专利名称：具有电子燃料喷射系统的发电机组发动机的制作方法
技术领域：
本公开涉及在内燃发动机上，尤其是在作为示例的发电机组发动机中的内燃发动机上，使用具有电气感测和曲柄位置感测的开环和另选的闭环电子燃料喷射(electronic fuel injection，EFI)系统。包括例如空气传感器的各种发动机传感器向电子控制单元 (electronic control unit，ECU)发送信号，该电子控制单元(ECU)进而控制燃料/空气混合物以达到所要求的相对空气燃料比(air-to-fuel ratio, AFR)，导致改善和高效的发动机性能。电气传感器确定交流发电机输出的功率量以及系统抽取的功率量，以进一步校准AFR。曲柄位置传感器确定活塞位置以促进最优点火正时。该信息被提供到ECU以控制 AFR且控制点火正时，以维持最优发动机性能和效率。
背景技术：
燃料喷射系统是已知的且在内燃发动机中混合燃料和空气。燃料通过燃料喷射器被强力泵送，以使得燃料雾化，雾化后的燃料随后与空气混合且被间接或直接地置入燃烧室中。必须精确地控制空气燃料比，以实现理想的发动机性能、排放和燃料节省。电子燃料喷射系统通过对各个传感器所提供的持续改变的输入作出反应，来控制喷射的燃料量，其中每个传感器的信息被发送到电子控制单元(ECU)。图1中示出了已知的开环电子燃料喷射(EFI)系统。该已知的开环EFI系统10 例如包括燃料喷射器12、电子控制单元(ECU) 14、空气流量传感器(例如歧管绝对压力 MAP (Manifold absolute pressure)传感器)16、链接 ECU 14 和 MAP 传感器 16 的通信电路 18以及链接E⑶14和燃料喷射器12的通信电路20。业内已知但是没有示出的其他组件包括燃料泵、燃料压力调节器、其他各种各样的输入传感器，这些输入传感器可以包括但不限于霍耳效应传感器、节流阀位置传感器、冷却剂温度传感器、油温传感器以及诸如歧管空气温度(MAT =Manifold Air Temperature)传感器的其他空气流量传感器。图2中示出了已知的闭环EFI系统。闭环EFI系统40的组件总体上与开环EFI 系统10的组件相同，不同之处在于添加了位于排气系统22中的氧气传感器42。通信电路 44链接E⑶14和氧气传感器42。图1的开环EFI发动机系统10和图2的闭环EFI发动机系统40的已知的公共部件包括排气系统22、进气系统24、发动机沈、交流发电机观以及油箱30。空气流32在进气系统M进入，而废气流34在排气系统22排出。燃料36从油箱30移动到燃料喷射器且被雾化。雾化后的燃料38进入进气系统。进一步参考开环EFI系统10，MAP传感器16感测进气歧管中的真空度且将该数据发送到E⑶14。E⑶14使用该信息确定所要求的相对空气燃料比(AFR)(其是在软件中设置的值)，这将提供适当的发动机性能。ECU 14电气地致动燃料喷射器12，使得雾化后的燃料38与空气流32混合以达到所要求的相对AFR。开环EFI系统10不接收关于是否实现正确的AFR的任何反馈。因而，由于燃料喷射器12劣化、MAP传感器16变得超出容许偏差等原因中的任何原因，AFR都可能不正确。尽管开环EFI系统10是较低成本的系统，但是因
4为没有足够的空气/燃料混合控制来实现有效的废气催化，因此发动机可能不满足性能和排放要求。进一步参考图2的闭环EFI系统40，系统40在很大程度上和开环EFI系统10以相同的方式工作，不同之处在于系统40添加了氧气传感器42。氧气传感器42感测燃烧之后废气中的氧气量，该氧气量是AFR是否以太高或者太低值运行的指示。关于氧气水平的数据被发送到ECU 14，且该信息与可以从其他传感器获得的信息一起被处理，对喷射的雾化燃料38的量进行调节，使得实际的AFR与所要求的相对AFR相匹配。在全节流状态期间，在初始起动时，并且在瞬变出现期间(诸如负载突然施加到发动机)，E⑶14忽略来自氧气传感器42的输入，由此模仿开环状态，且发动机沈可以通过运行具有更大(更浓)量的燃料的空气燃料混合物来产生更多的功率。当发动机沈最初起动时直至达到合适的工作温度，来自氧气传感器42的输入也被忽略，其中从起动到氧气传感器42输入读取的时间可以延时一分钟到几分钟，导致非最优发动机性能。闭环EFI 系统在汽车业中是已知的。在汽车业中，使用曲柄轴和/或凸轮轴上的凸起或隆起或缺少隆起来确定活塞的位置以及何时开始点火是已知的。然而，结合传感器来测量功率输出和/或功率负载并不是已知的。仍需要其他方法来优化AFR且获得用于在功率负载下工作的发电机组发动机中的开环或闭环EFI系统的可接受的性能。当前发电机组发动机装配有不监控电流或电压信息且不允许控制器来改变点火正时的简单点火系统。
发明内容
针对发电机组发动机描述了具有电气传感器的开环EFI系统或者另选地具有电气传感器的闭环EFI系统。电气传感器与曲柄位置传感器一起工作，以优化点火正时。尽管描述的EFI系统可能在发电机组发动机中尤其有用，但是只要合适可以用在任意类型的内燃发动机中。因为发电机组发动机的废气排放和总体性能是点火正时以及最优空气燃料比(AFR) 二者的函数，在发电机组发动机上集成电气传感器和曲柄位置传感器以控制点火正时，这在电流抽取波动时提供了最优的发动机性能和效率。电气传感器和曲柄位置传感器向电子控制单元(ECU)发送数据，而该数据以及其他可用传感器可以提供的数据用于确定最优AFR和点火正时。ECU使用关于曲柄位置的信息来控制和改变点火正时，并根据发动机的速度和负载改变点火正时。ECU使用其他数据来致动燃料喷射器，并根据点火正时发送正确量的雾化燃料与空气流混合以进行燃烧，因此发动机能够达到可接受的性能。在不同的发动机速度和负载(其中负载例如是交流发电机的输出)，需要不同的点火正时来获得最优性能。问题在于当前发电机组发动机装配有不允许控制器改变点火正时的简单点火系统。如此处所述的针对发电机组发动机的一个解决方案是提供电气传感器和曲柄位置传感器，以允许发电机组发动机根据速度、负载和/或其他参数来改变点火正时，由此在没有明显的性能劣化的情况下优化废气排放和发动机性能。可以进一步使用来自例如提供关于发动机速度、电流负载、油温等的数据的一个或更多其他传感器的输入，来评估点火正时。根据这些附加输入可以进一步调节点火正时。
5
在一些实施方式中，曲柄位置传感器用于感测转子或调速轮上的基准标记而不是曲柄轴和/或凸轮轴上常用的凸起，来确定活塞的位置和开始点火的正确时间。当转子绕曲柄轴旋转时，基准标记将经过曲柄位置传感器。ECU能够通过检查曲柄位置传感器输出来确定基准标记何时经过曲柄位置传感器。发电机组发动机一般是产生功率以运行电气装置的单机发动机。在发动机相关应用中，不同于发电机组，对于发动机而言，测量电流负载或电压信息是少见的。并且，因为功率产生是发电机组发动机的函数，所以在确定发动机性能优化中使用负载、电流抽取和电压信息作为因子是有利的。例如，ECU可以使用电流和电压信息来计算发电机功率(发电机功率=电压X电流)。功率然后可用作查找表(诸如所要求的AFR表)的输入。在另一示例中，ECU可以使用计算出的功率来将它与某一极限值进行比较，并且确定当达到某一功率输出时是否应该关闭或者限制发电机组，由此起软件保险丝或断路器的作用。发电机组发动机可以是在电网电力缺失情况下的备用电源。在一个实施方式中， 发电机组发动机设置在旅行车中，以辅助电网电力或者在不使用电网电力或当电网电力故障时作为主电源。在其他实施方式中，发电机组发动机可以设置为作为家用或商用的辅助电源。在又一实施方式中，发电机组发动机可以是诸如偏远地点或施工现场这样的电网电力不可用的地点的主电源。应当意识到，发电机组发动机可以具有很多用途且不限于在上面阐述的实施方式中的用途。在一个实施方式中，描述了一种开环EFI系统与电气传感器和曲柄位置传感器集成在一起的发电机组发动机。例如，当ECU要控制点火正时以及控制燃料何时喷射时，可以使用曲柄位置传感器或类似装置。电气传感器例如可以与ECU、曲柄位置传感器和其他传感器结合使用，以优化点火正时或喷射的燃料量。在另一实施方式中，描述了一种闭环EFI 系统与电气传感器和曲柄位置传感器集成在一起的发电机组发动机。闭环EFI系统类似于开环系统，只不过闭环EFI系统使用氧气传感器，该氧气传感器在发电机组发动机运行时向ECU输入与废气相关的数据。在起动时或者在发电机上置有附加负载的时间期间，来自氧气传感器的数据可以被ECU暂时忽略。因此，闭环EFI系统模仿开环EFI系统的操作，直到氧气传感器足够热。应当意识到，在针对闭环操作确定何时使用氧气传感器的信息时，可以采用来自用于提供油温、冷却剂温度、时间或任意组合的值的一个或更多传感器的数据。
图1示出了常规开环EFI系统。图2示出了常规闭环EFI系统。图3示出了集成有电气传感器的开环EFI系统的示意图。图4示出了集成有电气传感器的闭环EFI系统的示意图。图5图示了集成有电气传感器的EFI系统的作出反应的定时。图6示出了合并有凸起型基准标记的转子的一个实施方式。
具体实施例方式图3-图5例示了根据本文描述的发明原理的EFI系统的实施方式。例如，描述了具有电气传感器和曲柄位置传感器的开环EFI系统，或者，另选地，具有电气传感器和曲柄位置传感器的闭环EFI系统。EFI系统可以在发电机组发动机上或任意类型的内燃发动机上使用。发电机组发动机的废气排放和总体性能是点火正时的函数。点火正时决定了空气燃料混合物何时被点火。空气燃料混合物的点火必须精确地在正确时刻，在该时刻活塞处于最优位置，或者排放能够增加而发动机性能被折衷。在功率要求由于发电机组发动机上负载增加或减小而波动时(例如在起动或在发动机工作期间的其他时间)，在发电机组发动机上集成电气传感器和曲柄位置传感器提供了最优的发动机性能和效率。电气传感器向电子控制单元(ECU)发送数据，且该数据以及可以从其他传感器获得的数据用于确定所要求的相对空气燃料比(AFR)和最优点火正时。其他数据可以包括MAP、MAT、油温、冷却剂温度和发动机速度。曲柄位置传感器确定基准标记的位置且将该数据发送到E⑶，该E⑶随后确定点火正时。ECU然后指示点火系统，告诉它何时点火。应当意识到，点火正时可以根据发动机的速度和负载而变化，且这种输入(例如电气传感器)可以被ECU用在点火正时确定中。例如，ECU基于从电气传感器、曲柄位置传感器和其他传感器输入的数据致动燃料喷射器，且燃料喷射器发送正确量的雾化燃料与空气流混合以进行燃烧。这为发电机组发动机提供了与具有根据优化确定的点火正时的所要求的相对AFR的燃料混合物，且发电机组发动机能够高效地工作且具有可接受的性能。如此处所述，使用电流、电压或这二者对功率的测量对于发电机组发动机是唯一的。发电机组发动机具有电功率输出，电流和电压相对容易测量，而汽车系统和大多数其他系统具有机械轴功率的功率输出，其中负载电流和电压不被测量且难以测量。通常，当发电机组发动机上的负载增加时，发电机组发动机损失功率且发动机随后为了赶上工作量而工作，由此在可以使用已知的传感器调节AFR之前影响了性能。对于此处所述的现有发电机组发动机的改进是使用电气传感器，该电气传感器几乎可以瞬时感测例如负载中的变化， 且可以在发电机组发动机的性能受到影响之前，通常小于1秒，实现点火系统中的改变。几乎瞬时还可以意味着与发动机周期相似，对于以3600rpm运转的发动机来说约为17毫秒。 因此，此处的一个解决方案是使用电气传感器测量电流负载和/或电压，并使用曲柄位置传感器获得曲柄位置，从而在性能劣化之前调节点火系统的点火正时。而且，即使可以存在其他传感器，仅电气传感器和曲柄位置传感器就可以足以向ECU提供数据以确保性能不劣化。应当意识到，当负载减小时可能发生发电机组发动机性能的变化，且尽管如此，此处的描述一般地涉及负载增加，当负载减小时系统的功能性在很大程度上是相同的。参考图3，示出了与发电机组发动机集成的开环EFI系统110的实施方式。如该实施方式所示，例如，开环EFI系统110包括燃料喷射器112、电子控制单元(ECU) 114、诸如歧管绝对压力(MAP)传感器116的空气流量传感器、电气传感器111、曲柄位置传感器142、链接E⑶114和MAP传感器116的通信电路118、链接E⑶114和燃料喷射器112的通信电路 120、链接E⑶114和曲柄位置传感器142的通信电路144以及链接电气传感器111和交流发电机1 的通信电路121。可以使用一种或更多种其他类型的空气流量传感器，例如用于确定空气流量的MAT和/或MAP传感器、和/或热线风速仪或一些类型的应变仪。在这种发电机组发动机系统中有时使用但未在图3中示出的其他已知组件包括燃料泵、燃料压力调节器、其他各种输入传感器，这些输入传感器可以包括霍耳效应传感器、节流阀位置传感器、冷却剂温度传感器、油温传感器和歧管空气温度(MAT)传感器。进一步参考图3，发电机组发动机系统的部件包括进气系统124、发动机126、交流发电机128、 排气系统122以及油箱130。空气流132在进气系统IM进入，而废气流134在排气系统 122排出。燃料136从油箱130移动到燃料喷射器112且被雾化。雾化后的燃料138进入进气系统124。E⑶114是系统计算机且经由各种传感器监控发动机工作参数，并向各个组件传输用于指示组件调节其操作的信号。ECU 114包含用于确定可接受的发动机性能所要求的相对空气燃料比的查找表或者算法。化学计量的AFR是燃料成分的函数，并且是在燃烧后不存在过剩空气或者过剩燃料的情况下的空气与燃料的质量比。ECU114使用来自传感器的数据，确定所要求的相对AFR比，该相对AFR比是实际AFR与化学计量的AFR之比。E⑶ 114确定所要求的相对AFR且发送信号到燃料喷射器112，以使燃料喷射器112在特定时间开启特定的时间长度。为了使得发电机组发动机126在校准(calibration)中以所要求的相对AFR比来起动并工作，ECU 114确定需要的燃料量且致动燃料喷射器112，使得燃料与空气流混合以达到所要求的相对AFR。实现这点的一种方式例如是E⑶114还基于从交流发电机1 提供的电气输出121与功率抽取140的关系从电气传感器111接收信息。E⑶114还具有点火正时图，该点火正时图可以是一个轴为发动机速度且另一轴为发动机负载的表。ECU 114 基于点火正时图中的值，使用来自曲柄位置传感器的数据来确定发动机点火系统的正确的点火正时。ECU随后向发动机点火系统发送信号，以实现ECU 114中的表所指定的曲柄位置处的点火正时。例如，ECU 114可以具有查询点火定时应该在什么时间的表，并使用来自曲柄位置传感器的信息，使得ECU 114知道何时启动点火正时。使用来自曲柄位置传感器的信息，E⑶114可以指示点火装置点火。燃料喷射器112是机电式阀，该机电式阀提供对进入到发电机组发动机126的燃料的计量。燃料喷射器112是常闭的，并打开指定的时间长度，以喷射加压的燃料。燃料喷射器112通过在高压下经由小喷嘴强力泵送燃料而使燃料雾化，并且在一个实施方式中， 雾化后的燃料138在发电机组发动机126的进气系统124中与空气流132混合。在其他实施方式中，雾化后的燃料138在发电机组发动机126的燃烧区内与空气流132混合。ECU 114经由通信电路120向燃料喷射器112发送信号。在一个实施方式中，电气传感器111感测从交流发电机1 输出的电气输出121 以及各种器具或附件所需要的功率抽取140。应当注意，电气传感器111可以感测电压或电流，或电压和电流二者。在一个实施方式中，电气传感器111可以设置在E⑶114上或设置在E⑶114内部。例如，印制电路板位于E⑶114内部，而电气传感器111可以安装到印制电路板。来自印制电路板的信息于是被直接传输到ECU 114。在另一实施方式中，电气传感器111可以外部地安装到E⑶114，例如合并为线束或者通信电路121的一部分。在又一实施方式中，电气传感器111可以设置在交流发电机1 上或设置在交流发电机128内部。在一个实施方式中，交流发电机电气输出(例如，由电气传感器经由通信电路121 感测到的)可以在被发送到由发电机组发动机供电的附件之前被进一步调整。例如，交流发电机电气输出进入调整硬件(见虚框146)，该硬件可以是整流器或逆变器。调整硬件可以设置在交流发电机1 和附件之间的任意位置。调整硬件是已知的，因此不做进一步描述。一旦交流发电机电气输出被调整，它可以随后转到加载在发电机组发动机1 上的负载(例如，经由功率抽取140的附件)。在一个实施方式中，电气传感器111可以设置在交流发电机1 和调整硬件146 之间和/或设置在调整硬件146之后。在另一个实施方式中，调整硬件的功率输出可以划分为传输到附件的功率和传输回发电机组发动机126用于对其组件(例如燃料泵)供电的功率。在又一实施方式中，来自交流发电机128的功率直接进入附件且直接在交流发电机1 外执行测量(例如，不使用调整硬件146)。例如，交流发电机可以包括绕组，使得可以将绕组以一组绕组用于附件且其他组绕组用于不同目的(诸如对点火线圈供电或者提供用于对电池进行充电的功率)的方式分开。在这种情况下，可以不存在单独的调整硬件。 然而应当意识到，可以使用调整硬件，例如，其中针对一组绕组使用单个调整硬件，或者其中针对每一组绕组提供调整硬件。如果发电机组126使用这种硬件，则可以在每一组绕组之后或者在调整硬件之后对功率进行测量。应当意识到，交流发电机绕组是已知的，因此不做进一步描述。关于电气传感器及其读取的信息(例如，来自交流发电机的电流和/或电压信息)，在一个实施方式中，ECU 114可以使用电流和/或电压信息来计算发电机功率(例如发电机功率=电压X电流)。功率可以随后被用作ECU中一个或更多查找表(例如，所要求的AFR表)的输入。在一些实施方式中，计算出的功率可用于与某一极限值进行比较，且随后例如在达到某一功率输出时，确定是否应当关闭或者限制发电机组发动机126。在这种配置中，EFI 系统可以起软件保险丝或断路器的作用。在又一实施方式中，如果交流发电机1 效率已知，则还可以计算发动机功率(发动机功率=发电机组功率/交流发电机效率)，且发动机功率可以用在校准中例如被用作所要求的AFR查找表的输入。关于曲柄位置传感器142，该传感器142被配置成确定例如转子63上基准标记61 所在的位置。在一个实施方式中，基准标记61例如是如图6所示的凸起。应当意识到，其他适当的指示物可以用作基准标记61，例如，转子63上的缺口(未示出)。在所示示例中， 当由曲柄位置传感器142进行感测时，基准标记61提供了活塞位置，该数据可能包含关于曲柄角度的信息，并被传输到ECU 114。ECU 114然后起动点火过程，并通过使用来自曲柄位置传感器、可用的其他传感器和查找表的信息来调节点火正时。该信息经由通信电路144 被传输到ECU 114。如图3的实施方式所示，当MAP传感器用作空气流量传感器时，MAP传感器116测量发电机组发动机126的进气歧管中的真空度。压力测量作为数据经由通信电路118发送到E⑶114。MAP传感器116设置在发电机组发动机126的进气系统或者进气歧管IM上。进一步参考图3的实施方式，当发电机组发动机1 正在运行时，MAP传感器116 感测进气歧管1 中的真空，并将该数据传输到ECU 14，与此同时，例如电气传感器111感测交流发电机电气输出和功率抽取140，且将该数据传输到ECU 114。曲柄位置传感器142 还向E⑶114传输基准标记61的位置。一个或更多可用的其他传感器也可以向E⑶114 发送信息。ECU还可以使用功率抽取140数据、从MAP传感器116提供的数据以及来自其他传感器的可用的任意数据，来确定正确的点火正时和所要求的相对AFR比，该相对AFR比是实际AFR与化学计量的AFR的比。应当意识到，所要求的相对AFR是在基于给定参数而提供可接受的发电机组发动机126性能的、ECU的查找表中设置的值。尽管所要求的相对 AFR 一般不是曲柄位置的直接函数，但所要求的相对AFR是整个发动机周期的参数特性，其可以是电流抽取的函数，且其中使用由电气传感器提供的数据是合适的。E⑶114电气地致动燃料喷射器112，使得雾化后的燃料138与空气流132混合， 以达到所要求的相对AFR。在一个实施方式中，为了使得发电机组发动机1 在校准中以所要求的相对AFR比工作，E⑶114例如可以使用空气压力信息(例如，诸如MAP 116的空气流量传感器)、电气输出信息(例如，由电气传感器所感测到的)、功率抽取140信息，来获得所要求的相对AFR比，从而确定需要的燃料136的量。E⑶114于是可以致动燃料喷射器112，使得雾化后的燃料138与空气流132混合，以达到所要求的相对AFR。在这种配置下，E⑶114例如可以知道每个加燃料周期需要多少燃料。加燃料周期在4冲程发动机中例如是两个发动机周期。利用来自传感器的信息， ECU 114可以获得用于每个加燃料周期的气流信息。使用该空气流信息，ECU可以确定所要求的相对AFR以计算燃料流。在一个实施方式中，ECU 114从查找表确定所要求的AFR，查找表的输入之一是来自电气传感器111的信息。应当意识到，曲柄位置传感器142不是AFR表的输入。一旦确定了空气流和所要求的AFR，就可以计算燃料流。ECU 114使用来自曲柄位置传感器142的信息来确定并调节点火正时，并确定何时开启和关闭燃料喷射器。在发电机组发动机126工作期间，传感器111、116、142连续进行监控并向E⑶114 发送数据，使得对点火正时和所要求的相对AFR做出实时调节，并且发电机组发动机126以可接受的性能运行。当功率抽取140增加或减小时，ECU 114几乎瞬时发送信号来调节点火正时，使得即使负载增加/减小，性能劣化最小。ECU 114还向燃料喷射器发送信号，以基于所要求的相对AFR增加或减小喷射的燃料量，由此确保针对下一周期可以使用正确的燃料量。由于集成了电气传感器111和曲柄位置传感器142，发电机组发动机1 可以具有置于其上的附加功率抽取140，并且开环EFI系统110将例如在小于1秒的时间内进行调节而没有明显的性能损失。点火系统使用来自基准标记61的输入，其中在一些实施方式中，基准标记例如设置在转子63上或调速轮上。基准标记61由曲柄位置传感器感测，以提供例如活塞的位置以及何时开始点火。在一个实施方式中，如图6所示，基准标记61例如是转子63上的凸起。在发电机组发动机126上将电气传感器111和曲柄位置传感器142与开环EFI系统110集成在一起的其他优点可以包括控制发电机组过速的能力、改善起动能力、改善服务诊断、用于减小一氧化二氮排放的定时推延、油温太热时使得发动机不被爆振损坏的定时推延以及用于达到最大制动力的定时优化。图4示出了与发电机组发动机集成的闭环EFI系统210的实施方式。闭环EFI系统210例如包括氧气传感器M0、燃料喷射器112、电子控制单元(EOT) 114、空气流量传感器 (例如MAP传感器116)、电气传感器111、曲柄位置传感器142、链接E⑶114和氧气传感器 240的通信电路M2、链接E⑶114和MAP传感器116的通信电路118、链接E⑶114和燃料喷射器112的通信电路120、链接E⑶114和曲柄位置传感器142的通信电路144以及链接电气传感器111和交流发电机128的通信电路121。
在这种发电机组发动机系统中有时使用但是未在图4中示出的其他已知组件包括燃料泵、燃料压力调节器、其他各种输入传感器，这些输入传感器可以包括霍耳效应传感器、节流阀位置传感器、冷却剂温度传感器、油温传感器和歧管空气温度(MAT)传感器。如图4所示，发电机组发动机系统还包括进气系统124、发动机126、交流发电机128、排气系统122以及油箱130。空气流132在进气系统IM进入，而废气流134在排气系统122排出。燃料136从油箱130移动到燃料喷射器112且被雾化。雾化后的燃料138进入进气系统 124。氧气传感器240通过读取排气系统122中废气流134的氧气浓度确定发电机组发动机126的AFR。氧气传感器240读取燃烧之后废气的氧气含量且经由通信电路242将该数据传输到ECU 114。ECU 114于是确定AFR对于最优燃烧是太浓还是太淡，并相应地调节燃料。在起动时，在负载瞬变期间，并且在全节流状态下，即当在发电机组发动机1 上存在负载时，从氧气传感器240到ECU 114的输入可能被ECUl 14忽略，导致闭环系统模仿开环系统，使得发动机1 可以通过运行更浓的混合物来产生更多的功率。一般地，应当意识到，电子控制单元被配置成当功率抽取的大小发生变化(诸如上述事件)时，临时忽略来自氧气传感器的数据。在冷起动时，氧气传感器240输入可以被忽略高达3分钟或更长的时间，直到氧气传感器240到达提供准确读数所需的工作温度。因此，当负载增加时，E⑶114可以忽略氧气传感器240输入，并且集成有电气传感器111和曲柄位置传感器142的闭环系统210模仿如在图3的实施方式中所述的开环系统110。发电机组发动机1 可以忽略氧气传感器对0，直到发动机1 达到稳定状态。此时，E⑶114将开始读取且使用氧气传感器240所提供的数据。此处描述的发电机组发动机126由于它的感测来自交流发电机128的电气输出121以及所需的功率抽取的能力而能够在性能和排放要求内操作，将该数据传输到ECU 114，ECU 114随后控制点火正时和加燃料以获得可接受性能所需的正确的AFR。关于运行发电机组发动机所需的AFR的实际值，AFR是燃料的函数且因此可以根据混合使用的燃料而不同。例如，靠汽油运行的发动机可能需要在化学计量方面稍浓的AFR(约14.6)，而靠 100%乙醇运行的发动机可能也需要在化学计量方面稍浓的AFR，但为稍低的AFR(约9. 0)。 因为这些化学计量显著不同，术语“相对AFR”用于在相等的基础上比较实际发动机AFR。相对AFR是实际AFR与化学计量的AFR的比。因此，如此处所述的发电机组发动机1 的一个优点在于，无论开环还是闭环，发电机组发动机1 将能够在优化排放和性能的同时维持所需的电气要求。发电机组发动机126的瞬时响应将得到改善。瞬时阶跃负载响应将更快且在功率方面的提高将几乎是瞬时的，而没有与当前发电机组发动机1 相关联的延时。图5示出了发电机组发动机126 (例如图3和图4中的发电机组发动机126)的示例性操作。图5示出了发电机组可以以稳定状态301运行。当附件在302开启时，发动机上的功率抽取140在304增加。发动机1 速度开始作出反应，但是电气传感器111已经识别出功率抽取140增加且已经将该数据传输到E⑶114以调节点火正时306。这说明了 ECU 114如何能够作出反应并改变加燃料或点火正时，甚至比发动机速度或MAP 116变化更快。在图5所示的示例中，可以在0. 16秒的标记处调节点火正时。MAP 116识别空气压力的变化308且将该数据传输到E⑶114。E⑶114首先使用空气压力数据、电气输出121数据以及功率抽取140数据，基于负载连续精细调节310加燃料，且然后使用来自MAP 116 或曲柄位置传感器142的数据进行连续精细调节310。以这种方式，发电机组发动机1 可以维持其稳定状态操作，而没有电流抽取140的损失312，并且发动机排放和性能被优化。 该过程优选地在小于1秒的时间内完成，对用户来说看上去是无缝的。
本申请中公开的示例和实施方式在所有方面应视为是说明性而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求书限定而不是由前述描述进行限定；并且在所附权利要求书的等同意义和范围内的所有改变都意图被包含于其中。
权利要求
1.一种集成有电子燃料喷射系统的发电机组发动机，该电子燃料喷射系统包括 电气传感器；曲柄位置传感器； 燃料喷射器； 电子控制单元； 空气流量传感器；第一通信电路，其链接所述电子控制单元和所述电气传感器； 第二通信电路，其链接所述电子控制单元和所述曲柄位置传感器； 第三通信电路，其链接所述电子控制单元和所述燃料喷射器；以及第四通信电路，其链接所述电子控制单元和所述空气流量传感器； 所述电气传感器从交流发电机读取电气输出， 所述电气传感器读取所述发电机组发动机上的功率抽取， 所述曲柄位置传感器读取活塞的位置，来自所述电气传感器、所述曲柄位置传感器和所述空气流量传感器的数据分别经由所述第一通信电路、所述第二通信电路和所述第四通信电路传输到所述电子控制单元，所述电子控制单元基于所述曲柄位置传感器获得点火正时，该点火正时被传输到点火系统，以改变所述发动机的点火正时，并且基于所述电气传感器和所述空气流量传感器、来自所述电子控制单元的数据用于获得所要求的相对空气燃料比，其中所述电子控制单元基于所述所要求的相对空气燃料比和所述点火正时，经由所述第三通信电路致动所述燃料喷射器。
2.根据权利要求1所述的集成有电子燃料喷射系统的发电机组发动机，其中所述电气传感器设置在所述电子控制单元内或设置在所述电子控制单元上。
3.根据权利要求1所述的集成有电子燃料喷射系统的发电机组发动机，其中燃料和空气在所述发动机的进气系统中混合，或者燃料和空气在所述发动机的燃烧区中混合。
4.根据权利要求1所述的集成有电子燃料喷射系统的发电机组发动机，该集成有电子燃料喷射系统的发电机组发动机还包括设置在所述发电机组发动机的转子上的基准标记， 该基准标记被配置成由所述曲柄位置传感器进行定位以确定活塞的位置。
5.根据权利要求1所述的集成有电子燃料喷射系统的发电机组发动机，其中所述发电机组发动机设置在旅行车中。
6.根据权利要求1所述的集成有电子燃料喷射系统的发电机组发动机，其中所述发电机组发动机是单机发动机。
7.根据权利要求1所述的集成有电子燃料喷射系统的发电机组发动机，还包括 氧气传感器；第五通信电路，其链接所述电子控制单元和所述氧气传感器，并且其中来自所述氧气传感器的数据经由所述第五通信电路传输到所述电子控制单元。
8.根据权利要求7所述的集成有电子燃料喷射系统的发电机组发动机，其中所述电子控制单元被配置成在所述功率抽取的大小发生变化时，暂时忽略来自所述氧气传感器的所述数据。
9.根据权利要求7所述的集成有电子燃料喷射系统的发电机组发动机，其中所述电子控制单元被配置成在存在全节流状态时暂时忽略来自所述氧气传感器的所述数据。
10.一种控制发电机组发动机中的空气燃料比的方法，该方法包括以下步骤将发电机组发动机与电子燃料喷射系统进行集成，该电子燃料喷射系统包括电气传感器、曲柄位置传感器、燃料喷射器、电子控制单元、空气流量传感器、链接所述电子控制单元和所述电气传感器的第一通信电路、链接所述电子控制单元和所述曲柄位置传感器的第二通信电路、链接所述电子控制单元和所述燃料喷射器的第三通信电路以及链接所述电子控制单元和所述空气流量传感器的第四通信电路，其中所述电气传感器从所述发电机组发动机的交流发电机读取电气输出，所述电气传感器读取所述发电机组发动机上的功率抽取， 并且所述曲柄位置传感器读取活塞的位置，分别经由所述第一通信电路、所述第二通信电路和所述第四通信电路，将来自所述电气传感器、所述曲柄位置传感器和所述空气流量传感器的数据传输到所述电子控制单元，基于来自所述曲柄位置传感器的数据，将来自所述电子控制单元的数据传输到点火系统，以改变点火正时，基于来自所述电气传感器和所述空气流量传感器的数据，获得所要求的相对空气燃料比，以及经由所述第三通信电路并基于所述所要求的相对空气燃料比和所述点火正时，启动所述燃料喷射器。
11.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括通过在所述点火系统的转子上设置基准标记且使用所述曲柄位置传感器感测位置来确定活塞的位置。
12.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括通过第五通信电路链接所述电子控制单元和氧气传感器，以及经由所述第五通信电路，将所述氧气传感器读取的数据传输到所述电子控制单元。
13.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括在所述功率抽取的大小发生变化时， 暂时忽略来自所述氧气传感器的所述数据。
14.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括当存在全节流状态时，暂时忽略来自所述氧气传感器的所述数据。
全文摘要
本发明提供了一种具有电子燃料喷射系统的发电机组发动机。描述了一种在发电机组发动机或任意内燃发动机上集成了电气传感器和曲柄位置传感器的开环或闭环EFI系统。因为发电机组发动机的废气排放和总体性能是点火正时的函数，在发电机组发动机上集成电气传感器和曲柄位置传感器在电气抽取波动时提供了最优的发动机性能和效率。电气传感器和曲柄位置传感器向电子控制单元(ECU)发送数据，且该数据用于确定最优空气燃料比(AFR)和最优点火正时。ECU根据发动机的速度和负载改变点火正时并致动燃料喷射器，以发送正确量的雾化燃料，来与空气流混合进行燃烧，使得发动机满足了性能。
文档编号F02D43/00GK102155320SQ20111003164
公开日2011年8月17日 申请日期2011年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者克利斯托弗·G·奈特, 大卫·T·法尔考斯基, 彼得·J·范卡里安, 杰弗里·D·彼得森, 马修·J·埃特恩 申请人:康明斯发电公司