專利名稱:具有電子燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)電機組發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本公開涉及在內(nèi)燃發(fā)動機上,尤其是在作為示例的發(fā)電機組發(fā)動機中的內(nèi)燃發(fā)動機上,使用具有電氣感測和曲柄位置感測的開環(huán)和另選的閉環(huán)電子燃料噴射(electronic fuel injection,EFI)系統(tǒng)。包括例如空氣傳感器的各種發(fā)動機傳感器向電子控制單元 (electronic control unit,ECU)發(fā)送信號,該電子控制單元(ECU)進而控制燃料/空氣混合物以達到所要求的相對空氣燃料比(air-to-fuel ratio, AFR),導致改善和高效的發(fā)動機性能。電氣傳感器確定交流發(fā)電機輸出的功率量以及系統(tǒng)抽取的功率量,以進一步校準AFR。曲柄位置傳感器確定活塞位置以促進最優(yōu)點火正時。該信息被提供到ECU以控制 AFR且控制點火正時,以維持最優(yōu)發(fā)動機性能和效率。
背景技術(shù):
燃料噴射系統(tǒng)是已知的且在內(nèi)燃發(fā)動機中混合燃料和空氣。燃料通過燃料噴射器被強力泵送,以使得燃料霧化,霧化后的燃料隨后與空氣混合且被間接或直接地置入燃燒室中。必須精確地控制空氣燃料比,以實現(xiàn)理想的發(fā)動機性能、排放和燃料節(jié)省。電子燃料噴射系統(tǒng)通過對各個傳感器所提供的持續(xù)改變的輸入作出反應(yīng),來控制噴射的燃料量,其中每個傳感器的信息被發(fā)送到電子控制單元(ECU)。圖1中示出了已知的開環(huán)電子燃料噴射(EFI)系統(tǒng)。該已知的開環(huán)EFI系統(tǒng)10 例如包括燃料噴射器12、電子控制單元(ECU) 14、空氣流量傳感器(例如歧管絕對壓力 MAP (Manifold absolute pressure)傳感器)16、鏈接 ECU 14 和 MAP 傳感器 16 的通信電路 18以及鏈接E⑶14和燃料噴射器12的通信電路20。業(yè)內(nèi)已知但是沒有示出的其他組件包括燃料泵、燃料壓力調(diào)節(jié)器、其他各種各樣的輸入傳感器,這些輸入傳感器可以包括但不限于霍耳效應(yīng)傳感器、節(jié)流閥位置傳感器、冷卻劑溫度傳感器、油溫傳感器以及諸如歧管空氣溫度(MAT =Manifold Air Temperature)傳感器的其他空氣流量傳感器。圖2中示出了已知的閉環(huán)EFI系統(tǒng)。閉環(huán)EFI系統(tǒng)40的組件總體上與開環(huán)EFI 系統(tǒng)10的組件相同,不同之處在于添加了位于排氣系統(tǒng)22中的氧氣傳感器42。通信電路 44鏈接E⑶14和氧氣傳感器42。圖1的開環(huán)EFI發(fā)動機系統(tǒng)10和圖2的閉環(huán)EFI發(fā)動機系統(tǒng)40的已知的公共部件包括排氣系統(tǒng)22、進氣系統(tǒng)24、發(fā)動機沈、交流發(fā)電機觀以及油箱30??諝饬?2在進氣系統(tǒng)M進入,而廢氣流34在排氣系統(tǒng)22排出。燃料36從油箱30移動到燃料噴射器且被霧化。霧化后的燃料38進入進氣系統(tǒng)。進一步參考開環(huán)EFI系統(tǒng)10,MAP傳感器16感測進氣歧管中的真空度且將該數(shù)據(jù)發(fā)送到E⑶14。E⑶14使用該信息確定所要求的相對空氣燃料比(AFR)(其是在軟件中設(shè)置的值),這將提供適當?shù)陌l(fā)動機性能。ECU 14電氣地致動燃料噴射器12,使得霧化后的燃料38與空氣流32混合以達到所要求的相對AFR。開環(huán)EFI系統(tǒng)10不接收關(guān)于是否實現(xiàn)正確的AFR的任何反饋。因而,由于燃料噴射器12劣化、MAP傳感器16變得超出容許偏差等原因中的任何原因,AFR都可能不正確。盡管開環(huán)EFI系統(tǒng)10是較低成本的系統(tǒng),但是因
4為沒有足夠的空氣/燃料混合控制來實現(xiàn)有效的廢氣催化,因此發(fā)動機可能不滿足性能和排放要求。進一步參考圖2的閉環(huán)EFI系統(tǒng)40,系統(tǒng)40在很大程度上和開環(huán)EFI系統(tǒng)10以相同的方式工作,不同之處在于系統(tǒng)40添加了氧氣傳感器42。氧氣傳感器42感測燃燒之后廢氣中的氧氣量,該氧氣量是AFR是否以太高或者太低值運行的指示。關(guān)于氧氣水平的數(shù)據(jù)被發(fā)送到ECU 14,且該信息與可以從其他傳感器獲得的信息一起被處理,對噴射的霧化燃料38的量進行調(diào)節(jié),使得實際的AFR與所要求的相對AFR相匹配。在全節(jié)流狀態(tài)期間,在初始起動時,并且在瞬變出現(xiàn)期間(諸如負載突然施加到發(fā)動機),E⑶14忽略來自氧氣傳感器42的輸入,由此模仿開環(huán)狀態(tài),且發(fā)動機沈可以通過運行具有更大(更濃)量的燃料的空氣燃料混合物來產(chǎn)生更多的功率。當發(fā)動機沈最初起動時直至達到合適的工作溫度,來自氧氣傳感器42的輸入也被忽略,其中從起動到氧氣傳感器42輸入讀取的時間可以延時一分鐘到幾分鐘,導致非最優(yōu)發(fā)動機性能。閉環(huán)EFI 系統(tǒng)在汽車業(yè)中是已知的。在汽車業(yè)中,使用曲柄軸和/或凸輪軸上的凸起或隆起或缺少隆起來確定活塞的位置以及何時開始點火是已知的。然而,結(jié)合傳感器來測量功率輸出和/或功率負載并不是已知的。仍需要其他方法來優(yōu)化AFR且獲得用于在功率負載下工作的發(fā)電機組發(fā)動機中的開環(huán)或閉環(huán)EFI系統(tǒng)的可接受的性能。當前發(fā)電機組發(fā)動機裝配有不監(jiān)控電流或電壓信息且不允許控制器來改變點火正時的簡單點火系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
針對發(fā)電機組發(fā)動機描述了具有電氣傳感器的開環(huán)EFI系統(tǒng)或者另選地具有電氣傳感器的閉環(huán)EFI系統(tǒng)。電氣傳感器與曲柄位置傳感器一起工作,以優(yōu)化點火正時。盡管描述的EFI系統(tǒng)可能在發(fā)電機組發(fā)動機中尤其有用,但是只要合適可以用在任意類型的內(nèi)燃發(fā)動機中。因為發(fā)電機組發(fā)動機的廢氣排放和總體性能是點火正時以及最優(yōu)空氣燃料比(AFR) 二者的函數(shù),在發(fā)電機組發(fā)動機上集成電氣傳感器和曲柄位置傳感器以控制點火正時,這在電流抽取波動時提供了最優(yōu)的發(fā)動機性能和效率。電氣傳感器和曲柄位置傳感器向電子控制單元(ECU)發(fā)送數(shù)據(jù),而該數(shù)據(jù)以及其他可用傳感器可以提供的數(shù)據(jù)用于確定最優(yōu)AFR和點火正時。ECU使用關(guān)于曲柄位置的信息來控制和改變點火正時,并根據(jù)發(fā)動機的速度和負載改變點火正時。ECU使用其他數(shù)據(jù)來致動燃料噴射器,并根據(jù)點火正時發(fā)送正確量的霧化燃料與空氣流混合以進行燃燒,因此發(fā)動機能夠達到可接受的性能。在不同的發(fā)動機速度和負載(其中負載例如是交流發(fā)電機的輸出),需要不同的點火正時來獲得最優(yōu)性能。問題在于當前發(fā)電機組發(fā)動機裝配有不允許控制器改變點火正時的簡單點火系統(tǒng)。如此處所述的針對發(fā)電機組發(fā)動機的一個解決方案是提供電氣傳感器和曲柄位置傳感器,以允許發(fā)電機組發(fā)動機根據(jù)速度、負載和/或其他參數(shù)來改變點火正時,由此在沒有明顯的性能劣化的情況下優(yōu)化廢氣排放和發(fā)動機性能??梢赃M一步使用來自例如提供關(guān)于發(fā)動機速度、電流負載、油溫等的數(shù)據(jù)的一個或更多其他傳感器的輸入,來評估點火正時。根據(jù)這些附加輸入可以進一步調(diào)節(jié)點火正時。
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在一些實施方式中,曲柄位置傳感器用于感測轉(zhuǎn)子或調(diào)速輪上的基準標記而不是曲柄軸和/或凸輪軸上常用的凸起,來確定活塞的位置和開始點火的正確時間。當轉(zhuǎn)子繞曲柄軸旋轉(zhuǎn)時,基準標記將經(jīng)過曲柄位置傳感器。ECU能夠通過檢查曲柄位置傳感器輸出來確定基準標記何時經(jīng)過曲柄位置傳感器。發(fā)電機組發(fā)動機一般是產(chǎn)生功率以運行電氣裝置的單機發(fā)動機。在發(fā)動機相關(guān)應(yīng)用中,不同于發(fā)電機組,對于發(fā)動機而言,測量電流負載或電壓信息是少見的。并且,因為功率產(chǎn)生是發(fā)電機組發(fā)動機的函數(shù),所以在確定發(fā)動機性能優(yōu)化中使用負載、電流抽取和電壓信息作為因子是有利的。例如,ECU可以使用電流和電壓信息來計算發(fā)電機功率(發(fā)電機功率=電壓X電流)。功率然后可用作查找表(諸如所要求的AFR表)的輸入。在另一示例中,ECU可以使用計算出的功率來將它與某一極限值進行比較,并且確定當達到某一功率輸出時是否應(yīng)該關(guān)閉或者限制發(fā)電機組,由此起軟件保險絲或斷路器的作用。發(fā)電機組發(fā)動機可以是在電網(wǎng)電力缺失情況下的備用電源。在一個實施方式中, 發(fā)電機組發(fā)動機設(shè)置在旅行車中,以輔助電網(wǎng)電力或者在不使用電網(wǎng)電力或當電網(wǎng)電力故障時作為主電源。在其他實施方式中,發(fā)電機組發(fā)動機可以設(shè)置為作為家用或商用的輔助電源。在又一實施方式中,發(fā)電機組發(fā)動機可以是諸如偏遠地點或施工現(xiàn)場這樣的電網(wǎng)電力不可用的地點的主電源。應(yīng)當意識到,發(fā)電機組發(fā)動機可以具有很多用途且不限于在上面闡述的實施方式中的用途。在一個實施方式中,描述了一種開環(huán)EFI系統(tǒng)與電氣傳感器和曲柄位置傳感器集成在一起的發(fā)電機組發(fā)動機。例如,當ECU要控制點火正時以及控制燃料何時噴射時,可以使用曲柄位置傳感器或類似裝置。電氣傳感器例如可以與ECU、曲柄位置傳感器和其他傳感器結(jié)合使用,以優(yōu)化點火正時或噴射的燃料量。在另一實施方式中,描述了一種閉環(huán)EFI 系統(tǒng)與電氣傳感器和曲柄位置傳感器集成在一起的發(fā)電機組發(fā)動機。閉環(huán)EFI系統(tǒng)類似于開環(huán)系統(tǒng),只不過閉環(huán)EFI系統(tǒng)使用氧氣傳感器,該氧氣傳感器在發(fā)電機組發(fā)動機運行時向ECU輸入與廢氣相關(guān)的數(shù)據(jù)。在起動時或者在發(fā)電機上置有附加負載的時間期間,來自氧氣傳感器的數(shù)據(jù)可以被ECU暫時忽略。因此,閉環(huán)EFI系統(tǒng)模仿開環(huán)EFI系統(tǒng)的操作,直到氧氣傳感器足夠熱。應(yīng)當意識到,在針對閉環(huán)操作確定何時使用氧氣傳感器的信息時,可以采用來自用于提供油溫、冷卻劑溫度、時間或任意組合的值的一個或更多傳感器的數(shù)據(jù)。
圖1示出了常規(guī)開環(huán)EFI系統(tǒng)。圖2示出了常規(guī)閉環(huán)EFI系統(tǒng)。圖3示出了集成有電氣傳感器的開環(huán)EFI系統(tǒng)的示意圖。圖4示出了集成有電氣傳感器的閉環(huán)EFI系統(tǒng)的示意圖。圖5圖示了集成有電氣傳感器的EFI系統(tǒng)的作出反應(yīng)的定時。圖6示出了合并有凸起型基準標記的轉(zhuǎn)子的一個實施方式。
具體實施例方式圖3-圖5例示了根據(jù)本文描述的發(fā)明原理的EFI系統(tǒng)的實施方式。例如,描述了具有電氣傳感器和曲柄位置傳感器的開環(huán)EFI系統(tǒng),或者,另選地,具有電氣傳感器和曲柄位置傳感器的閉環(huán)EFI系統(tǒng)。EFI系統(tǒng)可以在發(fā)電機組發(fā)動機上或任意類型的內(nèi)燃發(fā)動機上使用。發(fā)電機組發(fā)動機的廢氣排放和總體性能是點火正時的函數(shù)。點火正時決定了空氣燃料混合物何時被點火??諝馊剂匣旌衔锏狞c火必須精確地在正確時刻,在該時刻活塞處于最優(yōu)位置,或者排放能夠增加而發(fā)動機性能被折衷。在功率要求由于發(fā)電機組發(fā)動機上負載增加或減小而波動時(例如在起動或在發(fā)動機工作期間的其他時間),在發(fā)電機組發(fā)動機上集成電氣傳感器和曲柄位置傳感器提供了最優(yōu)的發(fā)動機性能和效率。電氣傳感器向電子控制單元(ECU)發(fā)送數(shù)據(jù),且該數(shù)據(jù)以及可以從其他傳感器獲得的數(shù)據(jù)用于確定所要求的相對空氣燃料比(AFR)和最優(yōu)點火正時。其他數(shù)據(jù)可以包括MAP、MAT、油溫、冷卻劑溫度和發(fā)動機速度。曲柄位置傳感器確定基準標記的位置且將該數(shù)據(jù)發(fā)送到E⑶,該E⑶隨后確定點火正時。ECU然后指示點火系統(tǒng),告訴它何時點火。應(yīng)當意識到,點火正時可以根據(jù)發(fā)動機的速度和負載而變化,且這種輸入(例如電氣傳感器)可以被ECU用在點火正時確定中。例如,ECU基于從電氣傳感器、曲柄位置傳感器和其他傳感器輸入的數(shù)據(jù)致動燃料噴射器,且燃料噴射器發(fā)送正確量的霧化燃料與空氣流混合以進行燃燒。這為發(fā)電機組發(fā)動機提供了與具有根據(jù)優(yōu)化確定的點火正時的所要求的相對AFR的燃料混合物,且發(fā)電機組發(fā)動機能夠高效地工作且具有可接受的性能。如此處所述,使用電流、電壓或這二者對功率的測量對于發(fā)電機組發(fā)動機是唯一的。發(fā)電機組發(fā)動機具有電功率輸出,電流和電壓相對容易測量,而汽車系統(tǒng)和大多數(shù)其他系統(tǒng)具有機械軸功率的功率輸出,其中負載電流和電壓不被測量且難以測量。通常,當發(fā)電機組發(fā)動機上的負載增加時,發(fā)電機組發(fā)動機損失功率且發(fā)動機隨后為了趕上工作量而工作,由此在可以使用已知的傳感器調(diào)節(jié)AFR之前影響了性能。對于此處所述的現(xiàn)有發(fā)電機組發(fā)動機的改進是使用電氣傳感器,該電氣傳感器幾乎可以瞬時感測例如負載中的變化, 且可以在發(fā)電機組發(fā)動機的性能受到影響之前,通常小于1秒,實現(xiàn)點火系統(tǒng)中的改變。幾乎瞬時還可以意味著與發(fā)動機周期相似,對于以3600rpm運轉(zhuǎn)的發(fā)動機來說約為17毫秒。 因此,此處的一個解決方案是使用電氣傳感器測量電流負載和/或電壓,并使用曲柄位置傳感器獲得曲柄位置,從而在性能劣化之前調(diào)節(jié)點火系統(tǒng)的點火正時。而且,即使可以存在其他傳感器,僅電氣傳感器和曲柄位置傳感器就可以足以向ECU提供數(shù)據(jù)以確保性能不劣化。應(yīng)當意識到,當負載減小時可能發(fā)生發(fā)電機組發(fā)動機性能的變化,且盡管如此,此處的描述一般地涉及負載增加,當負載減小時系統(tǒng)的功能性在很大程度上是相同的。參考圖3,示出了與發(fā)電機組發(fā)動機集成的開環(huán)EFI系統(tǒng)110的實施方式。如該實施方式所示,例如,開環(huán)EFI系統(tǒng)110包括燃料噴射器112、電子控制單元(ECU) 114、諸如歧管絕對壓力(MAP)傳感器116的空氣流量傳感器、電氣傳感器111、曲柄位置傳感器142、鏈接E⑶114和MAP傳感器116的通信電路118、鏈接E⑶114和燃料噴射器112的通信電路 120、鏈接E⑶114和曲柄位置傳感器142的通信電路144以及鏈接電氣傳感器111和交流發(fā)電機1 的通信電路121。可以使用一種或更多種其他類型的空氣流量傳感器,例如用于確定空氣流量的MAT和/或MAP傳感器、和/或熱線風速儀或一些類型的應(yīng)變儀。在這種發(fā)電機組發(fā)動機系統(tǒng)中有時使用但未在圖3中示出的其他已知組件包括燃料泵、燃料壓力調(diào)節(jié)器、其他各種輸入傳感器,這些輸入傳感器可以包括霍耳效應(yīng)傳感器、節(jié)流閥位置傳感器、冷卻劑溫度傳感器、油溫傳感器和歧管空氣溫度(MAT)傳感器。進一步參考圖3,發(fā)電機組發(fā)動機系統(tǒng)的部件包括進氣系統(tǒng)124、發(fā)動機126、交流發(fā)電機128、 排氣系統(tǒng)122以及油箱130??諝饬?32在進氣系統(tǒng)IM進入,而廢氣流134在排氣系統(tǒng) 122排出。燃料136從油箱130移動到燃料噴射器112且被霧化。霧化后的燃料138進入進氣系統(tǒng)124。E⑶114是系統(tǒng)計算機且經(jīng)由各種傳感器監(jiān)控發(fā)動機工作參數(shù),并向各個組件傳輸用于指示組件調(diào)節(jié)其操作的信號。ECU 114包含用于確定可接受的發(fā)動機性能所要求的相對空氣燃料比的查找表或者算法?;瘜W計量的AFR是燃料成分的函數(shù),并且是在燃燒后不存在過??諝饣蛘哌^剩燃料的情況下的空氣與燃料的質(zhì)量比。ECU114使用來自傳感器的數(shù)據(jù),確定所要求的相對AFR比,該相對AFR比是實際AFR與化學計量的AFR之比。E⑶ 114確定所要求的相對AFR且發(fā)送信號到燃料噴射器112,以使燃料噴射器112在特定時間開啟特定的時間長度。為了使得發(fā)電機組發(fā)動機126在校準(calibration)中以所要求的相對AFR比來起動并工作,ECU 114確定需要的燃料量且致動燃料噴射器112,使得燃料與空氣流混合以達到所要求的相對AFR。實現(xiàn)這點的一種方式例如是E⑶114還基于從交流發(fā)電機1 提供的電氣輸出121與功率抽取140的關(guān)系從電氣傳感器111接收信息。E⑶114還具有點火正時圖,該點火正時圖可以是一個軸為發(fā)動機速度且另一軸為發(fā)動機負載的表。ECU 114 基于點火正時圖中的值,使用來自曲柄位置傳感器的數(shù)據(jù)來確定發(fā)動機點火系統(tǒng)的正確的點火正時。ECU隨后向發(fā)動機點火系統(tǒng)發(fā)送信號,以實現(xiàn)ECU 114中的表所指定的曲柄位置處的點火正時。例如,ECU 114可以具有查詢點火定時應(yīng)該在什么時間的表,并使用來自曲柄位置傳感器的信息,使得ECU 114知道何時啟動點火正時。使用來自曲柄位置傳感器的信息,E⑶114可以指示點火裝置點火。燃料噴射器112是機電式閥,該機電式閥提供對進入到發(fā)電機組發(fā)動機126的燃料的計量。燃料噴射器112是常閉的,并打開指定的時間長度,以噴射加壓的燃料。燃料噴射器112通過在高壓下經(jīng)由小噴嘴強力泵送燃料而使燃料霧化,并且在一個實施方式中, 霧化后的燃料138在發(fā)電機組發(fā)動機126的進氣系統(tǒng)124中與空氣流132混合。在其他實施方式中,霧化后的燃料138在發(fā)電機組發(fā)動機126的燃燒區(qū)內(nèi)與空氣流132混合。ECU 114經(jīng)由通信電路120向燃料噴射器112發(fā)送信號。在一個實施方式中,電氣傳感器111感測從交流發(fā)電機1 輸出的電氣輸出121 以及各種器具或附件所需要的功率抽取140。應(yīng)當注意,電氣傳感器111可以感測電壓或電流,或電壓和電流二者。在一個實施方式中,電氣傳感器111可以設(shè)置在E⑶114上或設(shè)置在E⑶114內(nèi)部。例如,印制電路板位于E⑶114內(nèi)部,而電氣傳感器111可以安裝到印制電路板。來自印制電路板的信息于是被直接傳輸?shù)紼CU 114。在另一實施方式中,電氣傳感器111可以外部地安裝到E⑶114,例如合并為線束或者通信電路121的一部分。在又一實施方式中,電氣傳感器111可以設(shè)置在交流發(fā)電機1 上或設(shè)置在交流發(fā)電機128內(nèi)部。在一個實施方式中,交流發(fā)電機電氣輸出(例如,由電氣傳感器經(jīng)由通信電路121 感測到的)可以在被發(fā)送到由發(fā)電機組發(fā)動機供電的附件之前被進一步調(diào)整。例如,交流發(fā)電機電氣輸出進入調(diào)整硬件(見虛框146),該硬件可以是整流器或逆變器。調(diào)整硬件可以設(shè)置在交流發(fā)電機1 和附件之間的任意位置。調(diào)整硬件是已知的,因此不做進一步描述。一旦交流發(fā)電機電氣輸出被調(diào)整,它可以隨后轉(zhuǎn)到加載在發(fā)電機組發(fā)動機1 上的負載(例如,經(jīng)由功率抽取140的附件)。在一個實施方式中,電氣傳感器111可以設(shè)置在交流發(fā)電機1 和調(diào)整硬件146 之間和/或設(shè)置在調(diào)整硬件146之后。在另一個實施方式中,調(diào)整硬件的功率輸出可以劃分為傳輸?shù)礁郊墓β屎蛡鬏敾匕l(fā)電機組發(fā)動機126用于對其組件(例如燃料泵)供電的功率。在又一實施方式中,來自交流發(fā)電機128的功率直接進入附件且直接在交流發(fā)電機1 外執(zhí)行測量(例如,不使用調(diào)整硬件146)。例如,交流發(fā)電機可以包括繞組,使得可以將繞組以一組繞組用于附件且其他組繞組用于不同目的(諸如對點火線圈供電或者提供用于對電池進行充電的功率)的方式分開。在這種情況下,可以不存在單獨的調(diào)整硬件。 然而應(yīng)當意識到,可以使用調(diào)整硬件,例如,其中針對一組繞組使用單個調(diào)整硬件,或者其中針對每一組繞組提供調(diào)整硬件。如果發(fā)電機組126使用這種硬件,則可以在每一組繞組之后或者在調(diào)整硬件之后對功率進行測量。應(yīng)當意識到,交流發(fā)電機繞組是已知的,因此不做進一步描述。關(guān)于電氣傳感器及其讀取的信息(例如,來自交流發(fā)電機的電流和/或電壓信息),在一個實施方式中,ECU 114可以使用電流和/或電壓信息來計算發(fā)電機功率(例如發(fā)電機功率=電壓X電流)。功率可以隨后被用作ECU中一個或更多查找表(例如,所要求的AFR表)的輸入。在一些實施方式中,計算出的功率可用于與某一極限值進行比較,且隨后例如在達到某一功率輸出時,確定是否應(yīng)當關(guān)閉或者限制發(fā)電機組發(fā)動機126。在這種配置中,EFI 系統(tǒng)可以起軟件保險絲或斷路器的作用。在又一實施方式中,如果交流發(fā)電機1 效率已知,則還可以計算發(fā)動機功率(發(fā)動機功率=發(fā)電機組功率/交流發(fā)電機效率),且發(fā)動機功率可以用在校準中例如被用作所要求的AFR查找表的輸入。關(guān)于曲柄位置傳感器142,該傳感器142被配置成確定例如轉(zhuǎn)子63上基準標記61 所在的位置。在一個實施方式中,基準標記61例如是如圖6所示的凸起。應(yīng)當意識到,其他適當?shù)闹甘疚锟梢杂米骰鶞蕵擞?1,例如,轉(zhuǎn)子63上的缺口(未示出)。在所示示例中, 當由曲柄位置傳感器142進行感測時,基準標記61提供了活塞位置,該數(shù)據(jù)可能包含關(guān)于曲柄角度的信息,并被傳輸?shù)紼CU 114。ECU 114然后起動點火過程,并通過使用來自曲柄位置傳感器、可用的其他傳感器和查找表的信息來調(diào)節(jié)點火正時。該信息經(jīng)由通信電路144 被傳輸?shù)紼CU 114。如圖3的實施方式所示,當MAP傳感器用作空氣流量傳感器時,MAP傳感器116測量發(fā)電機組發(fā)動機126的進氣歧管中的真空度。壓力測量作為數(shù)據(jù)經(jīng)由通信電路118發(fā)送到E⑶114。MAP傳感器116設(shè)置在發(fā)電機組發(fā)動機126的進氣系統(tǒng)或者進氣歧管IM上。進一步參考圖3的實施方式,當發(fā)電機組發(fā)動機1 正在運行時,MAP傳感器116 感測進氣歧管1 中的真空,并將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)紼CU 14,與此同時,例如電氣傳感器111感測交流發(fā)電機電氣輸出和功率抽取140,且將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)紼CU 114。曲柄位置傳感器142 還向E⑶114傳輸基準標記61的位置。一個或更多可用的其他傳感器也可以向E⑶114 發(fā)送信息。ECU還可以使用功率抽取140數(shù)據(jù)、從MAP傳感器116提供的數(shù)據(jù)以及來自其他傳感器的可用的任意數(shù)據(jù),來確定正確的點火正時和所要求的相對AFR比,該相對AFR比是實際AFR與化學計量的AFR的比。應(yīng)當意識到,所要求的相對AFR是在基于給定參數(shù)而提供可接受的發(fā)電機組發(fā)動機126性能的、ECU的查找表中設(shè)置的值。盡管所要求的相對 AFR 一般不是曲柄位置的直接函數(shù),但所要求的相對AFR是整個發(fā)動機周期的參數(shù)特性,其可以是電流抽取的函數(shù),且其中使用由電氣傳感器提供的數(shù)據(jù)是合適的。E⑶114電氣地致動燃料噴射器112,使得霧化后的燃料138與空氣流132混合, 以達到所要求的相對AFR。在一個實施方式中,為了使得發(fā)電機組發(fā)動機1 在校準中以所要求的相對AFR比工作,E⑶114例如可以使用空氣壓力信息(例如,諸如MAP 116的空氣流量傳感器)、電氣輸出信息(例如,由電氣傳感器所感測到的)、功率抽取140信息,來獲得所要求的相對AFR比,從而確定需要的燃料136的量。E⑶114于是可以致動燃料噴射器112,使得霧化后的燃料138與空氣流132混合,以達到所要求的相對AFR。在這種配置下,E⑶114例如可以知道每個加燃料周期需要多少燃料。加燃料周期在4沖程發(fā)動機中例如是兩個發(fā)動機周期。利用來自傳感器的信息, ECU 114可以獲得用于每個加燃料周期的氣流信息。使用該空氣流信息,ECU可以確定所要求的相對AFR以計算燃料流。在一個實施方式中,ECU 114從查找表確定所要求的AFR,查找表的輸入之一是來自電氣傳感器111的信息。應(yīng)當意識到,曲柄位置傳感器142不是AFR表的輸入。一旦確定了空氣流和所要求的AFR,就可以計算燃料流。ECU 114使用來自曲柄位置傳感器142的信息來確定并調(diào)節(jié)點火正時,并確定何時開啟和關(guān)閉燃料噴射器。在發(fā)電機組發(fā)動機126工作期間,傳感器111、116、142連續(xù)進行監(jiān)控并向E⑶114 發(fā)送數(shù)據(jù),使得對點火正時和所要求的相對AFR做出實時調(diào)節(jié),并且發(fā)電機組發(fā)動機126以可接受的性能運行。當功率抽取140增加或減小時,ECU 114幾乎瞬時發(fā)送信號來調(diào)節(jié)點火正時,使得即使負載增加/減小,性能劣化最小。ECU 114還向燃料噴射器發(fā)送信號,以基于所要求的相對AFR增加或減小噴射的燃料量,由此確保針對下一周期可以使用正確的燃料量。由于集成了電氣傳感器111和曲柄位置傳感器142,發(fā)電機組發(fā)動機1 可以具有置于其上的附加功率抽取140,并且開環(huán)EFI系統(tǒng)110將例如在小于1秒的時間內(nèi)進行調(diào)節(jié)而沒有明顯的性能損失。點火系統(tǒng)使用來自基準標記61的輸入,其中在一些實施方式中,基準標記例如設(shè)置在轉(zhuǎn)子63上或調(diào)速輪上?;鶞蕵擞?1由曲柄位置傳感器感測,以提供例如活塞的位置以及何時開始點火。在一個實施方式中,如圖6所示,基準標記61例如是轉(zhuǎn)子63上的凸起。在發(fā)電機組發(fā)動機126上將電氣傳感器111和曲柄位置傳感器142與開環(huán)EFI系統(tǒng)110集成在一起的其他優(yōu)點可以包括控制發(fā)電機組過速的能力、改善起動能力、改善服務(wù)診斷、用于減小一氧化二氮排放的定時推延、油溫太熱時使得發(fā)動機不被爆振損壞的定時推延以及用于達到最大制動力的定時優(yōu)化。圖4示出了與發(fā)電機組發(fā)動機集成的閉環(huán)EFI系統(tǒng)210的實施方式。閉環(huán)EFI系統(tǒng)210例如包括氧氣傳感器M0、燃料噴射器112、電子控制單元(EOT) 114、空氣流量傳感器 (例如MAP傳感器116)、電氣傳感器111、曲柄位置傳感器142、鏈接E⑶114和氧氣傳感器 240的通信電路M2、鏈接E⑶114和MAP傳感器116的通信電路118、鏈接E⑶114和燃料噴射器112的通信電路120、鏈接E⑶114和曲柄位置傳感器142的通信電路144以及鏈接電氣傳感器111和交流發(fā)電機128的通信電路121。
在這種發(fā)電機組發(fā)動機系統(tǒng)中有時使用但是未在圖4中示出的其他已知組件包括燃料泵、燃料壓力調(diào)節(jié)器、其他各種輸入傳感器,這些輸入傳感器可以包括霍耳效應(yīng)傳感器、節(jié)流閥位置傳感器、冷卻劑溫度傳感器、油溫傳感器和歧管空氣溫度(MAT)傳感器。如圖4所示,發(fā)電機組發(fā)動機系統(tǒng)還包括進氣系統(tǒng)124、發(fā)動機126、交流發(fā)電機128、排氣系統(tǒng)122以及油箱130??諝饬?32在進氣系統(tǒng)IM進入,而廢氣流134在排氣系統(tǒng)122排出。燃料136從油箱130移動到燃料噴射器112且被霧化。霧化后的燃料138進入進氣系統(tǒng) 124。氧氣傳感器240通過讀取排氣系統(tǒng)122中廢氣流134的氧氣濃度確定發(fā)電機組發(fā)動機126的AFR。氧氣傳感器240讀取燃燒之后廢氣的氧氣含量且經(jīng)由通信電路242將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)紼CU 114。ECU 114于是確定AFR對于最優(yōu)燃燒是太濃還是太淡,并相應(yīng)地調(diào)節(jié)燃料。在起動時,在負載瞬變期間,并且在全節(jié)流狀態(tài)下,即當在發(fā)電機組發(fā)動機1 上存在負載時,從氧氣傳感器240到ECU 114的輸入可能被ECUl 14忽略,導致閉環(huán)系統(tǒng)模仿開環(huán)系統(tǒng),使得發(fā)動機1 可以通過運行更濃的混合物來產(chǎn)生更多的功率。一般地,應(yīng)當意識到,電子控制單元被配置成當功率抽取的大小發(fā)生變化(諸如上述事件)時,臨時忽略來自氧氣傳感器的數(shù)據(jù)。在冷起動時,氧氣傳感器240輸入可以被忽略高達3分鐘或更長的時間,直到氧氣傳感器240到達提供準確讀數(shù)所需的工作溫度。因此,當負載增加時,E⑶114可以忽略氧氣傳感器240輸入,并且集成有電氣傳感器111和曲柄位置傳感器142的閉環(huán)系統(tǒng)210模仿如在圖3的實施方式中所述的開環(huán)系統(tǒng)110。發(fā)電機組發(fā)動機1 可以忽略氧氣傳感器對0,直到發(fā)動機1 達到穩(wěn)定狀態(tài)。此時,E⑶114將開始讀取且使用氧氣傳感器240所提供的數(shù)據(jù)。此處描述的發(fā)電機組發(fā)動機126由于它的感測來自交流發(fā)電機128的電氣輸出121以及所需的功率抽取的能力而能夠在性能和排放要求內(nèi)操作,將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)紼CU 114,ECU 114隨后控制點火正時和加燃料以獲得可接受性能所需的正確的AFR。關(guān)于運行發(fā)電機組發(fā)動機所需的AFR的實際值,AFR是燃料的函數(shù)且因此可以根據(jù)混合使用的燃料而不同。例如,靠汽油運行的發(fā)動機可能需要在化學計量方面稍濃的AFR(約14.6),而靠 100%乙醇運行的發(fā)動機可能也需要在化學計量方面稍濃的AFR,但為稍低的AFR(約9. 0)。 因為這些化學計量顯著不同,術(shù)語“相對AFR”用于在相等的基礎(chǔ)上比較實際發(fā)動機AFR。相對AFR是實際AFR與化學計量的AFR的比。因此,如此處所述的發(fā)電機組發(fā)動機1 的一個優(yōu)點在于,無論開環(huán)還是閉環(huán),發(fā)電機組發(fā)動機1 將能夠在優(yōu)化排放和性能的同時維持所需的電氣要求。發(fā)電機組發(fā)動機126的瞬時響應(yīng)將得到改善。瞬時階躍負載響應(yīng)將更快且在功率方面的提高將幾乎是瞬時的,而沒有與當前發(fā)電機組發(fā)動機1 相關(guān)聯(lián)的延時。圖5示出了發(fā)電機組發(fā)動機126 (例如圖3和圖4中的發(fā)電機組發(fā)動機126)的示例性操作。圖5示出了發(fā)電機組可以以穩(wěn)定狀態(tài)301運行。當附件在302開啟時,發(fā)動機上的功率抽取140在304增加。發(fā)動機1 速度開始作出反應(yīng),但是電氣傳感器111已經(jīng)識別出功率抽取140增加且已經(jīng)將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)紼⑶114以調(diào)節(jié)點火正時306。這說明了 ECU 114如何能夠作出反應(yīng)并改變加燃料或點火正時,甚至比發(fā)動機速度或MAP 116變化更快。在圖5所示的示例中,可以在0. 16秒的標記處調(diào)節(jié)點火正時。MAP 116識別空氣壓力的變化308且將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)紼⑶114。E⑶114首先使用空氣壓力數(shù)據(jù)、電氣輸出121數(shù)據(jù)以及功率抽取140數(shù)據(jù),基于負載連續(xù)精細調(diào)節(jié)310加燃料,且然后使用來自MAP 116 或曲柄位置傳感器142的數(shù)據(jù)進行連續(xù)精細調(diào)節(jié)310。以這種方式,發(fā)電機組發(fā)動機1 可以維持其穩(wěn)定狀態(tài)操作,而沒有電流抽取140的損失312,并且發(fā)動機排放和性能被優(yōu)化。 該過程優(yōu)選地在小于1秒的時間內(nèi)完成,對用戶來說看上去是無縫的。
本申請中公開的示例和實施方式在所有方面應(yīng)視為是說明性而非限制性的。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定而不是由前述描述進行限定;并且在所附權(quán)利要求書的等同意義和范圍內(nèi)的所有改變都意圖被包含于其中。
權(quán)利要求
1.一種集成有電子燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)電機組發(fā)動機,該電子燃料噴射系統(tǒng)包括 電氣傳感器;曲柄位置傳感器; 燃料噴射器; 電子控制單元; 空氣流量傳感器;第一通信電路,其鏈接所述電子控制單元和所述電氣傳感器; 第二通信電路,其鏈接所述電子控制單元和所述曲柄位置傳感器; 第三通信電路,其鏈接所述電子控制單元和所述燃料噴射器;以及第四通信電路,其鏈接所述電子控制單元和所述空氣流量傳感器; 所述電氣傳感器從交流發(fā)電機讀取電氣輸出, 所述電氣傳感器讀取所述發(fā)電機組發(fā)動機上的功率抽取, 所述曲柄位置傳感器讀取活塞的位置,來自所述電氣傳感器、所述曲柄位置傳感器和所述空氣流量傳感器的數(shù)據(jù)分別經(jīng)由所述第一通信電路、所述第二通信電路和所述第四通信電路傳輸?shù)剿鲭娮涌刂茊卧?,所述電子控制單元基于所述曲柄位置傳感器獲得點火正時,該點火正時被傳輸?shù)近c火系統(tǒng),以改變所述發(fā)動機的點火正時,并且基于所述電氣傳感器和所述空氣流量傳感器、來自所述電子控制單元的數(shù)據(jù)用于獲得所要求的相對空氣燃料比,其中所述電子控制單元基于所述所要求的相對空氣燃料比和所述點火正時,經(jīng)由所述第三通信電路致動所述燃料噴射器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成有電子燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)電機組發(fā)動機,其中所述電氣傳感器設(shè)置在所述電子控制單元內(nèi)或設(shè)置在所述電子控制單元上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成有電子燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)電機組發(fā)動機,其中燃料和空氣在所述發(fā)動機的進氣系統(tǒng)中混合,或者燃料和空氣在所述發(fā)動機的燃燒區(qū)中混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成有電子燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)電機組發(fā)動機,該集成有電子燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)電機組發(fā)動機還包括設(shè)置在所述發(fā)電機組發(fā)動機的轉(zhuǎn)子上的基準標記, 該基準標記被配置成由所述曲柄位置傳感器進行定位以確定活塞的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成有電子燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)電機組發(fā)動機,其中所述發(fā)電機組發(fā)動機設(shè)置在旅行車中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成有電子燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)電機組發(fā)動機,其中所述發(fā)電機組發(fā)動機是單機發(fā)動機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成有電子燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)電機組發(fā)動機,還包括 氧氣傳感器;第五通信電路,其鏈接所述電子控制單元和所述氧氣傳感器,并且其中來自所述氧氣傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)由所述第五通信電路傳輸?shù)剿鲭娮涌刂茊卧?br>
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成有電子燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)電機組發(fā)動機,其中所述電子控制單元被配置成在所述功率抽取的大小發(fā)生變化時,暫時忽略來自所述氧氣傳感器的所述數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成有電子燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)電機組發(fā)動機,其中所述電子控制單元被配置成在存在全節(jié)流狀態(tài)時暫時忽略來自所述氧氣傳感器的所述數(shù)據(jù)。
10.一種控制發(fā)電機組發(fā)動機中的空氣燃料比的方法,該方法包括以下步驟將發(fā)電機組發(fā)動機與電子燃料噴射系統(tǒng)進行集成,該電子燃料噴射系統(tǒng)包括電氣傳感器、曲柄位置傳感器、燃料噴射器、電子控制單元、空氣流量傳感器、鏈接所述電子控制單元和所述電氣傳感器的第一通信電路、鏈接所述電子控制單元和所述曲柄位置傳感器的第二通信電路、鏈接所述電子控制單元和所述燃料噴射器的第三通信電路以及鏈接所述電子控制單元和所述空氣流量傳感器的第四通信電路,其中所述電氣傳感器從所述發(fā)電機組發(fā)動機的交流發(fā)電機讀取電氣輸出,所述電氣傳感器讀取所述發(fā)電機組發(fā)動機上的功率抽取, 并且所述曲柄位置傳感器讀取活塞的位置,分別經(jīng)由所述第一通信電路、所述第二通信電路和所述第四通信電路,將來自所述電氣傳感器、所述曲柄位置傳感器和所述空氣流量傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲭娮涌刂茊卧趤碜运銮恢脗鞲衅鞯臄?shù)據(jù),將來自所述電子控制單元的數(shù)據(jù)傳輸?shù)近c火系統(tǒng),以改變點火正時,基于來自所述電氣傳感器和所述空氣流量傳感器的數(shù)據(jù),獲得所要求的相對空氣燃料比,以及經(jīng)由所述第三通信電路并基于所述所要求的相對空氣燃料比和所述點火正時,啟動所述燃料噴射器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,該方法還包括通過在所述點火系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子上設(shè)置基準標記且使用所述曲柄位置傳感器感測位置來確定活塞的位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,該方法還包括通過第五通信電路鏈接所述電子控制單元和氧氣傳感器,以及經(jīng)由所述第五通信電路,將所述氧氣傳感器讀取的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲭娮涌刂茊卧?br>
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,該方法還包括在所述功率抽取的大小發(fā)生變化時, 暫時忽略來自所述氧氣傳感器的所述數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,該方法還包括當存在全節(jié)流狀態(tài)時,暫時忽略來自所述氧氣傳感器的所述數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有電子燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)電機組發(fā)動機。描述了一種在發(fā)電機組發(fā)動機或任意內(nèi)燃發(fā)動機上集成了電氣傳感器和曲柄位置傳感器的開環(huán)或閉環(huán)EFI系統(tǒng)。因為發(fā)電機組發(fā)動機的廢氣排放和總體性能是點火正時的函數(shù),在發(fā)電機組發(fā)動機上集成電氣傳感器和曲柄位置傳感器在電氣抽取波動時提供了最優(yōu)的發(fā)動機性能和效率。電氣傳感器和曲柄位置傳感器向電子控制單元(ECU)發(fā)送數(shù)據(jù),且該數(shù)據(jù)用于確定最優(yōu)空氣燃料比(AFR)和最優(yōu)點火正時。ECU根據(jù)發(fā)動機的速度和負載改變點火正時并致動燃料噴射器,以發(fā)送正確量的霧化燃料,來與空氣流混合進行燃燒,使得發(fā)動機滿足了性能。
文檔編號F02D43/00GK102155320SQ20111003164
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者克利斯托弗·G·奈特, 大衛(wèi)·T·法爾考斯基, 彼得·J·范卡里安, 杰弗里·D·彼得森, 馬修·J·埃特恩 申請人:康明斯發(fā)電公司