内燃机控制系统技术方案

一种内燃机控制系统，具有一压缩气体燃料源，一用于调节来自压缩燃气源的燃气量的控制阀，一进气通道，在该通道中其量值经控制阀调节的燃气与空气混合后供入发动机，燃气量由控制阀调节。控制系统的电子控制单元通过由控制阀调节燃气量来控制供入发动机中的混合物的空燃比，各种传感器检测发动机运行状态。根据检测的运行状态计算发动机的点火定时，当混合物的空燃比在预定的稀薄极限范围时，通过修正点火定时控制发动机有效功率。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【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内燃机，尤其是使用压缩气体燃料如液化丙烷气体(LPG)和液化丁烷气体(LBG)作燃料的燃气发动机的控制系统，特别是一种控制发动机运行以保持准恒定转速操作的控制系统。广为人们所熟知的燃气发动机是这样一种结构，即来自压缩气体燃料源的压缩气体燃料如液化丙烷气体(LPG)和液化丁烷气体(LBG)经由称为“零点调节器(zero governor)”的压力调节器被输送到发动机在燃烧室中燃烧。在传统的燃气发动机中，来自压缩燃气源的压缩气体燃料通过压力调节器被减压到大气压力，并借助于发动机中所产生的真空度使减压的气体燃料供入发动机。特别是，在传统的燃气发动机中，在进气管中装设有作为发动机控制系统的一个元件的节气门，用以控制进入的空气量，同时与所控制的空气进气量相当的气体燃料被供入发动机。然而，由于进气管和节气门的安装受到发动机结构布局的空间的限制，因而不利于发动机及其控制系统的小型化。另外，节气门的设置要求使用钢绳连接件控制节气门，结果使得设计结构简单的发动机控制系统变得很困难。为了克服这些困难，例如，公开号为NO,2-23258的日本专利申请提出了这样一种发动机，其设计意图为通过省略进气管中的节气门而只通过控制供入发动机的气体燃料流速来控制发动机有效功率这样一种方式设计出一种体积小、结构简单的发动机。上述燃气发动机利用压缩气体燃料如液化丙烷气体(LPG)和液化丁烷气体(LBG)具有此诸如汽油和轻油等液体燃料具有更宽的可燃浓度范围这一特性，通过仅对气体燃料量进行控制而不对空气进气量进行控制这样一种方式实现其有效功率的控制。例如，在使用汽油的状况下，空气燃料混合物可燃的最稀的空燃比(稀薄极限)近似为其过量空气系数λ等于1.2，而在液化丙烷气体的情况下，其过量空气系数λ约为1.6。因此，发动机的有效功率可以在发动机相对宽的负荷范围内，仅根据燃料量进行控制，而不必控制进气量。而且，在上述的燃气发动机中，压力调节器和控制阀以串接方式安装在燃气进气系统中的压缩气体燃料源的下游位置。压力调节器将来自压缩气体燃料源的气体燃料的压力调节到一恒定值，以防止由于气体燃料压力的变化而引起气体燃料量的较大变化。控制阀通过控制气体燃料的流通面积对经过压力调节后的气体燃料的流速进行控制，从而控制气体燃料的供给量。被控制的气体燃料量与进入的空气混合，形成的混合物被供入发动机。根据上述燃气发动机，在空燃比由于气体燃料供给量的减少而达到它的稀薄极限之前，可以对发动机有效功率进行控制。然而，如果空燃比大于稀薄极限值，发动机可能出现不规则燃烧，产生失火等。结果，在低有效功率区域内发动机有效功率的波动引起振动增加和不规则燃烧，使没燃烧的燃气成分如碳氢化合物(HC)的排放增加，并因此使发动机的排气污染特征变坏。特别如图1所示，上述燃气发动机有这样一种发动机有效功率特性，即当发动机进入到过量空气系数λ超过例如1.6的不规则燃烧区域时，发动机有效功率急剧下降。在该图中，点A表示稀薄极限点，该点为不则规燃烧区和正常燃烧区的界线，在正常燃烧区中，可以根据气体燃料量正常地控制发动机运行。也就是说，上述燃气发动机的缺点是当空燃比大于稀薄极限点A时，不规则燃烧频繁发生，而且没燃烧的燃气成分如碳氢化合物HC的排放量急剧增加，使发动机的排气污染特征变得很坏。在上述燃气发动机中，即使为了净化发动机排出的废气而在排气系统中装设催化转换器，但由于使用高浓度的气体燃料，催化转换器很容易过热，而且不规则燃烧可能引起发动机转速的波动，这将导致振动的产生和发动机过载息火等。因此，上述燃气发动机的使用受到限制。而且，由于为了调节气体燃料的压力要在进气管中安装压力调节器，而安装尺寸较大的压力调节器需要大的空间，这使设计小型化的发动机控制系统产生困难。此外，如果所使用的气体燃料的种类发生变化，例如，当燃料从液化丙烷气体变为液化丁烷气体时，由于它们的热值不同，气体燃料的最大通道面积必须改变，从而控制阀本身也要进行调换。本专利技术的第一个目的是提供一种用于内燃机特别是燃气发动机的控制系统，该控制系统用以通过控制气体燃料的供给量而不控制空气进气量的方式，来控制供入发动机的空气燃料混合物的空燃比并能够在包括低发动机有效功率范围的较宽发动机有效功率范围内控制发动机有效功率。本专利技术的第二个目的是提供这样一种控制系统，不论供给的气体燃料压力变化与否，该系统能在不使用压力调节器的情况下，稳定地控制发动机有效功率，因此尺寸减小，结构简单。本专利技术的第三个目的是提供这样一种控制系统，该系统可以很容易地适应所使用的气体燃料的种类变化。根据本专利技术的第一方面，提供了一种内燃机的控制系统，包括压缩气体燃料源；用于调节来自压缩气体燃料源的气体燃料量的控制阀；和一个进口通道，在该通道中，其量的大小已经控制阀调节的气体燃料与进入的空气相混合并作为空气燃料混合物供入发动机中，所述发动机为一非节气门式发动机，其中所述发动机有效功率以仅只通过控制供向所述发动机的所述气体燃料的流率而不控制供向所述发动机的空气进气量的方式进行控制。根据本专利技术第一方面的控制系统其特征为包括有通过由控制阀调节气体燃料量来控制供入发动机的空气燃料混合物的空燃比的空燃比控制装置；用于检测发动机运行状况的运行状况检测装置；根据由运行状况检测装置检测的运行状况计算发动机点火定时的点火定时计算装置；当空气燃料混合物的空燃比处于预定的稀薄极限范围时通过修正发动机的点火定时控制发动机有效功率的点火定时修正装置。最好是，控制系统包括构成运行状况检测装置的一部分、用于检测发动机转速的转速检测装置；根据转速检测装置检测的发动机转速变化量确定发动机燃烧状态的燃烧状态确定装置；和根据燃烧状态确定装置确定的燃烧状态确定空气燃料混合物的空燃比是否处于预定的稀薄极限范围的稀薄极限范围确定装置。而且最好是，当空气燃料混合物的空燃比处于预定的稀薄极限范围时，点火定时修正装置通过延迟发动机的点火定时，来减少发动机的有效功率。根据本专利技术的第二方面，提供了一种内燃机的控制系统，包括有压缩气体燃料源；与压缩气体燃料源相连接的燃料输送通道；安装在燃料输送通道上的控制阀，用于调节来自压缩气体燃料源的气体燃料量；和一个进气通道，在该通道中，其量的大小已经控制阀调节的气体燃料与进入的空气相混合，并且作为空气燃料混合物供入发动机。根据本专利技术第二方面的控制系统其特征为包括有以可拆卸形式安装在控制阀下游位置处的燃料输送通道中的燃气喷嘴，用于向进气通道喷射气体燃料。由可以根据施加的电流大小而不是来自压缩气体燃料源的气体燃料的压力控制供入发动机的气体燃料压力的电磁阀构成的控制阀。电磁阀最好是一种电磁比例阀。最好是，电磁比例阀包括有一个用于调节流经电磁比例阀的气体燃料量的阀门部分；其内部装有上述的阀门部分的阀壳；设置在阀壳附近并与上述阀门部分可操纵地连接的励磁装置，用于控制阀门部分的操作；和位于上述阀门部分内的压力调节装置，用于根据流经电磁比例阀的气体燃料的压力调节供入发动机的气体燃料的压力。本专利技术的上述和其他目的、性能和优点，从以下的结合附图的说明中可以更清楚地了解。图1所示为表明传统燃气发动机的发动机有效功率η和碳氢化合物HC排放量之间关系的曲线；图2所示为本专利技术第一实施例的燃气发动机及其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于内燃机的控制系统，其具有一个压缩气体燃料源，一个用于调节来自所述压缩气体燃料源的气体燃料量的控制阀，和一个进气通道，在该通道中其量的大小已经所述控制阀调节的所述气体燃料与进入的空气相混合并作为空气燃料混合物供入该发动机，其改进包括：通过由所述控制阀调节所述气体燃料量来控制供入所述发动机的空气燃料混合物的空燃比的空燃比控制装置；用于检测所述发动机的运行状况的运行状况检测装置；根据所述运行状态检测装置检测的运行状况计算发动机点火定时的点火定时计算装置；当空 气燃料混合物的空燃比处于预定的稀薄极限区域时，通过修正发动机的点火定时控制所述发动机的有效功率的点火定时修正装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1994-6-29 170225/94;JP 1994-8-1 199026/941.一种用于内燃机的控制系统，具有一个压缩气体燃料源(5)，一个设置在所述压缩气体燃料源下游位置处、用于调节气体燃料量的控制阀(7,7′)，和一个进气通道(2)，在该通道中来自所述控制阀的所述气体燃料与进入的空气相混合并作为空气燃料混合物供入该发动机，所述发动机为一非节气门式发动机，其中所述发动机有效功率以仅只通过控制供向所述发动机的所述气体燃料的流率而不控制供向所述发动机的空气进气量的方式进行控制，其特征在于，还包括空燃比控制装置，包括所述控制阀，用以控制供入所述发动机的空气燃料混合物的空燃比；用于检测所述发动机的运行状况的运行状况检测装置(30,35)；根据检测的运行状况计算发动机点火定时的点火定时计算装置；当空气燃料混合物的空燃比处于预定的稀薄极限区域时，通过修正发动机的点火定时控制所述发动机的有效功率的点火定时修正装置。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，包括有构成所述运行状况检测装置一部分、用于检测发动机转速的转速检测装置(30)；根据检测的发动机转速的改变量确定发动机燃烧状态的燃烧状态确定装置；根据确定的燃烧状态确定所述空气燃料混合物的空燃比是否处于所述预定的稀薄极限区域的稀薄极限区域确定装置。3.根据权利要求1至2中任一项所述的控制系统，其特征在于，当所述空燃比处于所述预定的稀薄极限区域时，所述点火定时修正装置通过延迟发动机的点火定时来降低发动机的有效功率。4.一种内燃机的控制系统，具有一个压缩气体燃料源(5)，一个与所述压缩气体燃料源相连接的燃料输送通道(4)，一个安装在所述燃料输送通道上、用于调节气体燃料量的控制阀(7,7′)，和一个进气通道(2)，在该通道中，来自所述控制阀的气体燃料与进入的空气相混合并作为空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：清水元寿，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]