[发明专利]气体燃料发动机的喷射定时和功率均衡控制

说明书

本发明大体上涉及对两冲程气体燃料发动机的喷射定时和功率均衡控制，尤其涉及根据发动机的运转条件和发动机的型式，控制每个汽缸的喷射定时及其输出功率。

大型气体燃料发动机经常处于其喷射定时比最佳状态较差的情况下运转，每个汽缸输出的功率相对于其它汽缸并不均衡。要对气体燃料发动机的喷射定时和功率均衡加以控制，要调整到最佳运转状态是一个难题。

许多大型气体燃料发动机不能在最佳调整状态下运转，因为这些发动机的燃料喷射阀是由机械式凸轮驱动的阀系操纵的。其喷射定时及每个阀的开启持续时间是因凸轮曲线和凸轮相对于发动机曲轴的相位而被固定了的。虽然机械凸轮阀系也可改变喷射定时的开始喷射时间以及喷射的持续时间，但如需要变动时则较复杂，所以不太理想。

其它发动机也未能在最佳调整状态下运转，因为它们不可能考虑到多种因素的变化，包括发动机的运转条件和使用状态，这些都会对每个汽缸需要喷射燃料的开始时间产生影响。例如，在气体燃料两冲程发动机中，应将喷射定时调整到某个时间开始喷射，可使燃料经过排气口逃逸的最少。另外，还应将喷射定时调整到使燃料和空气混和的时间最长。例如，在液体燃料两冲程发动机中应用的直接汽缸燃料喷射法(direct cylinder fuel injection)需要给液体燃料一定的时间以在汽缸中汽化。为了完成这一过程，液体燃料发动机一般均将燃料喷射定时的开始喷射时间提前。然而，当喷入汽缸的燃料是气态时，燃料开始喷射的时间不必提前，因为当气体燃料进入汽缸时它已经可以燃烧了。

除了喷射定时的问题之外，均衡一个发动机中几个汽缸的输出功率的问题也已提到日程上来了。一般说来，功率均衡是由手动调整发动机中各个汽缸的节流阀，使各汽缸的输出功率大体相等。虽然这些手动调节相当有效，但很费时，并在每次发动机运转条件变化时必须重新调整。

因此，在两冲程气体燃料发动机中需要一种控制喷射定时和功率均衡的方法及其装置。

根据本发明，揭示了一种装置和方法供气体燃料发动机自动控制喷射定时和功率均衡，它应用了一个电子控制装置和一个轴编码器(shaft encoder)。该发动机包括一个汽缸组，该汽缸组至少有一只带一只排气口的汽缸和一个汽缸盖。有一燃料喷射器座落在汽缸内，它有一个阀将喷射器内的燃料和汽缸内的燃料腔隔离开来。一活塞在各汽缸内往复移动，它和连杆连接。连杆将各活塞和曲轴连接，通过曲轴将活塞的住复运动转变成曲轴的回转运动。轴编码器和曲轴联结，并监测曲轴的转数，产生控制脉冲。电子控制装置与轴编码器及各个燃料喷射器相联结。

本发明的控制方法包括若干步骤。请注意：在下面叙述中应用的术语“喷射时间”应理解为该电子仪器控制一个脉冲，该脉冲中的激发使喷射器的开启将比脉冲起动滞后一个短时间(一般为5毫秒)。开始时设定一个初始喷射时间。测量曲轴的转速，并与起先预置的限值(first preset limit)相比较。同时，按发动机转速的预定函数(pre-determined function)计算喷射时间。在曲轴转数超过起先预置限值之前，有效喷射时间或工作喷射时间与初始喷射时间相等。

当监测到速度超过起先预置的限值时，其工作喷射时间将按预定的固定比率(rate)提前一定时间(提前时间将使相对于上死中心(Top Dead Center)的曲柄角度得以减小)。当工作喷射时间已提前到与按发动机转速的函数计算的喷射时间相等时或更早些时，其工作喷射时间将保持在按发动机转速的函数计算的喷射时间上，直至关机。    

本方法还包括设定工作脉冲宽度(working pulse width)，用以控制喷入汽缸的持续时间。可用比如平均峰值燃烧压力的方法来推断各汽缸的相关输出功率，这个信息可以用来计算各汽缸的均衡系数(balence factor)，将该均衡系数乘上工作脉冲宽度后，可以调节每个汽缸的喷射持续时间，这样，发动机的功率均衡得以改善。

喷射定时和功率均衡控制具有几个优点。用喷射定时控制后，在起动时经过排气口损失的燃料以及未燃碳氢化合物的总散发量会被减至最小值。另外，燃料喷射器可被调节到在某一速度和条件范围内对喷射开始和喷射持续时间具有最优或接近最优设定值。还有，和液体燃料相反，对于开始对汽缸输送气体燃料这一点，喷射定时可调节到最佳定时设定值状态下运行。用功率均衡控制后，各个汽缸的功率输出可以均衡，从而改善发动机的平稳性和燃料散失，延长发动机的寿命。此外，这种功率均衡可自动地达到，不需费时的重复调整，并可在广宽的运转条件范围内保持。