維持發(fā)動機功率、廢氣排放和發(fā)動機安全余量的同時， 控制兩種氣體(即垃圾衍生燃料和管道燃料)之間的無限混合和輸送所述混合物，而且不 會增加過多的附加硬件或成本。另外，本發(fā)明的實施方式將使用發(fā)動機的反饋信息來調(diào)節(jié) 或補償燃料混合物來體驗這些前述特征。在一個實施方式中，本發(fā)明提供了 一種動態(tài)地控制從可靠燃料源和不可靠燃料源 向發(fā)動機供給燃料的方法，包括下列步驟確定將要供給發(fā)動機的可靠燃料與不可靠燃料 的燃料混合物的期望外部混合比；并且以可靠燃料與不可靠燃料的燃料混合物的實際混合比向發(fā)動機供給燃料。供給的步驟包括控制從可靠燃料源供給發(fā)動機的燃料的流量的步 驟；和控制從不可靠燃料源供給發(fā)動機的燃料的流量的步驟。在一個實施方式中，本發(fā)明提供了 一種動態(tài)地控制從可靠燃料源和不可靠燃料源 向發(fā)動機供給燃料的方法。所述方法包括下列步驟監(jiān)測發(fā)動機的工作特性；響應(yīng)所述監(jiān) 測的發(fā)動機的工作特性，控制從可靠燃料源在全流量和無流量之間向發(fā)動機的燃料的流 量；以及響應(yīng)所述監(jiān)測的發(fā)動機的工作特性，控制從不可靠燃料源在全流量和無流量之間 向發(fā)動機的燃料的流量。在另一個實施方式中，本發(fā)明提供了一種用于從變組分燃料源和恒組分燃料源向 發(fā)動機可選擇地供給燃料的動態(tài)發(fā)動機控制系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括第一和第二燃料控制閥和 控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)操作地連接至所述第一和第二燃料控制閥。所述控制系統(tǒng)包括至 少一個發(fā)動機性能傳感器以檢測至少一個發(fā)動機性能參數(shù)。所述控制系統(tǒng)構(gòu)造成基于所述 檢測的發(fā)動機性能參數(shù)，通過所述第一和第二燃料控制閥調(diào)整流量。結(jié)合附圖并根據(jù)下面的詳細描述，本發(fā)明的其它方面、目標和優(yōu)點將會變得顯而 易見。


附圖包括在說明書中并且成為說明書的一部分，附圖顯示了本發(fā)明的幾個方面并 且與本發(fā)明的具體實施方式
的描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1是顯示本發(fā)明優(yōu)選實施方式的裝置的簡化示意圖；圖2A-B例示了用于控制圖1中裝置的燃料控制系統(tǒng)的控制邏輯的例示流程圖。雖然將結(jié)合特定優(yōu)選實施方式對本發(fā)明進行描述，但是并非意圖將其限于這些實 施方式。與此相反，它意圖覆蓋包括在由所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的 所有可選方案、修改和等同物。
具體實施例方式在圖1中示意地顯示了依照本發(fā)明的實施方式的動力系統(tǒng)100，它可以由當?shù)毓?廠中生成的垃圾衍生燃料或代用燃料或從第三方獲得的燃料來提供動力。垃圾衍生燃料在 此也可以被稱為“免費燃料”、“代用燃料”、“變組分燃料”或“不可靠燃料”，并且通常為源自 生物的燃料，例如甲烷。從第三方來源獲得的燃料也可以被稱為“可靠燃料”、“穩(wěn)定燃料”、 “固定組分燃料”、“固定質(zhì)量”或“管道燃料”，并且通常是礦物燃料，例如液化石油氣或天然 氣。然而，管道燃料可以是已經(jīng)處理成高質(zhì)量標準的生物處理燃料。動力系統(tǒng)100—般包 括內(nèi)燃機102、電子控制系統(tǒng)104、一對燃料控制閥106、108和通常為發(fā)電機110的系統(tǒng)負 載。然而，動力系統(tǒng)100可以用于向除發(fā)電機外的其它負載或機器直接提供動力。電子控制系統(tǒng)104和控制閥106、108形成燃料控制系統(tǒng)，即燃料-發(fā)動機控制系 統(tǒng)，可以用于獨立地控制從兩個單獨的來源流向發(fā)動機102的燃料流。燃料控制系統(tǒng)的至 少一個實施例的主要特征之一是當利用垃圾衍生燃料時，提供用于燃料混合的方法以控制 排放物或輸出功率。如圖所示，燃料控制系統(tǒng)控制流向內(nèi)燃機102的垃圾衍生燃料流(如箭頭112所 示)和管道燃料流(如箭頭114所示)的流量。取決于垃圾衍生燃料或垃圾衍生燃料供給的特性以及內(nèi)燃機102的工作參數(shù)或特性，燃料控制系統(tǒng)可以向發(fā)動機102供給燃料流，該 燃料流可以完全是垃圾衍生燃料、完全是管道燃料或垃圾衍生燃料和管道燃料的調(diào)和物或 混合物。由于管道燃料通常是從第三方供應(yīng)廠商購買的，所以在可能時，如果不能完全使用 垃圾衍生燃料112，也應(yīng)優(yōu)選盡可能多地使用垃圾衍生燃料運行發(fā)動機102。閥106連接到垃圾衍生燃料112的供給線路上并且由電子控制器104可操作地控 制，以便控制流向內(nèi)燃機102的垃圾衍生燃料流的體積。類似地，閥108連接到管道燃料 114的供給線路上并且由電子控制器104可操作地控制，以便控制流向內(nèi)燃機102的管道燃 料流的體積。閥106、108優(yōu)選是電子控制的智能閥，例如當前可以從在Colorado的R)rt Collins 具有主要營業(yè)場所的 Woodward Governor Company 得到的 TecJet 或 Raptor (下 文中稱作TecJet)閥。不同燃料源即管道燃料或垃圾衍生燃料可以使用不同的TecJet閥。 然而，來自不同場所的垃圾衍生燃料，例如來自填埋場的垃圾衍生燃料與來自污水處理廠 的垃圾衍生燃料相比，也可能需要不同的TecJet閥，它們是特別地構(gòu)造成用于各自的燃料 類型的聰明閥。為了進行快速的流量控制調(diào)整，這些閥可以通過CAN通信鏈路與電子控制系統(tǒng) 104進行雙向通信。使用雙向通信鏈路還允許來自閥106、108內(nèi)的數(shù)字致動器的自診斷信 息傳遞至電子控制器104。在此使用的CAN通信通常是CAN J1939，但是也可以是其它的 CAN通信鏈路，例如CAN Open外部通信。在流經(jīng)各自的閥106、108之后，垃圾衍生燃料112和管道燃料114在混合裝置116 處混合。混合裝置可以是歧管或在當燃料朝內(nèi)燃機102移動時連接來自閥106、108的燃料 流的其它結(jié)構(gòu)?；旌涎b置可以包括文丘里結(jié)構(gòu)以便于提高兩種燃料流的混合。然而，混合 裝置可以僅僅是引出閥106、108的燃料管的連接器。在所示實施方式中，如果要進行垃圾 衍生燃料和管道燃料流112、114混合，則應(yīng)在被吸入之前進行。然而，在替代實施例中，每 個流都可以在垃圾衍生燃料112和管道燃料114混合之前具有分離的燃料-空氣混合室。 該替代構(gòu)造允許每個混合器依照各自的燃料性能確定大小和進行構(gòu)造，并且每種燃料的吸 氣不會影響另一種氣體的吸氣。更進一步地，雖然并非在所有實施例中都是必需的，但所示實施方式包括渦輪 117、壓縮機118和中間冷卻器119，以助于提高發(fā)動機輸出功率。可選地，渦輪增壓器升壓 也可以經(jīng)由渦輪旁路或壓縮機旁路節(jié)流進行控制，以優(yōu)化發(fā)動機效率和過載保護。電子控制系統(tǒng)104與用于探測發(fā)電機系統(tǒng)100的各種工作參數(shù)(也被稱作“工作 特性”)的多個傳感器120-1 可操作地連通。傳感器120-1 可以包括用于監(jiān)測進氣歧 管絕對混合物壓力、進氣歧管混合物溫度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、廢氣排放、微粒捕獲壓力、發(fā)動機冷 卻液溫度、發(fā)動機負載和發(fā)動機爆震的傳感器。而且，電子控制系統(tǒng)104可能可操作地連通 如下傳感器，即監(jiān)測關(guān)于垃圾衍生燃料112和管道燃料112的參數(shù)的傳感器，例如監(jiān)測燃料 壓力、燃料溫度、燃料質(zhì)量(它也可以基于CH4%、C02%或BTU值進行計算)、燃料類型或流 速的傳感器。燃料控制系統(tǒng)也可以在任意發(fā)動機負載和轉(zhuǎn)速條件下控制與空氣流有關(guān)的流向 發(fā)動機102的燃料流。同樣地，所示實施方式的電子控制系統(tǒng)104操作地連接至混合物節(jié) 氣門130，即節(jié)流口的形式?；旌衔锕?jié)氣門130可以調(diào)整進入發(fā)動機102的空氣-燃料混合 物的量。
點火功能是由電子控制系統(tǒng)104提供的。電子控制系統(tǒng)104包括微處理器控制的 點火單元132。微處理器控制的點火單元132優(yōu)選是形式為IC-920或IC-922點火模塊的 電容-放電點火系統(tǒng)控制器，且微處理器控制的點火單元132連接至電容放電線圈134。微 處理器控制的點火單元132充當電子控制系統(tǒng)104的電子控制器136在CAN通信鏈路上的 從屬設(shè)備。雖然優(yōu)選使用IC-920或IC-922點火模塊，但是還可以使用其它OEM點火系統(tǒng) 或由發(fā)動機供電的點火系統(tǒng)。然而，利用其它類型的點火系統(tǒng)時，可以使用電容-放電點火 之外的其它類型的線圈。爆震檢測和減弱可以由振動檢測爆震傳感器140提供，振動檢測爆震傳感器140 連通回到形成電子控制系統(tǒng)104的一部分的爆震檢測模塊142。優(yōu)選地，爆震檢測模塊142 的形式為當前也可從Woodward Governor Company獲得的FireFly Detonation Detection Control (螢火蟲爆燃檢測控制器)。同樣，爆燃檢測模塊142通過CAN通信鏈路通信，爆震 檢測模塊將充當電子控制器136在專用CAN鏈路上的從屬設(shè)備。燃料控制系統(tǒng)使用取決于燃料質(zhì)量的定時設(shè)定點，這樣所命令的整體火花定時就 與基于甲烷數(shù)量的發(fā)動機要求一致。用于爆震保護的點火延遲命令是從爆震檢測模塊142接收的并且對其起作用。由 爆震引起的點火延遲動作是由主電子控制器136監(jiān)測/控制的，如果最大定時延遲不能完 全消除爆震，點火延遲動作將起作用以降低發(fā)動機功率。燃料控制系統(tǒng)可以控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速或輸出以及廢氣排放。而且，燃料控制系統(tǒng) 可以基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制火花定時或者基于缺火程度控制火花能量。整體點火定時校準將 是燃料特性。燃料控制系統(tǒng)可以應(yīng)用到任意輸出功率的、自然吸氣或渦輪增壓的多列式、直列 和V型發(fā)動機。燃料控制系統(tǒng)是經(jīng)由PC很容易地進行配置的，并且可以覆蓋包括例如木煤 氣到填埋場燃料到LPG的寬范圍的燃料組分。該系統(tǒng)可以在使用單個類型的燃料(即管道燃料或垃圾衍生燃料)的單燃料模 式或混合燃料模式下運行。在單燃料模式下運行時，具有足夠的BTU熱含量和對于特殊發(fā) 動機的抗爆震特性的任意燃料組分是可行的。在混合模式下運行時，在完全變組分的垃圾 衍生燃料和完全固定組分的管道燃料之間的任意混合也是可行的。不論是在單燃料還是混 合模式中，垃圾衍生燃料質(zhì)量的典型變化在發(fā)動機的正常工作期間是由燃料控制系統(tǒng)補償 的。希望垃圾衍生燃料符合名義上是已知端點之間的甲烷和惰性燃料的二元混合物的標 準。另外，在混合模式中，管道燃料質(zhì)量(BTU熱含量、沃布值和/或組分)越一致，燃料控 制系統(tǒng)越可以基于燃料混合算法更高效地操作。當需要時，提高管道燃料的一致性以改善 電子控制系統(tǒng)104，以便更精確地估算供給發(fā)動機102的燃料混合物的能量含量。燃料控制系統(tǒng)的燃料混合操作允許獨立地控制來自兩個單獨來源的燃料流，同時 維持發(fā)動機轉(zhuǎn)速/負載控制、廢氣排放、爆震和缺火余量，且對于兩種燃料的混合比沒有約 束，只要它們各自的供給壓力和性能保持在發(fā)動機適用的校準限度中即可。如果這些參數(shù) 漂移到校準限度之外，燃料混合系統(tǒng)能夠按照需要自動地調(diào)整混合比(即垃圾衍生燃料與 管道燃料之比)以維持所需要的功率并且繼續(xù)防止爆震和缺火。燃料控制系統(tǒng)可以從內(nèi)燃 機102收集工作特性反饋信息，例如進氣歧管壓力、廢氣排放、輸出功率和發(fā)動機溫度，以 便動態(tài)調(diào)整混合比。通常，已混合燃料質(zhì)量的正常變化在發(fā)動機102的燃料混合操作期間由燃料控制系統(tǒng)基于輸出功率反饋補償。除內(nèi)燃機102的工作特性之外，燃料控制系統(tǒng)可以基于垃圾衍生燃料供給112的 特性控制混合比。如果燃料壓力或燃料性能明顯偏離正常范圍，燃料控制系統(tǒng)實現(xiàn)進一步 的混合比改變。如果有必要的話，燃料控制系統(tǒng)可以降低發(fā)動機功率甚至使發(fā)動機停機。此 外，燃料控制系統(tǒng)可以提供伴發(fā)的報警動作和診斷信息。電子控制系統(tǒng)104可以編程以覆蓋從液化石油氣(LPG)和天然氣到填埋氣和其它 低BTU燃料的寬范圍的燃料組分。燃料控制系統(tǒng)可以如圖所示由多個單獨模塊的組合形成，或者替代地，可以形成 為單個電子控制裝置。更進一步地，此前描述的功能可以是其中燃料系統(tǒng)104由CAN通信 與該第三方系統(tǒng)連通的第三方控制系統(tǒng)的一部分?，F(xiàn)在已經(jīng)介紹了動力系統(tǒng)100的主要結(jié)構(gòu)特征，下面將要描述動力系統(tǒng)特別是燃 料控制系統(tǒng)的操作和特征。圖2A和2B顯示了流程圖，該流程圖一般地顯示了基于各種使用者指定的數(shù)量，例 如期望的或外部輸出功率、期望的或外部混合比、最高輸出功率、最低輸出功率、最低垃圾 衍生燃料使用(或最大管道燃料使用)，的燃料控制系統(tǒng)的潛在控制邏輯。這些數(shù)量僅僅是 可以由操作者在外部確定的各種參數(shù)中的幾個。在理想情況下，燃料控制系統(tǒng)在100%的垃圾衍生燃料而沒有添加任何管道燃料 的混合比下運行。然而，當發(fā)動機的工作參數(shù)，例如爆震、廢氣溫度、廢氣排放、輸出功率、進 氣歧管壓力等變化到容許的預(yù)定范圍之外或者垃圾衍生燃料的供給不足以使發(fā)動機運行 時，燃料控制系統(tǒng)將從該期望的或外部混合比變化到在實際燃料混合物中包括管道燃料， 從而形成實際的混合比。燃料控制系統(tǒng)的正常操作包括遵循由終端使用者輸入的外部命令(即期望的) 功率目標，同時依照從生產(chǎn)垃圾衍生燃料的工廠接收的輸入邏輯和信息消耗垃圾衍生燃料 112和管道燃料114或其中之一的燃料。通常，該輸入邏輯將是燃料控制系統(tǒng)以最低輸出功 率(即控制系統(tǒng)將輸出功率維持在最低輸出功率之上)或最低垃圾衍生燃料使用(即控制 系統(tǒng)將垃圾衍生燃料使用維持在最低垃圾衍生燃料使用之上)操作。在需要時，根據(jù)運行條件，燃料的實際混合可以偏離接收的輸入邏輯。外部混合比 是范圍從全部為管道燃料而沒有垃圾衍生燃料到?jīng)]有管道燃料而全部為垃圾衍生燃料以 及中間的所有混合物的比例值。這是通過對于每種燃料使用專用的閥106、108實現(xiàn)的。每 個閥106、108都對于特定的燃料BTU和可用的燃料壓力確定大小和進行編程。燃料控制系統(tǒng)，尤其是電子控制器136，確定每個閥106、108所需的瞬時質(zhì)量流量 并且命令這些燃料流流向各自的閥106、108。每個閥106、108反過來又進行操作以輸送所 命令的質(zhì)量燃料流。在一些實施方式中，燃料控制系統(tǒng)，尤其是電子控制系統(tǒng)104的電子控制器136， 估算供給到發(fā)動機102的燃料混合物的實際能量含量?；?00%的管道燃料和100%的垃 圾衍生燃料之間的插值，該能量含量用于垃圾衍生燃料調(diào)整點火定時和/或降低負載。該 信息存儲在查找表中。來自電子控制器104的點火控制器的實際點火定時用作電子控制器 104內(nèi)部的總效率查找表的輸入。該估算的能量含量也可以用于補償供給發(fā)動機102的燃 料的實際混合比。CN 102066725 A燃料控制系統(tǒng)連續(xù)地確定基于從工廠接收的輸入邏輯的最終內(nèi)部或?qū)嶋H混合比 或編程的期望混合比(即混合比設(shè)定點)，例如，期望的100%的垃圾衍生燃料的混合比。在 正常情況下，外部或期望混合比與實際或內(nèi)部混合比相同。然而，可能發(fā)生不希望或不能實 現(xiàn)目標的外部混合比的情況。當目標外部混合比為100%或相對較高比例的垃圾衍生燃料 時更可能如此，并且可以是下列的結(jié)果 用于輸送期望BTU值的垃圾衍生燃料的供給壓力不充足(這將導(dǎo)致垃圾衍生燃 料閥106生成“流量未達到”警報)。 垃圾衍生燃料的受監(jiān)測的處理壓力處于或者低于外部命令的最小閥值(該特 征使得工廠防止燃料混合活動耗盡垃圾衍生燃料和/或不利地影響工廠垃圾衍生燃料生 產(chǎn)過程)。 燃料控制系統(tǒng)檢測到的高廢氣溫度(歸因于垃圾衍生燃料的不利的燃燒特性) (該特征是可選特征)。在這些情況下，垃圾衍生燃料112在實際或內(nèi)部混合比中的份額將會在從工廠接 收到的輸入邏輯允許的約束范圍內(nèi)減小為允許依照工廠輸入邏輯而又維持臨界發(fā)動機和 過程參數(shù)處于正常范圍內(nèi)的操作的值。如果混合約束、外部條件和臨界參數(shù)不相容，就會停 機并且生成警報。燃料控制系統(tǒng)提供給終端使用者的期望特征是構(gòu)造使用最小量或完全沒有管道 燃料，達到垃圾衍生燃料可用以滿足期望的輸出功率目標的程度的控制的能力。例如，如果 使用者想要只使用垃圾衍生燃料，終端使用者首先設(shè)定外部或期望的混合比為100%垃圾 衍生燃料。此外，如果100%垃圾衍生燃料不足以提供期望的功率，使用者可以指定最大容 許管道燃料使用率(例如通過設(shè)定混合比輸入為90%垃圾衍生燃料而指定為10% )。下一步是為期望的輸出功率設(shè)定窗口，從而允許燃料控制系統(tǒng)在上(優(yōu)選的)目 標級和下(最低容許)功率級之間調(diào)節(jié)功率。在該構(gòu)造中，燃料控制系統(tǒng)將使用100%的垃 圾衍生燃料、垃圾衍生燃料質(zhì)量和可用性許可把功率維持在上目標級。由于垃圾衍生燃料 112通常是在當?shù)毓S生物生成的，燃料的質(zhì)量或組分的變化會比管道燃料大得多，這會通 過使用垃圾衍生燃料導(dǎo)致所生成的輸出功率產(chǎn)生變化。進一步地，因為垃圾衍生燃料的生 產(chǎn)率會隨時改變，所以工廠可能不能提供足夠的垃圾衍生燃料或終端使用者可能不想使用 太多燃料以至于中斷垃圾衍生燃料生產(chǎn)過程。因此，燃料控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)輸出功率以保 護垃圾衍生燃料生產(chǎn)過程。當由于這些原因之一而不能達到上目標功率時，燃料控制系統(tǒng)將自動減少負載， 從而減少垃圾衍生燃料流量，同時維持混合比為100%。在此情形中，混合比已經(jīng)優(yōu)先于輸 出功率。然而，在該模式中，盡管混合比優(yōu)先于輸出功率，燃料控制系統(tǒng)也不會將功率降低 到低于使用者所指定的最低容許級。相反地，如果有必要的話，管道燃料將添加到垃圾衍生 燃料中以將功率維持在使用者指定的最低級上。在該模式中(即當在使用者輸入目標功率和最低容許功率設(shè)定之間存在差異 時)，只要不可能同時維持目標功率和100% (或目標)混合比，降低功率到使用者指定的 下限將先于降低混合比。該模式對于低于100%的垃圾衍生燃料的期望混合比是可用的，雖 然100%的垃圾衍生燃料通常是使用者的優(yōu)選設(shè)定。也就是說，因為輸出功率的降低是改型 的首要事情，所以維持混合比優(yōu)先于或者先于維持期望的最高輸出功率。
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因此，只要使用者將最低容許或?qū)嶋H輸出功率設(shè)定為期望功率的設(shè)定值或者它之 上，該模式就可以使用和停用。如果期望，它也可以通過調(diào)整程序設(shè)定值或者將上或下負載 輸入值輸入成相同的值(通常通過將兩個值結(jié)合為僅有一個信號)而被永久地停用。還有“功率優(yōu)先”離散輸入。它的目的是允許使用者對可能發(fā)生的不能同時滿足 的最低功率和最大容許管道燃料使用(即預(yù)定的最小量的垃圾衍生燃料使用)指示優(yōu)先選 擇。當使用者選擇功率優(yōu)先為真時(或者，垃圾衍生燃料優(yōu)先為假時)，功率將通過將管道 燃料添加到所指示的最大容許級之上而得到維持，并且將啟動表示這種情況正在發(fā)生的警 報。當功率優(yōu)先為假時(或者，垃圾衍生燃料優(yōu)先為真時)，將遵守最大容許管道燃料極限 值，并且將功率降低到低于最低容許功率輸入，并且生成表示這種情況正在發(fā)生的警報。替 代地，伴隨警報的發(fā)生，可以啟動停機。既然已經(jīng)提供了本發(fā)明燃料控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和操作特征的更一般的說明，下面將 詳述圖2A和2B中所示流程圖的更詳細的說明，其中圖2A和2B顯示了一組由燃料控制系 統(tǒng)實現(xiàn)的控制邏輯以包括這些特征。燃料控制系統(tǒng)在初始塊200處啟動。一旦開始，燃料控制系統(tǒng)就繼續(xù)執(zhí)行判定塊 202，以確定是否已經(jīng)選擇了固定的混合比模式，例如通過確定固定混合比為真。如果確定 了固定混合比為真，接下來確定目標混合比是否小于100%的管道燃料，如判定塊204中 所示。如果控制系統(tǒng)已經(jīng)編程成混合比為不小于100%的管道燃料，燃料控制系統(tǒng)就會以 100%的管道燃料運行，如處理塊206中所示。在該模式中，上文標識的電子控制系統(tǒng)104 將關(guān)閉閥106從而防止來自垃圾衍生燃料112的任何燃料流并且打開控制管道燃料114的 閥 108。返回判定塊204，如果目標混合比小于100%的管道燃料，燃料控制系統(tǒng)將會繼續(xù) 確定發(fā)動機102的實際或內(nèi)部輸出功率是否小于外部的期望輸出功率，如判定塊208中所 示。如果發(fā)動機的實際輸出功率小于期望的輸出功率，則燃料控制系統(tǒng)將確定混合物節(jié)氣 門是否大于75%，如判定塊210中所示。如果混合物節(jié)氣門不大于75%，則燃料控制系統(tǒng) 將繼續(xù)執(zhí)行打開節(jié)氣門以提高功率，如處理塊212中所示。在節(jié)氣門已經(jīng)增大之后，通過返 回到判定塊208重復(fù)該節(jié)氣門分析過程以確定發(fā)動機108的輸出功率是否小于期望的輸出 功率。應(yīng)當指出，75%僅僅用于例示目的。該限值可以依照發(fā)動機性能和燃料規(guī)格由使用 者調(diào)整為更高或更低的值。返回判定塊210，如果混合物節(jié)氣門大于75%，燃料控制系統(tǒng)將繼續(xù)確定發(fā)動機 102的實際輸出功率是否小于預(yù)定的期望最低輸出功率，如判定塊214中所示。如果發(fā)動機 102的實際輸出功率小于預(yù)定的期望最低輸出功率，燃料控制系統(tǒng)將發(fā)送停機請求并且打 開警報以表示未滿足期望的最低輸出功率，如處理塊216中所示。替代地，如果發(fā)動機102 的實際輸出功率不小于最低期望輸出功率(即實際輸出功率大于最低期望輸出功率)，燃 料控制系統(tǒng)將繼續(xù)運行目標混合和調(diào)整的功率，如處理塊218中所示。該調(diào)整的功率將小 于期望的輸出功率；但是將大于預(yù)定的最低期望輸出功率。返回判定塊208，如果發(fā)動機102的實際輸出功率不小于期望的輸出功率(即發(fā)動 機在期望的功率級或之上運轉(zhuǎn))，燃料控制系統(tǒng)將繼續(xù)確定是否達到垃圾衍生燃料112和 管道燃料114之間的期望目標混合比，如判定塊220中所示。如果達到期望的混合比，即在 流程圖中顯示為未達到垃圾衍生燃料112的期望流量為假，燃料控制系統(tǒng)將會運行期望的目標混合比和期望的輸出功率，如處理塊222中所示。當燃料控制系統(tǒng)在如判定塊202中 所初始確定的固定混合比模式中運行的主模式下時，這是期望的運行狀況。優(yōu)選地，該期望 的目標混合比將為100%的垃圾衍生燃料112。替代地，如果燃料控制系統(tǒng)確定未達到期望的混合比，即在判定塊220中顯示為 未達到垃圾衍生燃料流量為真，燃料控制程序?qū)⒗^續(xù)確定預(yù)定的期望最低輸出功率是否小 于預(yù)定的期望輸出功率，如判定塊224中所示。該判定步驟用于確定使用者是否已經(jīng)超過 了此前所述的預(yù)定期望功率范圍的任何使用。如果期望的最低輸出功率小于期望的輸出功 率，這表示使用者已經(jīng)認可低于期望輸出功率的預(yù)定的容許輸出功率范圍，燃料控制系統(tǒng) 將繼續(xù)按照需要降低功率，直至達到期望的混合比或者發(fā)動機102的實際輸出功率等于期 望的最低輸出功率，如處理塊2 中所示。一旦已經(jīng)滿足了這兩個條件之一，燃料控制系統(tǒng) 將確定實際輸出功率是否大于或等于期望的最低功率并且期望的最小量的垃圾衍生燃料 是否用在實際的混合比中(即，已經(jīng)滿足目標混合比)，如判定塊228中所示。如果達到了 這些條件，燃料控制系統(tǒng)將繼續(xù)運行期望的目標混合比和大于或等于預(yù)定的最低功率的調(diào) 整功率，如處理塊218中所示。替代地，如果未滿足判定塊228中的條件或發(fā)動機102的最低期望輸出功率設(shè)定 為高于判定塊224中所確定的期望輸出功率，燃料控制系統(tǒng)將繼續(xù)確定使用者是否已經(jīng)將 燃料控制程序設(shè)定成在功率優(yōu)先模式下操作，這在判定塊230中顯示為功率優(yōu)先為真，或 是在混合比優(yōu)先模式下操作，這將是功率優(yōu)先為假。如果功率優(yōu)先不是真(即使用者已經(jīng) 將燃料控制系統(tǒng)設(shè)定為混合比優(yōu)先模式)，燃料控制系統(tǒng)將繼續(xù)進行以降低發(fā)動機102的 實際輸出功率，直至已經(jīng)達到期望的混合比并且它將啟動警報以向操作者表示未滿足期望 的功率，如處理塊232中所示。替代地，如果功率優(yōu)先已經(jīng)設(shè)定為真(即使用者已經(jīng)確定首先嘗試維持發(fā)動機輸 出功率比維持期望的混合比更重要)，燃料控制系統(tǒng)將繼續(xù)進行以添加附加的管道燃料從 而將發(fā)動機102的實際輸出功率維持在最低期望輸出功率之上或者與之相等，如處理塊 234中所示，并且燃料控制系統(tǒng)將繼續(xù)在最低期望功率和調(diào)整的混合比下運行發(fā)動機102。然而，由于目標混合比并未滿足，如在判定塊202中確定的程序運行模式中初始 確定的那樣，燃料控制系統(tǒng)將開啟警報以向使用者表示期望的目標混合比并未滿足，如處 理塊236中所示。返回判定塊202，如果使用者已經(jīng)對燃料控制系統(tǒng)編程從而在輸出功率模式中運 行，即在判定塊202中顯示固定混合比為假，燃料控制系統(tǒng)將繼續(xù)進行以確定發(fā)動機102是 否提供了小于外部或期望的輸出功率，如判定塊238中所示。如果發(fā)動機的實際輸出功率小于期望的輸出功率，燃料控制系統(tǒng)將確定混合物節(jié) 氣門是否大于75%，如判定塊MO中所示。如果混合物節(jié)氣門不大于75%，然后燃料控制 系統(tǒng)將繼續(xù)進行打開節(jié)氣門以提高功率，如處理塊242中所示。在節(jié)氣門已經(jīng)增大之后，通 過返回至判定塊238重復(fù)該節(jié)氣門分析過程以確定發(fā)動機108的輸出功率是否小于期望的 輸出功率。返回判定塊M0，如果混合物節(jié)氣門大于75%，燃料控制系統(tǒng)將繼續(xù)進行確定發(fā) 動機102的實際輸出功率是否小于預(yù)定的期望最低輸出功率，如判定塊214中所示。如果 發(fā)動機102的實際輸出功率小于預(yù)定的期望最低輸出功率，燃料控制系統(tǒng)將發(fā)送停機請求并且打開警報以表示未滿足期望的最低輸出功率，如處理塊216中所示。替代地，如果發(fā)動機102的實際輸出功率不小于最低期望輸出功率(即實際輸出 功率大于最低期望輸出功率)，燃料控制系統(tǒng)將繼續(xù)運行100%的免費燃料和調(diào)整的功率， 如處理塊2M中所示。該調(diào)整的功率將小于期望的輸出功率；然而，它將大于預(yù)定的最低期 望輸出功率。而且，在功率模式中，初始混合比通常設(shè)定為判定塊202處所確定的100%的 垃圾衍生燃料，由于沒有調(diào)整實際混合比的步驟，混合比將為100%的垃圾衍生燃料。返回判定塊238，如果發(fā)動機102的實際輸出功率不小于期望的輸出功率(即發(fā)動 機在期望的功率級或之上操作)，燃料控制系統(tǒng)將會確定是否達到垃圾衍生燃料112和管 道燃料114之間的期望目標混合比，如判定塊M6中所示。與燃料控制系統(tǒng)在固定的混合比模式下操作的構(gòu)造不同，當燃料控制系統(tǒng)在輸出 功率模式中操作時，如果在判定塊238處滿足期望的輸出功率，并且在判定塊246中確定達 到期望的垃圾衍生燃料流量，燃料控制系統(tǒng)將運行100%的垃圾衍生燃料和期望的輸出功 率，如處理塊M7中所示。之所以發(fā)生100%的垃圾衍生燃料的該操作，是因為燃料控制系 統(tǒng)最初編程為在判定塊202處所確定的輸出功率模式中時最初以100%的垃圾衍生燃料操 作。替代地，如果在判定塊M6中未達到100%的期望混合比，燃料控制系統(tǒng)將繼續(xù)進 行以確定使用者是否已經(jīng)將期望的最低輸出功率設(shè)定成小于期望的功率，如判定塊M8中 所示。如果最低功率已經(jīng)設(shè)定成小于期望的功率，這樣就已經(jīng)輸入了預(yù)定的輸出功率范圍， 燃料控制系統(tǒng)將按照需要降低功率直至達到期望的混合比或者發(fā)動機102的實際輸出功 率等于預(yù)定的最低輸出功率，如處理塊250中所示。一旦已經(jīng)發(fā)生這種情況，燃料控制系統(tǒng) 將繼續(xù)進行以確定實際輸出功率是否大于或等于期望的最低輸出功率并且期望的混合比 是否滿足，如判定塊252中所示。如果已經(jīng)滿足這些要求，燃料控制系統(tǒng)將通過在100%的 垃圾衍生燃料和調(diào)節(jié)功率下運行而進行操作，如處理塊254中所示。替代地，如果在判定塊252中未滿足這些要求或者判定塊M8中最低功率設(shè)定為 大于期望的功率，燃料控制程序?qū)⒗^續(xù)進行以確定是否使用者已經(jīng)使維持輸出功率優(yōu)先于 維持期望的混合比，如判定塊256中所示。如果使用者已經(jīng)將混合比優(yōu)先于輸出功率(即 功率優(yōu)先為假或功率優(yōu)先不為真)，燃料控制程序?qū)⒗^續(xù)進行以降低輸出功率直至滿足期 望的混合比并且開啟警報以表示期望的功率未滿足，如處理塊258中所示。替代地，如果使用者在判定塊256處將維持輸出功率優(yōu)先于維持混合比，燃料控 制系統(tǒng)將按照需要添加管道燃料以維持功率，如處理塊260中所示。然后，燃料控制系統(tǒng)將 繼續(xù)進行以確定實際混合比是否包括大于管道燃料的最大容許量，如判定塊262中所示。 如果實際混合比中的管道燃料量小于或大于管道燃料的最大容許量，燃料控制系統(tǒng)將繼續(xù) 進行在最低容許輸出功率和在調(diào)整的混合比下操作，如處理塊264中所示。替代地，如果維 持最低輸出功率而在混合比中所需的管道燃料的量大于最大容許管道燃料量，燃料控制系 統(tǒng)將會開啟警報以表示已經(jīng)超過管道燃料的量，如處理塊266中所示。然而，因為輸出功率 已經(jīng)被優(yōu)先考慮，所以混合比已經(jīng)落到容許范圍外的事實將不會導(dǎo)致燃料控制系統(tǒng)關(guān)閉發(fā) 動機102。包括在此引用的公布、專利申請和專利在內(nèi)的所有參考文獻都以參引的方式合并 入本申請，達到如同每個參考文獻都是單獨和特別指示成以參引的方式合并入本申請并且其全文在此闡述的相同程度。在描述本發(fā)明的上下文中(尤其是在下面的權(quán)利要求的上下文中)使用的術(shù)語 “一”和“一個”和“所述”和類似指示對象被解釋為覆蓋單數(shù)和復(fù)數(shù)，除非在此另有指示或 明顯地與上下文抵觸。術(shù)語“包括”、“具有”、“含有”和“包含”解釋為開放式術(shù)語(即意味 著“包括但是并不限于”)，除非另外指出。在此對值的范圍的詳述僅僅旨在僅僅充當簡述 落入范圍內(nèi)的每個分離的值進行單獨引用，除非在此另外指示，并且每個分離的值都合并 到說明書中，如同在此對它進行單獨地詳述那樣。此處所述的所有方法均能夠以任意適當 的次序執(zhí)行，除非此處另外指示或者明顯地與上下文抵觸。此處提供的任意和所有實例或 示例性語言(舉例來說，“例如”)的作用旨在僅僅更好地闡明本發(fā)明，但是除非另外聲明， 否則不應(yīng)對本發(fā)明的范圍造成限制。說明書中的語言不應(yīng)該解釋為指示對實現(xiàn)本發(fā)明是至 關(guān)重要的任意非主張的要素。本發(fā)明的優(yōu)選實施例描述在此，包括發(fā)明者已知的用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式。 一旦閱讀前述說明，這些優(yōu)選實施例的改型對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可能變得顯而易 見。發(fā)明者希望熟練的技術(shù)人員適當?shù)貞?yīng)用這種改型，并且發(fā)明者期望本發(fā)明以不同于在 此特別描述的那樣實現(xiàn)。因此，本發(fā)明包括適用法律所允許的所附權(quán)利要求中所述主題的 所有改型和等同物。此外，本發(fā)明包括在其所有可能的變型中上述要素的任意組合，除非在 此另外指出或者明顯地與上下文抵觸。
1權(quán)利要求
1.一種動態(tài)地控制從可靠燃料源和不可靠燃料源向發(fā)動機供給燃料的方法，包括下列 步驟確定將要供給發(fā)動機的燃料混合物的可靠燃料與不可靠燃料的期望外部混合比；以及通過下列方式在燃料混合物的可靠燃料與不可靠燃料的實際混合比下向發(fā)動機供給 燃料控制從所述可靠燃料源供給發(fā)動機的燃料的流量；以及控制從所述不可靠燃料源供給發(fā)動機的燃料的流量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述外部混合比和實際混合比最初是相同的；所述方法還包括下列步驟檢測發(fā)動機的工作參數(shù)；當所述檢測的發(fā)動機工作參數(shù)位于預(yù)定的容許范圍內(nèi)時，維持所述實際混合比作為外 部混合比；以及當所述檢測的發(fā)動機工作參數(shù)位于預(yù)定的容許范圍之外時，從外部混合比補償所述實 際混合比。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當所述發(fā)動機的輸出功率降低到最低容許 輸出功率之下時，所述發(fā)動機的工作特性是發(fā)動機的輸出功率，并且所述補償實際混合比 的步驟包括提高混合比中可靠燃料的量。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括估算燃料混合物的能量含 量的步驟，并且進一步包括基于所述估算的能量含量補償實際混合比的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括檢測發(fā)動機的工作參數(shù)，并 且進一步包括基于所述檢測的發(fā)動機工作參數(shù)補償所述燃料混合物的估算能量含量的步 馬聚ο
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括下列步驟確定期望的外部發(fā)動機輸出功率；監(jiān)測實際發(fā)動機輸出功率；以及區(qū)別所述實際發(fā)動機輸出功率和實際混合比的優(yōu)先次序，從而，當所述實際發(fā)動機輸 出功率優(yōu)先于所述實際混合比時，首先補償所述實際混合比以朝向所述外部發(fā)動機輸出功 率調(diào)整所述實際發(fā)動機輸出功率，以及當所述實際混合比優(yōu)先于所述實際發(fā)動機輸出功率 時，首先補償所述實際發(fā)動機輸出功率以朝向所述外部混合比調(diào)整所述實際混合比。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法還包括確定最高可靠燃料混合比， 以及在所述監(jiān)測的實際發(fā)動機輸出功率下降到最低預(yù)定容許輸出功率之下時，補償所述實 際混合比。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述工作參數(shù)是發(fā)動機的廢氣排放。
9.一種動態(tài)地控制從可靠燃料源和不可靠燃料源向發(fā)動機供給燃料的方法，包括下列 步驟監(jiān)測發(fā)動機的工作特性；響應(yīng)所述監(jiān)測的發(fā)動機工作特性，控制從可靠燃料源向發(fā)動機供給處于全流量和無流 量之間的燃料的流量；以及響應(yīng)所述監(jiān)測的發(fā)動機工作特性，控制燃料從不可靠燃料源在全流量和無流量之間向 發(fā)動機的流量。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括混合來自所述可靠燃料源 的燃料流與來自所述不可靠燃料源的燃料流以形成具有一燃料混合比的燃料混合物的步 驟，其中，所述控制來自可靠和不可靠燃料源的燃料流的步驟包括控制來自可靠和不可靠 燃料源的燃料的流量，使得所述燃料混合比為使用者期望的混合比。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括下列步驟監(jiān)測所述不可 靠燃料源的供給特性；以及響應(yīng)所述監(jiān)測的不可靠燃料源的供給特性，控制來自所述可靠燃料源的燃料的流量。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，基于所述監(jiān)測的發(fā)動機工作特性，控制來 自所述可靠燃料源的燃料的流量和控制來自所述不可靠燃料源的燃料的流量以調(diào)整混合 比。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述監(jiān)測發(fā)動機的工作特性的步驟包括監(jiān) 測選自包括發(fā)動機爆震、發(fā)動機缺火、廢氣排放、發(fā)動機輸出速度、歧管壓力、歧管溫度和發(fā) 動機輸出功率的組的至少一個工作特性。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述監(jiān)測發(fā)動機的工作特性的步驟包括 監(jiān)測輸出功率，并且所述方法還包括下列步驟估算所述燃料混合物的能量含量；以及基于所述監(jiān)測的輸出功率補償所述燃料混合比的變化。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括混合來自所述可靠燃料源 的燃料流與來自所述不可靠燃料源的燃料流以形成具有可靠燃料對不可靠燃料的一燃料 混合比值的燃料混合物的步驟，其中，所述比值可在完全可靠的燃料和完全不可靠的燃料 之間變化。
16.一種用于從變組分燃料源和固定組分燃料源向發(fā)動機選擇性地供給燃料的動態(tài)發(fā) 動機控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一和第二燃料控制閥；以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)操作地連接至第一和第二燃料控制閥，并且包括至少一個發(fā) 動機性能傳感器，以檢測至少一個發(fā)動機性能參數(shù)，所述控制系統(tǒng)構(gòu)造成基于所述檢測的 發(fā)動機性能參數(shù)以通過所述第一和第二燃料控制閥來調(diào)整流量。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個發(fā)動機性能參數(shù)是發(fā)動機 輸出功率，并且所述控制系統(tǒng)構(gòu)造成在如下輸出功率模式中操作，即在所述輸出功率模式 中，所述控制系統(tǒng)將調(diào)節(jié)來自所述第一和第二燃料控制閥的燃料混合物的混合比，以使所 述檢測的發(fā)動機輸出功率維持在期望的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)構(gòu)造成當固定組分燃料與 變組分燃料的比值超過最大限度時，觸發(fā)警報。
19.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)構(gòu)造成在混合比優(yōu)先模式 中操作，其中，在所述混合比優(yōu)先模式下，維持來自所述第一和第二燃料控制閥的燃料流量 之間的期望混合比，并且調(diào)節(jié)發(fā)動機輸出功率。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)進一步構(gòu)造成包括最低發(fā)動機輸出功率，其中，所述控制系統(tǒng)通過第一和第二燃料控制閥控制流量，使得所述發(fā)動機 的輸出功率保持在所述最低發(fā)動機輸出功率之上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種燃料控制系統(tǒng)。所述燃料控制系統(tǒng)包括連接至一對控制閥的電子控制系統(tǒng)，所述控制閥用于在一混合比下混合管道燃料與垃圾衍生燃料，以便控制流向內(nèi)燃機的燃料流。所述燃料控制系統(tǒng)可以估算所述燃料混合物的能量含量以便補償所述混合比。所述燃料控制系統(tǒng)可以使用發(fā)動機工作參數(shù)以補償混合比。通常，所述系統(tǒng)將使用輸出功率工作參數(shù)或廢氣排放物的工作參數(shù)以補償所述混合比。另外，所述燃料控制系統(tǒng)能夠在混合比不能生成期望的輸出功率時優(yōu)先改變混合比或改變期望輸出功率。所述燃料控制系統(tǒng)也可以具備發(fā)動機速度/負載控制、缺火、點火定時和爆震探測能力。
文檔編號F02D41/02GK102066725SQ200980122532
公開日2011年5月18日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者E·T·斯普林特, G·盎斯萊, J·迪納費爾德, T·C·霍爾德曼 申請人:伍德沃德調(diào)速器公司