确定气态燃料内燃发动机中燃料喷射持续时间的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定燃料喷射持续时间以对直接喷射到气态燃料内燃发动机的燃烧室中的燃料进行准确计量的方法和设备。燃料喷射持续时间通过在从多个预定的查找表中的两个查找表检索到的值之间进行插值而确定，所述多个预定的查找表中的每个查找表根据气态燃料轨压力和加燃料量来定义燃料喷射持续时间。每个表对应于与缸内压力相关的第三参数的固定值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于和设备，使得喷射到发动机的燃烧室中的燃料的量被准确计量。本文中“持续时间”的定义是指当燃料通过喷射阀被喷射到燃烧室中时，喷射阀处于打开位置的时间。持续时间有时被他人称为“脉冲宽度”。
技术介绍
目前许多内燃发动机是燃用柴油的压燃式发动机。在这种发动机中，液体燃料直接喷射到燃烧室，所以当燃料被引入时，燃料必须被泵送为比燃烧室内部的压力大的喷射压力以克服所谓的“缸内压力”。在柴油发动机中，缸内压力的峰值通常小于20MPa (约3，OOOpsi)。然而，理想的是喷射压力显著高于缸内压力，以辅助更大地雾化液体燃料，因为这可以导致更有效的燃烧。例如，现代柴油发动机普遍采用至少约140MPa (约20，OOOpsi)的喷射压力，甚至有些发动机采用高达220MPa (约32，OOOpsi)的柴油喷射压力。在如此高的喷射压力下，由于喷射压力与缸内压力之间的压差非常大，因此缸内压力的波动对喷射到燃烧室中的燃料的量几乎没有影响。由于燃用柴油的内燃发动机仍然产生大量的污染物，如氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)，为减少排放物，近期开发已被导向至用诸如天然气、纯甲烷、乙烷、液化石油气、较轻的易燃的烃类衍生物、氢以及这些燃料的混合物之类的气态燃料来替换部分柴油燃料。气态燃料在本文中通常定义为在大气压力和零摄氏度下是气态的燃料。不同于液体燃料，气态燃料可以在较低的喷射压力下喷射到发动机的燃烧室中，因为不需要用于使燃料雾化的额外的能量。用气态燃料替换柴油燃料的优点是所选择的气态燃料可以是比柴油燃料燃烧更清洁的一种燃料，如果气态燃料在压缩冲程后期以与当柴油燃料被喷射在常规的压燃式发动机中时的定时相同的定时被直接喷射到燃烧室中，则能够保持通常与常规的柴油发动机相关联的闻效率和闻扭矩。气态燃料的另一优点是，作为资源，这种燃料更广泛地分布在世界各地，并且与已探明的石油储量相比，天然气的已探明储量的数量要大很多。气态燃料也可以从诸如来自垃圾场和污水处理厂的排放气体之类的可再生能源中收集,可以使用从诸如风力发电和水电大坝之类的可再生能源产生的电力来生产氢。如上所述，气态燃料的喷射压力可以低于通常用于液体柴油燃料的喷射压力，因为不需要用于使燃料雾化的额外的能量。对于气态燃料而言较低的喷射压力也是理想的，因为采用较高的喷射压力将会增加发动机系统的寄生负载。为了实现有效燃烧，气态燃料的喷射压力仅需要足以克服缸内压力，通过足够的能量将气态燃料分散在燃烧室内并在期望喷射持续时间内引入所需量的燃料即可。不同的发动机具有不同的压缩比和不同的缸内压力分布，但通过示例，如果发动机在压缩冲程期间具有约20MPa (约3，OOOpsi)的最大的缸内压力，则约30MPa (4，350psi)的喷射压力可足以用于喷射所需量的燃料并且实现有效燃烧。然而，当该喷射压力接近缸内压力时，相比燃用柴油的发动机的压差，该喷射压力与缸内压力之间的压差要低得多，并且缸内压力和喷射压力的变化可以影响喷射到燃烧室中的气态燃料的量，而这进而会影响其它因素，如燃烧效率、发动机的性能以及运转连贯性。当气态燃料喷射阀设计采用燃料压力以辅助阀的操作时，气态燃料发动机的缸内压力可以对加燃料率产生更大的影响。例如，在具有内打开针的已知的喷射阀设计中，普遍使用燃料喷射阀内的燃料的压力作用于阀针的肩部特征以提供一部分开启力。在柴油燃料喷射阀中，由于柴油燃料的压力比缸内压力大很多，因此缸内压力的变化对这种喷射阀的针从闭合位置向打开位置移动的速度没有明显的影响。然而，对用于以低得多的喷射压力弓IA的气态燃料的类似的设计的燃料喷射阀而言，由于缸内压力与燃料压力之间的较小的差异，因此缸内压力的变化可以影响阀针从闭合位置向打开位置移动的速度。即，对于气态燃料喷射阀而言，较高的缸内压力可以增加阀开启速度，这可能会导致对于给定的气态燃料喷射时间的较高的燃料质量流率。同样地，对于外开式阀——也称为提动式阀——而言，也由于燃料压力与缸内压力之间的较小的差异，因此，当依靠燃料压力为阀提供部分致动力时，缸内压力的变化可以影响阀的运动。例如，对于这些类型的阀而言，较高的缸内压力可以阻碍阀的开启，从而导致较少的燃料被弓丨入到燃烧室中。共同拥有的美国专利申请N0.2009/0084348描述了一种通过将至少一个校正系数应用于根据加燃料指令确定的基准脉冲宽度而计算校正后的脉冲宽度的方法。基准脉冲宽度通过将其与根据输入喷射开始的定时和进气歧管压力的查找表确定的缸内压力校正系数相乘而被首次校正，然后基准脉冲宽度由轨压力校正系数进一步校正。虽然存在可以直接测量缸内压力的仪器，但是这种仪器昂贵、更适合于研究目的而未考虑对于大批量的商业用途而言的足够的经济性、实用性以及可靠性。因此，缸内压力在喷射活动期间通常通过根据诸如进气歧管的压力和温度、排气歧管压力、发动机转速以及喷射开始的定时之类的与缸内压力相关的参数的间接测量中重构而被初略估计。虽然先前已知的解决方案已提高了计量进入直喷式内燃发动机的燃烧室中的燃料的准确性，但由于缸内压力通过间接测量被初略估计，因此控制气态燃料的喷射时间可以通过增加与对喷射持续时间做出的调整相关联的参数的数量而进一步改善。增加更多参数的问题在于这可能增加对这种调整进行确定的复杂性，考虑到发动机运转的速度，这种调整需要迅速实时地做出以具有实用性和有效性。换句话说，需要一种有效和高效的方法来基于多个参数更准确地确定喷射持续时间，并更准确地确定计量进入直喷式气态燃料内燃发动机的燃烧室中的燃料的量。
技术实现思路
提供了用于对燃用气态燃料的内燃发动机燃料喷射持续时间进行确定以使得能够准确计量喷射到发动机的燃烧室中的燃料的量的方法。该方法包括将预定的喷射持续时间值存储在多个查找表中的第一步骤，其中，每个查找表中的喷射持续时间均为气态燃料轨压力和加燃料量的函数，并且每个表与第三参数P的固定值相关联，该第三参数值P与缸内压力相关。将来自发动机系统的传感器的输入数据或来自柴油发动机控制器的输入数据发送至控制器，该控制器从所述输入数据来确定气态燃料轨压力的值、加燃料量的值以及第三参数的值。该控制器还从多个查找表中识别两个查找表，该两个查找表与第三参数P的在数值上与从输入数据确定的第三参数P的值最接近的固定值相关联，并且该控制器根据气态燃料轨压力和加燃料量从识别出的两个查找表检索各自的喷射持续时间值。控制器通过在前一步骤中检索出的喷射持续时间的值之间进行插值而进一步确定期望喷射持续时间。取决于选为第三参数P的参数，插值方法可以是线性插值、分段常数插值、多项式插值或样条插值。输入数据可以在压缩冲程期间被收集，由此确定在所述压缩冲程期间开始的燃料喷射活动的持续时间。第三参数P可以是下列参数之一:喷射开始的定时、进气歧管压力以及压缩压力。在优选的方法中，第三参数P可以根据与缸内压力相关的至少一个参数来计算。例如，第三个参数P可以是与缸内压力相关的两个参数的乘积。更具体地，第三参数可以是进气歧管压力和喷射开始的定时的乘积。第三参数P可以使用包括与缸内压力相关并且被发送至控制器作为输入数据的一部分的至少两个参数的数学公式被计算。这两个参数可以选自如下参数:喷射开始的定时、进气歧管压力、压缩压力以及气态燃料轨压力。在本方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.19 US 12/859,6731.一种确定燃用气态燃料的内燃发动机的燃料喷射持续时间的方法，所述气态燃料通过燃料喷射阀直接喷射到燃烧室中，所述方法包括如下步骤: a.将预定的喷射持续时间值存储在多个查找表中，其中每个查找表中的持续时间为气态燃料轨压力和加燃料量的函数，并且每个表均与第三参数的固定值相关联，所述第三参数与缸内压力相关； b.将输入数据发送至控制器； c.所述控制器从所述输入数据确定所述气态燃料轨压力的值、所述加燃料量的值以及所述第三参数的值； d.从所述多个预定的查找表中识别与所述第三参数的在数值上与步骤(C)中确定的所述第三参数的所述值最接近的所述固定值相关联的两个查找表； e.根据气态燃料轨压力和加燃料量而从在步骤(d)中识别出的所述两个查找表中检索各自的喷射持续时间；以及 f.基于在步骤(C)中确定的所述第三参数的所述值，通过在步骤(e)中检索出的喷射持续时间的值之间 进行插值而确定期望喷射持续时间。2.根据权利要求1所述的方法，还包括在压缩冲程期间收集所述输入数据并且确定在所述压缩冲程期间开始的燃料喷射活动的所述期望喷射持续时间。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三参数根据与缸内压力相关的至少一个参数来计算。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三参数是与缸内压力相关的两个参数的乘积。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述两个参数是进气歧管压力和喷射开始的定时。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三参数是下列参数中的一个参数: i 喷射开始的定时； ii 进气歧管压力；以及 ii1.压缩压力。7.根据权利要求1所述的方法，其中，使用包括至少两个参数的数学公式来计算所述第三参数，所述至少两个参数与缸内压力相关并且被发送至所述控制器作为所述输入数据的一部分，所述至少两个参数选自下列参数: i 喷射开始的定时； ii 进气歧管压力； ii1.压缩压力；以及 iv.气态燃料轨压力。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三参数由所述控制器计算为两个参数之间的差值，所述两个参数中的至少一个参数与缸内压力相关。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三参数由所述控制器计算为所述气态燃料轨压力与所述压缩压力之间的差值。10.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·A·J·格里菲思，奥列弗·P·M·勒巴斯塔尔，
申请(专利权)人：西港能源有限公司，
类型：
国别省市：