專利名稱：清洗燃料的流速確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及內(nèi)燃機(jī)裝置中所產(chǎn)生的燃料蒸氣的控制，尤其涉及一種確定從發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的燃料蒸氣收集裝置所清洗過(guò)的燃料蒸氣量的方法。
在許多國(guó)家中，目前的排放控制需要對(duì)來(lái)自汽車內(nèi)燃機(jī)的燃料供給系統(tǒng)的蒸發(fā)排放物進(jìn)行控制，從而借助于這種蒸氣消除或者基本上減少釋放到大氣中的燃料量。相應(yīng)地，在正常實(shí)踐中，把燃料蒸氣收集裝置安裝到汽車中，從而在汽車工作的所有情況下吸收來(lái)自燃料供給系統(tǒng)中的蒸發(fā)排放物。這種燃料蒸氣收集裝置常常是活性炭型并且通常稱為“碳箱(carbon canister)”。這種燃料蒸氣收集裝置以燃料蒸氣物理地吸收到活性炭中的原理進(jìn)行工作。
燃料蒸氣收集裝置一般具有用來(lái)儲(chǔ)存燃料蒸氣的有限容量，并且必須在汽車工作過(guò)程中清洗到某種程度的內(nèi)含物中。積累起來(lái)的燃料蒸氣在正常情況下借助于通過(guò)燃料蒸氣收集裝置所吸進(jìn)的空氣清除到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管中，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒清洗過(guò)的燃料蒸氣。但是，對(duì)于任何給定清洗空氣流速而言，通常依賴于燃料蒸氣收集裝置內(nèi)的飽和水平，使從燃料蒸氣收集裝置中清洗過(guò)的燃料蒸氣量明顯改變。當(dāng)清洗過(guò)的燃料蒸氣量典型地不能在不具有空氣/燃料比反饋機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)(它公知為開環(huán)系統(tǒng))中進(jìn)行測(cè)量時(shí)，這種開環(huán)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)通常不能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的增加的供給燃料速度進(jìn)行補(bǔ)償。這引起發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩增加，而扭矩增加在怠速時(shí)導(dǎo)致較高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度或者不在怠速時(shí)使汽車速度增加。在嚴(yán)重情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)工作變得不穩(wěn)定，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的實(shí)際空燃比明顯不同于借助于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)在圖上標(biāo)出的空燃比。
在本申請(qǐng)人的美國(guó)專利No.5245974中，描述了一種內(nèi)燃機(jī)的燃料蒸氣控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的細(xì)節(jié)在這里引入以作參考。該文件公開了一種具有燃料蒸氣收集裝置的內(nèi)燃機(jī)裝置，該收集裝置從產(chǎn)生于燃料供給系統(tǒng)內(nèi)的蒸發(fā)排放物中除去了燃料蒸氣。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括雙流體燃料噴射系統(tǒng)，該噴射系統(tǒng)具有把壓縮空氣供給到燃料噴射系統(tǒng)中的空氣壓縮機(jī)。燃料蒸氣收集裝置借助于通過(guò)使用空氣壓縮機(jī)的燃料蒸氣收集裝置的吸入氣體周期地清洗積累起來(lái)的燃料蒸氣。然后，空氣壓縮機(jī)把現(xiàn)在載有燃料蒸氣的空氣供給到燃料噴射系統(tǒng)中，在該噴射系統(tǒng)中，接著把空氣噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中，從而使清洗過(guò)的燃料蒸氣進(jìn)行燃燒。盡管氣缸內(nèi)的分層借助于通過(guò)噴射器加入清洗過(guò)的燃料使大部分保持不變，但是這個(gè)專利沒有特別描述缺少?gòu)娜剂险魵馐占b置中供給來(lái)的燃料量信息的問(wèn)題。
解決這個(gè)問(wèn)題的建議描述在本申請(qǐng)人的國(guó)際專利申請(qǐng)No.PCT/AU97/00439中，這個(gè)專利申請(qǐng)的細(xì)節(jié)在這里引入以作參考。這個(gè)文件描述了一種借助于控制設(shè)置在蒸氣收集裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的流量控制閥的開度來(lái)控制清洗流通過(guò)燃料蒸氣收集裝置的流速的方法。該方法把流量控制閥控制為發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件的函數(shù)。但是，所描述的方法實(shí)際上不能確定到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的清洗流中的燃料蒸氣量。實(shí)際上使用了用來(lái)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供燃料流速估計(jì)的累接方法。這個(gè)申請(qǐng)還描述了一種確定在發(fā)動(dòng)機(jī)的閉環(huán)工作期間所清洗的燃料蒸氣量的方法。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速時(shí)，該發(fā)動(dòng)機(jī)典型地工作在這種方式中。當(dāng)以理想配比的空氣/燃料比條件進(jìn)行工作時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在閉環(huán)控制下也是可能的。但是，在其它發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷如部分負(fù)荷時(shí)，需要使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在開環(huán)控制下，在那里不能直接確定燃料清洗流速。
因此，它有利于在大多數(shù)情況下確定清洗流中的實(shí)際燃料量，即使不是在所有的發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下能夠這樣做。
考慮到這一點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的方法，該方法至少在絕大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下確定從燃料蒸氣控制系統(tǒng)到內(nèi)燃機(jī)的清洗燃料質(zhì)量流速。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種方法，該方法確定了從燃料蒸氣控制系統(tǒng)到內(nèi)燃機(jī)的清洗燃料質(zhì)量流速，而該內(nèi)燃機(jī)具有用來(lái)把清洗氣體從燃料蒸發(fā)控制系統(tǒng)輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓縮機(jī)，該方法包括
確定通過(guò)壓縮機(jī)的清洗氣體的溫度升高量，確定作為該溫度升高量的函數(shù)的清洗氣體比熱率；及確定作為清洗氣體的比熱率的函數(shù)的清洗燃料質(zhì)量流速。
燃料蒸氣控制系統(tǒng)最好包括空氣/燃料分離裝置，該分離裝置收集產(chǎn)生于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃料蒸氣。該壓縮機(jī)最好設(shè)置成把清洗氣體從空氣/燃料分離裝置輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中。但是，應(yīng)該注意到，壓縮機(jī)可以把產(chǎn)生于或者存在于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的任何地方的清洗氣體或者燃料蒸氣輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中。
當(dāng)清洗燃料質(zhì)量流速確定為通過(guò)壓縮機(jī)時(shí)清洗氣體的溫度升高的函數(shù)時(shí)，清洗燃料質(zhì)量流速的確定不依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件。因此，清洗燃料質(zhì)量流速可以在絕大多數(shù)情況下進(jìn)行確定，即使不是在所有發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和速度下可以這樣做。
清洗氣體的比熱率根據(jù)清洗氣體的清洗燃料濃度來(lái)進(jìn)行改變。此外，清洗氣體的比熱率明顯不同于空氣的比熱率。例如，空氣的比熱率大約為1.4，而典型的清洗燃料種類如C3H8、C4H10和C5H14所具有的比熱率位于1.06到1.11之間。一般地，氣體的分子量越大，那么比熱率的值越小。
因此，當(dāng)清洗氣體內(nèi)的清洗燃料或者燃料蒸氣的濃度增加時(shí)，清洗氣體的比熱率減少。因此，借助于監(jiān)控通過(guò)壓縮機(jī)的氣體的絕熱溫度升高的變化，從而確定清洗燃料質(zhì)量流速。即，當(dāng)壓縮機(jī)從只把空氣輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變成輸送空氣和清洗燃料時(shí)，通過(guò)壓縮機(jī)的氣體比熱率改變了。
多數(shù)變?nèi)輭嚎s機(jī)提供接近絕熱壓縮通過(guò)壓縮機(jī)的氣體。但是，該壓縮機(jī)在實(shí)際工作條件下不會(huì)提供完全絕熱壓縮，因?yàn)樵趬嚎s機(jī)內(nèi)存在熱量損失，總之，真正的壓縮機(jī)提供既不是絕熱的也不是等溫的壓縮。但是可以借助于使用多變壓縮公式來(lái)模擬它TOUT=TIN×PRn/(n-1)其中TOUT是壓縮機(jī)的排出溫度；TIN是壓縮機(jī)進(jìn)入溫度；
PR是通過(guò)壓縮機(jī)的壓力比；及n是多變指數(shù)。
使用空氣作為輸送流體的變?nèi)輭嚎s機(jī)的多變指數(shù)典型地為1.3。如果壓縮機(jī)較標(biāo)準(zhǔn)并且提供絕熱壓縮，那么n=Cp/Cv(清洗氣體的比熱率)，而對(duì)于空氣而言等于1.4。這個(gè)不同反映了這樣的事實(shí)壓縮機(jī)不完美并且確實(shí)有損失。
對(duì)于具有通過(guò)它的可變成分的氣體的壓縮機(jī)而言，上面公式可以變形如下TOUT=TIN×PRk/(r/(r-1))其中r是混合物的比熱率(Cp/Cv)。
值k反映了這樣的事實(shí)它是真實(shí)的過(guò)程并且允許產(chǎn)生損失?？梢詾樘厥鈮嚎s機(jī)確定k值。因此，通過(guò)壓縮機(jī)的清洗氣體的比熱率由下面公式來(lái)確定TOUT=TIN×PRk(Cp/Cv)/(Cp/Cv-1)當(dāng)通過(guò)壓縮機(jī)的壓力比通常一定時(shí)，清洗氣體的比熱率可借助于測(cè)量壓縮機(jī)的排出溫度來(lái)確定。例如該溫度借助于設(shè)置在壓縮機(jī)排氣口的下游處的溫度傳感器如熱敏電阻來(lái)測(cè)量。在本申請(qǐng)人的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置中，空氣進(jìn)入溫度一般在進(jìn)入口或者進(jìn)氣管處進(jìn)行測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制的目的。壓縮機(jī)進(jìn)入溫度基本上設(shè)置為與進(jìn)氣管處的空氣溫度相同，而進(jìn)氣管和壓縮機(jī)入口之間的空氣溫度增加量可以達(dá)到最小。但是，還可以預(yù)計(jì)到，另外的溫度傳感器可以緊接在壓縮機(jī)進(jìn)氣的上游處進(jìn)行設(shè)置，從而得到更好的精確度。
平均排出溫度可以借助于用電子學(xué)方法過(guò)濾來(lái)自溫度傳感器的信號(hào)進(jìn)行確定。另一方面，溫度傳感器可以放置成離壓縮機(jī)排氣口一個(gè)足夠大的距離。優(yōu)選地，使用了具有相對(duì)較小動(dòng)態(tài)響應(yīng)的溫度傳感器，從而避免需要進(jìn)一步減弱來(lái)自傳感器的信號(hào)。
如上所述，壓縮機(jī)由于環(huán)繞著壓縮機(jī)的壓縮室的壓縮機(jī)零件和殼體的熱量損失而不能產(chǎn)生完全絕熱的壓縮過(guò)程。例如，在活塞型壓縮機(jī)的情況下，氣缸壁、壓縮機(jī)頭部和壓縮機(jī)活塞可以產(chǎn)生熱量損失。因此，本發(fā)明的方法包括補(bǔ)償裝置，從而借助于監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度和把補(bǔ)償系數(shù)加入到上述確定中來(lái)計(jì)算出上述熱損失的結(jié)果。例如，可以測(cè)量實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)的標(biāo)值和目前發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下的實(shí)際值之間的冷卻劑溫度的差值，并且把它簡(jiǎn)單地加作偏移。
每個(gè)壓縮機(jī)循環(huán)的熱量損失典型地也與壓縮機(jī)的工作速度成反比。為此，該方法還包括在不同壓縮機(jī)速度時(shí)在圖上標(biāo)出熱量損失或者計(jì)算熱量損失。例如，在壓縮機(jī)裝置中進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)，從該實(shí)驗(yàn)中可知，所形成的實(shí)驗(yàn)關(guān)系可以反映出壓縮機(jī)速度的變化。還應(yīng)該注意到，壓縮機(jī)速度對(duì)通過(guò)壓縮機(jī)的溫度升高產(chǎn)生直接作用，因此還需要合適的補(bǔ)償系數(shù)來(lái)考慮壓縮機(jī)速度的變化。這種補(bǔ)償系數(shù)可以在圖上標(biāo)記出來(lái)或者用合適的算法來(lái)確定。大體上，最簡(jiǎn)單的方法是具有查尋圖，當(dāng)這個(gè)自動(dòng)地規(guī)定了隨著壓縮機(jī)速度而改變的每壓縮機(jī)循環(huán)的熱量損失時(shí)，該查尋圖提供了壓縮機(jī)速度的補(bǔ)償。
如上所述，壓縮機(jī)進(jìn)氣的進(jìn)入溫度可以假設(shè)成等于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣處的空氣溫度。如果進(jìn)入溫度改變明顯，那么可以以另外計(jì)算的形式或者借助于考慮在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU中所提供的補(bǔ)償查尋圖來(lái)提供進(jìn)氣溫度的非線性補(bǔ)償。
壓縮機(jī)溫度特性在整個(gè)時(shí)間進(jìn)行改變，因?yàn)?，由于例如環(huán)磨損、閥泄漏等引起壓縮機(jī)性能降低。這可以逐漸減少清洗燃料質(zhì)量流速度確定的精確度。此外，如果限制壓縮機(jī)進(jìn)氣流，那么壓力比改變。這個(gè)由于例如臟的空氣過(guò)濾器而可以升高。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在閉環(huán)供給燃料控制中時(shí)(典型地處于怠速或者處于理想配比的燃料條件)，發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)的清洗燃料可以借助于另一種裝置來(lái)測(cè)量。例如，這種系統(tǒng)公開在本申請(qǐng)人的US專利No.5806304中，該專利的內(nèi)容在這里引入以作參考。為此，本發(fā)明的方法包括把閉環(huán)供給燃料控制期間所確定的清洗燃料質(zhì)量流速與借助于本發(fā)明的方法所確定的清洗燃料質(zhì)量流速進(jìn)行比較。這使得該確定方法可以檢測(cè)得精確并且如所需要的那樣進(jìn)行調(diào)整或者修改。例如，這種方法可以用來(lái)為稍稍不同的燃料蒸氣成分進(jìn)行補(bǔ)償，而這些稍稍不同的燃料蒸氣成分是由于不同級(jí)的燃料(如ULP vs PULP vs Super，不同的RVP)、不同精煉廠(典型地非常小)和產(chǎn)生蒸氣的不同條件所引起。這些變化所產(chǎn)生的熱容量比的實(shí)際變化不希望非常明顯(例如最大大約為5％)，但是，為了精確度更好，如果希望的話，那么可以考慮這些。例如，這種比較過(guò)程還抵消了由壓縮機(jī)進(jìn)氣中的限制或者壓縮機(jī)的機(jī)械性能降低所產(chǎn)生的作用。
在某種情況下或者對(duì)于特殊發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用而言，本發(fā)明的方法可以與其它公知的清洗燃料質(zhì)量流速確定裝置一起使用，從而計(jì)算通過(guò)所有發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)域的清洗燃料質(zhì)量流速。例如，在閉環(huán)供給燃料控制工作下，前述方法可以用來(lái)計(jì)算清洗燃料質(zhì)量流速，同時(shí)對(duì)于大約在局部負(fù)荷期間的工作而言(即通常是開環(huán)供給燃料控制)，本發(fā)明的方法用來(lái)確定清洗燃料質(zhì)量流速。
本發(fā)明的方法相對(duì)于公知的清洗燃料質(zhì)量流速控制方法具有明顯的實(shí)際優(yōu)點(diǎn)。尤其地，相對(duì)于本申請(qǐng)人的國(guó)際專利申請(qǐng)No.PCT/AU97/00439而言，本發(fā)明的方法不需要流量控制閥和用來(lái)控制和驅(qū)動(dòng)控制閥的相關(guān)系統(tǒng)。這使得費(fèi)用明顯減少。本發(fā)明的方法是相對(duì)較低費(fèi)用的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，它主要依賴于作為主要輔件的、壓縮機(jī)出口處的費(fèi)用較低的熱敏電阻。此外，由于連續(xù)地確定清洗燃料質(zhì)量流速，因此不需要象上述國(guó)際申請(qǐng)中所描述的方法一樣預(yù)計(jì)質(zhì)量流速。即，本發(fā)明的清洗燃料質(zhì)量流速確定方法基本上為所有發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況提供閉環(huán)燃料蒸氣清洗工作。
本發(fā)明的方法特別適應(yīng)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有燃料蒸發(fā)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括空氣/燃料分離裝置；和壓縮機(jī)，它用來(lái)把清洗過(guò)的氣體從分離裝置中輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中。但是，把本方法用在具有類似燃料蒸氣控制系統(tǒng)的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中也是可以的。
壓縮機(jī)方便地形成了發(fā)動(dòng)機(jī)的部分雙流體燃料噴射系統(tǒng)，其中把測(cè)量過(guò)的燃料量輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中，該燃料夾帶有壓縮機(jī)所供給的氣體、典型地為空氣。例如，這種雙流體燃料噴射系統(tǒng)公開在本申請(qǐng)人的美國(guó)專利No.4934329中，該專利的內(nèi)容在這里引入以作參考。方便的是，燃料噴射系統(tǒng)成形為夾帶在空氣中的燃料被直接輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中。因此，任何借助于壓縮機(jī)輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中的清洗燃料或者氣體被直接輸送發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中。
燃料噴射系統(tǒng)方便地包括空氣壓力調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置用來(lái)減少由壓縮機(jī)所輸送的過(guò)量空氣，該方法足夠理想從而可以補(bǔ)償任何通過(guò)壓縮機(jī)返回的燃料蒸氣。例如，空氣壓力調(diào)節(jié)器成形為在某種運(yùn)轉(zhuǎn)條件下減少由壓縮機(jī)所輸送的過(guò)量空氣，并使之返回到發(fā)動(dòng)機(jī)空氣進(jìn)氣中或者返回到壓縮機(jī)的進(jìn)氣中。因此，如果燃料蒸氣量在這種運(yùn)轉(zhuǎn)條件期間通過(guò)壓縮機(jī)來(lái)清洗，那么一些燃料蒸氣可以與壓縮機(jī)所輸送的空氣一起輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中，同時(shí)一些燃料蒸氣總是通過(guò)過(guò)量空氣被再循環(huán)，而過(guò)量空氣借助于空氣壓力調(diào)節(jié)器來(lái)返回。但是，典型地當(dāng)可以確定借助于燃料噴射系統(tǒng)輸送噴射器所輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣容積時(shí)，同樣地，可以確定實(shí)際輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣和燃料蒸氣混合物的容積。因此，可以確定借助于空氣壓力調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)而回到發(fā)動(dòng)機(jī)空氣進(jìn)氣或者壓縮機(jī)進(jìn)氣中的空氣和燃料蒸氣的容積。本發(fā)明的方法因此用來(lái)根據(jù)任何這種再循環(huán)燃料蒸氣(即空氣壓力調(diào)節(jié)補(bǔ)償系數(shù))來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，從而保持精確確定清洗燃料質(zhì)量流速。
在某些應(yīng)用中，燃料噴射系統(tǒng)可以成形為便于空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣的節(jié)流，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。但是，壓縮機(jī)進(jìn)氣節(jié)流還具有改變通過(guò)壓縮機(jī)的壓力比的作用(即PR不必恒定)。方便的是，該系統(tǒng)可以補(bǔ)償這種變化的PR值，因此可以精確確定清洗燃料質(zhì)量流速。例如，合適的補(bǔ)償系數(shù)可以借助于計(jì)算方法或者測(cè)量方法來(lái)確定。
為了借助于測(cè)量來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，在壓縮機(jī)進(jìn)氣處設(shè)置合適的壓力傳感器，從而確定節(jié)流過(guò)的空氣壓力。即，進(jìn)行測(cè)量所使用的特殊節(jié)流裝置(如壓縮機(jī)進(jìn)氣通道中的合適蝶形閥)下游處的空氣壓力。然后把另一個(gè)空氣壓力傳感器設(shè)置在壓縮機(jī)的出口下游處，并且比較每個(gè)傳感器的讀數(shù)，從而確定由于特殊節(jié)流度所產(chǎn)生的、通過(guò)壓縮機(jī)的壓力比。另一方面，相反地，那時(shí)在壓縮機(jī)出口的下游處提供第二空氣壓力傳感器，如果壓縮機(jī)下游處的空氣壓力被調(diào)節(jié)到預(yù)定值(例如一種需要滿足燃料噴射系統(tǒng)工作的值)，那么第一傳感器的讀數(shù)可以與這個(gè)固定值進(jìn)行比較，從而為所采用的特殊節(jié)流度確定通過(guò)壓縮機(jī)的壓力比。
為了通過(guò)計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，壓縮機(jī)進(jìn)氣的節(jié)流度和通過(guò)壓縮機(jī)的壓力比之間的關(guān)系可以簡(jiǎn)單地在該位置上借助于圖標(biāo)出在該位置上，發(fā)動(dòng)機(jī)開始校正。然后，使用這種信息形成合適的查尋表，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可以使用這種查尋表來(lái)確定與節(jié)流度相一致的PR值，而該節(jié)流度通過(guò)節(jié)流裝置來(lái)施加。
因此，借助于這些中的任一方法，可以為壓縮機(jī)進(jìn)氣的某個(gè)節(jié)流度計(jì)算出合適的PR值，該P(yáng)R值可以用來(lái)精確確定清洗燃料質(zhì)量流速。
參照附圖來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明比較方便，而這些附圖示出了使用本發(fā)明方法的燃料蒸氣控制系統(tǒng)的一種可能布置。
在附圖中

圖1是本發(fā)明的燃料蒸氣控制系統(tǒng)的示意性圖；圖2是示出了作為輸送氣體溫度的函數(shù)的、所計(jì)算出來(lái)的碳?xì)浠衔镌谇逑礆怏w混合物中的百分比的圖；圖3是示出了作為氣體溫度升高量的函數(shù)的、所計(jì)算出來(lái)的清洗過(guò)的氣體碳?xì)浠衔锪髁康膱D；圖4是根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果的、示出了作為壓縮機(jī)氣體輸送溫度和壓縮機(jī)速度的函數(shù)的、清洗過(guò)的氣體流量的丙烷含量的圖；圖5是根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果的、示出了作為通過(guò)壓縮機(jī)的溫度升高量和壓縮機(jī)速度的函數(shù)的、清洗過(guò)的氣體的丙烷含量的圖；圖1所示的燃料蒸發(fā)控制系統(tǒng)和本發(fā)明的方法可以用在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)上。但是這種方法同樣還可以應(yīng)用到兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中。
該系統(tǒng)包括空氣/燃料分離器10。典型地，這種分離器10包括活性炭的過(guò)濾介質(zhì)。典型地，分離器10的輸入側(cè)與發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)的燃料箱12內(nèi)的蒸發(fā)空間11通過(guò)導(dǎo)管13而連通。單向閥14設(shè)置在導(dǎo)管13內(nèi)，并且當(dāng)燃料箱12內(nèi)的燃料蒸氣壓力高出分離器10內(nèi)的壓力一個(gè)預(yù)定總量時(shí)，設(shè)置成打開狀態(tài)并且把燃料蒸氣流從燃料箱12噴出到分離器10中。另一單向閥17通過(guò)導(dǎo)管13與燃料箱12內(nèi)的蒸發(fā)空間11連通，并且當(dāng)燃料箱12內(nèi)的壓力降落到低于大氣壓力時(shí)設(shè)置成打開狀態(tài)。
空氣導(dǎo)入通道15從空氣箱16延伸到發(fā)動(dòng)機(jī)中。節(jié)流閥8設(shè)置在空氣箱16的下游處的空氣導(dǎo)入通道15中，從而以傳統(tǒng)方式控制到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣導(dǎo)入系統(tǒng)中的空氣流。
把燃料供給到發(fā)動(dòng)機(jī)中的雙流體燃料噴射系統(tǒng)包括燃料管道(fuelrail)24和空氣管道(air rail)21，從而相應(yīng)地把燃料和壓縮氣體供給到噴射器22中，而該噴射器22用來(lái)把夾帶在空氣內(nèi)的燃料噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸中。燃料箱12與燃料管道24通過(guò)燃料線6而連通。沿著燃料線6的燃料泵5把燃料泵出到燃料管道24中，燃料管道24內(nèi)的燃料壓力以正常方式通過(guò)相對(duì)于燃料管道24而設(shè)置的燃料壓力調(diào)節(jié)(未示出)來(lái)調(diào)節(jié)。
借助于壓縮機(jī)20把增壓氣體輸送到空氣管道21中，而該壓縮機(jī)20通過(guò)連接到空氣箱16上的空氣供給導(dǎo)管25吸入空氣?？諝庹{(diào)節(jié)器23以正常方式控制空氣管道21內(nèi)的空氣壓力?？諝庹{(diào)節(jié)器23如前文所提到的那樣設(shè)置成在某種運(yùn)轉(zhuǎn)條件下把壓縮機(jī)20所輸送的過(guò)量空氣倒回到位于壓縮機(jī)20的上游處的空氣導(dǎo)管25內(nèi)的位置處，或者倒回到發(fā)動(dòng)機(jī)空氣導(dǎo)入系統(tǒng)上游處的空氣導(dǎo)入通道15內(nèi)。
分離器10的出口側(cè)通過(guò)導(dǎo)管28與空氣供給導(dǎo)管25連通。借助于閥30，壓縮機(jī)還通過(guò)蒸氣分離器10來(lái)吸入空氣。即，當(dāng)閥30打開時(shí)，壓縮機(jī)20可以從發(fā)動(dòng)機(jī)空氣箱16吸入空氣，并且經(jīng)過(guò)導(dǎo)管28而通過(guò)分離器10，從而清除積累在分離器10內(nèi)的任何燃料蒸氣。
本發(fā)明方法由于在壓縮機(jī)20壓縮清洗氣或者燃料蒸氣而使溫度上升，從而決定了到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的清洗燃料的質(zhì)量流速。這是因?yàn)榭諝夂腿剂险魵獾谋葻崧拭黠@不同。即，由于壓縮機(jī)20的壓力比是公知的，因此可以決定燃料蒸氣和通過(guò)壓縮機(jī)20的空氣之比。用于下面不同氣體型的比熱率如下
通常地，氣體的分子重量越高，那么Cp/Cv的值越低。對(duì)于重氣體而言，這個(gè)值接近1。
從蒸氣分離器10中得到的清洗氣混合物典型地由較輕種類占優(yōu)勢(shì)，該較輕種類具有丁烷、戊烷和己烷并且典型地包括大約90％的混合物(依賴于汽油等級(jí)和溫度)。還存在較高分子量氣體，這些氣體所具有的質(zhì)量比值比這些低得多，因此對(duì)總混合物熱容量具有明顯小得多的作用。因此，通常地它表明了清洗氣混合物具有接近1.1的Cp/Cv值。
圖2示出了清洗氣體混合物內(nèi)的碳?xì)浠衔锇俜直群蛠?lái)自壓縮機(jī)20的輸送氣體溫度之間的理論關(guān)系。該圖根據(jù)下面參數(shù)來(lái)決定壓縮機(jī)20的尺寸大小是這樣的它在每個(gè)噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程中接近輸送5mg的空氣；及所安裝的燃料蒸發(fā)控制系統(tǒng)輸送怠速時(shí)所需要的、最多接近50％的燃料。
對(duì)于大約是1.5到2L容量的典型四缸、直噴四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)而言，因此這是2.5[mg/循環(huán)]×850[rpm]×2[過(guò)程/圈]=4.25[g/min]碳?xì)浠衔锪髁恳虼?，?dāng)燃料蒸氣控制系統(tǒng)起作用時(shí)(即閥30打開時(shí))，怠速時(shí)燃料蒸氣和通過(guò)壓縮機(jī)20的空氣的質(zhì)量最大接近50∶50的混合物。給定所存在的碳?xì)浠衔锏倪@個(gè)水平，可以清楚地看到，混合物的Cp/Cv比率明顯改變。
典型地，就普遍地用圖1的諸如雙流體燃料噴射系統(tǒng)的應(yīng)用而言，空氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)成750kPa的壓力(常數(shù))。如果假設(shè)壓縮機(jī)入口處的進(jìn)氣壓力為100KPa，那么借助于定義，該壓縮機(jī)的壓力比將是7.5∶1。由于在通過(guò)壓縮機(jī)20時(shí)壓縮氣體混合物而形成的溫度升高借助于下面公式來(lái)給出Tout=TinPR＾(Cp/Cv/{Cp/Cv-1))K由于Tin是常數(shù)，10或者20℃的較小溫度變化不會(huì)使結(jié)果產(chǎn)生較大的變化。因此，溫度升高的顯性作用是清洗氣體的比熱率。就上面所提出的條件而言，作為所存在的燃料蒸氣質(zhì)量百分比的函數(shù)的這種關(guān)系的線圖示出在圖2中。使用了293K的進(jìn)入溫度和7.5的壓力比PR。
值得注意的是，作為直接結(jié)果，混合物中的Cp/Cv值的明顯變化改變了從壓縮機(jī)20中輸送來(lái)的氣體溫度。顯而易見的是，當(dāng)該混合物從100％空氣改變成50∶50的燃料蒸氣空氣混合物，該溫度降低接近170℃。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，顯然，在非清洗燃料(CVP)碳?xì)浠衔锪鞯恼麄€(gè)范圍到2.5mg/cycle這個(gè)值，溫度對(duì)物質(zhì)流量的變化非常敏感。超過(guò)這個(gè)范圍的平均增量是每mg每循環(huán)70℃。當(dāng)碳?xì)浠衔锉冉咏?00％時(shí)，混合物熱容量向著清洗燃料蒸氣的熱容量漸近，因此溫度變化逐步變小了。
實(shí)際溫度上升可以借助于假設(shè)壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度等于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度來(lái)進(jìn)行監(jiān)控。壓縮機(jī)輸送空氣可以通過(guò)安裝在壓縮機(jī)排氣的下游處的熱敏電阻或者類似物來(lái)監(jiān)控。平均溫度借助于用電子儀器過(guò)濾溫度信號(hào)或者借助于把傳感器放置在離壓縮機(jī)排氣具有一個(gè)合理距離來(lái)決定。如果傳感器不具有較高動(dòng)態(tài)響應(yīng)，那么在每種情況下不需要進(jìn)一步使信號(hào)減弱。
如果考慮到進(jìn)入溫度變化明顯，而不是簡(jiǎn)單地檢測(cè)通過(guò)壓縮機(jī)20的溫度升高，可以提供進(jìn)氣溫度的非線性補(bǔ)償(算法或者在圖上標(biāo)出)。此外，該方法適合于補(bǔ)償壓縮機(jī)20的變化特性。
如前文所提到的那樣，當(dāng)有熱量損失到達(dá)壓縮室的周圍時(shí)，壓縮機(jī)20不會(huì)產(chǎn)生完全絕熱的壓縮過(guò)程。該損失依賴于氣缸壁、缸蓋和活塞的溫度。還有，每循環(huán)的熱量損失與壓縮機(jī)速度成反比。前面結(jié)果借助于監(jiān)控制發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度來(lái)產(chǎn)生，補(bǔ)償系數(shù)可以加入到確定清洗燃料質(zhì)量流速的發(fā)動(dòng)機(jī)電控元件(ECU)的校準(zhǔn)中。同樣地，速度結(jié)果可以在圖上標(biāo)出或者借助于ECU來(lái)計(jì)算。
圖4和5是實(shí)驗(yàn)曲線，這些曲線證明了來(lái)自壓縮機(jī)20的輸送溫度和所壓縮的氣體的碳?xì)浠衔锖康倪@種關(guān)系。在每個(gè)圖中設(shè)置了一系列曲線，每個(gè)圖示出了在壓縮機(jī)20的排出溫度時(shí)壓縮機(jī)速度結(jié)果。如圖4所看到的那樣，隨著壓縮機(jī)速度的增加，平均輸送溫度也增加了。隨著增加碳?xì)浠衔锖康妮斔蜏囟葴p少，輸送溫度和碳?xì)浠衔锖恐g的通常關(guān)系但是保持相同。
在圖5中，該圖示出了由于由于壓縮燃料蒸氣所產(chǎn)生的、通過(guò)壓縮機(jī)20的溫度升高與由于只壓縮空氣所產(chǎn)生的溫度升高之間的比較，增加的丙烷含量確實(shí)導(dǎo)致了溫差的增加。此外，與壓縮機(jī)20以低速工作時(shí)相比，壓縮機(jī)溫度的增加對(duì)于相同丙烷含量而言導(dǎo)致了更大的溫差。
本發(fā)明方法提供了一種簡(jiǎn)單、可靠的方法，該方法根據(jù)由壓縮機(jī)20所輸送的氣體的絕熱溫度升高而確定了供給到燃料噴射系統(tǒng)中的清洗氣體的質(zhì)量流速。此外，這種方法可以在大多數(shù)情況下(即使不是所有發(fā)動(dòng)機(jī)條件下)使用，而不只是在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行閉環(huán)燃料供給控制時(shí)。即該方法在所有發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下可以有效地提供閉環(huán)燃料蒸氣清洗控制。
此外，該方法適合于導(dǎo)致任何變量產(chǎn)生，這些變量在其它情況下影響確定清洗燃料質(zhì)量流速的精確度。例如，及如前文所述一樣，按照壓縮機(jī)熱量損失、壓縮機(jī)速度變化、壓縮機(jī)排出溫度的改變或者空氣進(jìn)入溫度變化來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，或者作為一個(gè)替換方法是相對(duì)于任何清洗氣體來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，由于任何空氣壓力調(diào)節(jié)使該清洗氣體通過(guò)壓縮機(jī)來(lái)回流，而該空氣壓力調(diào)節(jié)借助于相關(guān)燃料噴射系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。同樣地，該方法可以用來(lái)補(bǔ)償任何例如借助于空氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣節(jié)流而產(chǎn)生的PR值變化。如前面所述一樣，借助于測(cè)量或者計(jì)算由于改變壓縮機(jī)進(jìn)氣節(jié)流度所引起的、壓縮機(jī)壓力比的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)這種補(bǔ)償。
上面描述只是出于示例性的，并且本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，在沒有脫離本發(fā)明的情況下可以進(jìn)行各種變形和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1．一種方法，該方法確定了從燃料蒸氣控制系統(tǒng)到內(nèi)燃機(jī)的清洗燃料質(zhì)量流速，而該內(nèi)燃機(jī)具有用來(lái)把清洗氣體從燃料蒸發(fā)控制系統(tǒng)輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓縮機(jī)，該方法包括確定通過(guò)壓縮機(jī)的清洗氣體的溫度升高量，確定作為該溫度升高量的函數(shù)的清洗氣體比熱率；及確定作為清洗氣體的比熱率的函數(shù)的清洗燃料質(zhì)量流速。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于燃料蒸氣控制系統(tǒng)包括空氣/燃料分離裝置，該分離裝置收集產(chǎn)生于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃料蒸氣，該壓縮機(jī)把清洗氣體從空氣/燃料分離裝置輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中。
3．如權(quán)利要求1或者2所述的方法，其特征在于清洗氣體的比熱率由下面公式來(lái)確定TOUT=TIN×PRk(Cp/Cv)/(Cp/Cy-1)其中TOUT是壓縮機(jī)的排出溫度；TIN是壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度；PR是通過(guò)壓縮機(jī)的壓力比；Cp/Cv是清洗氣體的比熱率；及k是壓縮機(jī)常數(shù)。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，包括提供補(bǔ)償系數(shù)，從而借助于監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度和把補(bǔ)償系數(shù)加入到上述確定中來(lái)計(jì)算出上述熱損失的結(jié)果。
5．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于補(bǔ)償系數(shù)是預(yù)定標(biāo)定值和在目前發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下的實(shí)際冷卻劑溫度之間的冷卻劑溫度的差值，所述差值被當(dāng)作補(bǔ)償系數(shù)加入。
6．如權(quán)利要求3-5任一所述的方法，包括提供壓縮機(jī)速度補(bǔ)償系數(shù)，從而計(jì)算出作為壓縮機(jī)速度的函數(shù)的、壓縮機(jī)的熱量損失變化的影響。
7．如權(quán)利要求3-6任一所述的方法，包括提供排出溫度補(bǔ)償系數(shù)，從而計(jì)算出作為壓縮機(jī)速度的函數(shù)的、壓縮機(jī)排出溫度的變化。
8．如權(quán)利要求3-7任一所述的方法，其特征在于所采用的壓縮機(jī)進(jìn)入溫度等于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣處的空氣溫度。
9．如權(quán)利要求8所述的方法，包括提供進(jìn)氣溫度的非線性補(bǔ)償系數(shù)，從而計(jì)算出進(jìn)入溫度變化。
10．如前述權(quán)利要求任一所述的方法，包括把發(fā)動(dòng)機(jī)工作在閉環(huán)供給燃料控制下的清洗燃料質(zhì)量流速與所確定的清洗燃料質(zhì)量流速進(jìn)行比較，并且需要時(shí)調(diào)整確定方法。
11．如權(quán)利要求4-10任一所述的方法，其特征在于壓縮機(jī)排出溫度借助于設(shè)置在壓縮機(jī)排出部分的下游處的溫度傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量。
12．如前述權(quán)利要求任一所述的方法，其特征在于壓縮機(jī)用來(lái)把壓縮空氣供給到雙流體燃料噴射系統(tǒng)中。
13．如前述權(quán)利要求任一所述的方法，包括提供空氣壓力調(diào)節(jié)補(bǔ)償系數(shù)，從而計(jì)算出壓縮機(jī)所輸送的任何清洗氣體，該清洗氣體可以再循環(huán)回到進(jìn)氣中。
14．如前述權(quán)利要求任一所述的方法，其特征在于還包括壓力比補(bǔ)償系數(shù)，從而計(jì)算出通過(guò)壓縮機(jī)的壓力比的任何變化。
15．如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于通過(guò)壓縮機(jī)的壓力比改變是由于壓縮機(jī)進(jìn)氣節(jié)流所引起的。
16．如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于壓力比補(bǔ)償系數(shù)借助于比較壓縮機(jī)進(jìn)氣處的壓力和壓縮機(jī)下游處的壓力來(lái)確定。
17．如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于壓力比補(bǔ)償系數(shù)借助于比較特殊節(jié)流度和在圖上標(biāo)記出的查尋表來(lái)確定。
全文摘要
一種確定從燃料蒸氣控制系統(tǒng)到內(nèi)燃機(jī)的清洗燃料質(zhì)量流速的方法,而該內(nèi)燃機(jī)具有用來(lái)把清洗氣體從燃料蒸發(fā)控制系統(tǒng)輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓縮機(jī),該方法包括:確定通過(guò)壓縮機(jī)的清洗氣體的溫度升高量,確定作為該溫度升高量的函數(shù)的清洗氣體比熱率;及確定作為清洗氣體的比熱率的函數(shù)的清洗燃料質(zhì)量流速。燃料蒸氣控制系統(tǒng)最好包括用來(lái)收集產(chǎn)生于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃料蒸氣的空氣/燃料分離裝置。
文檔編號(hào)F02M25/08GK1320191SQ99811473
公開日2001年10月31日 申請(qǐng)日期1999年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月30日
發(fā)明者雷蒙德·約翰·希爾 申請(qǐng)人:軌道工程有限公司