气体燃料发动机的喷射定时和功率均衡控制的制作方法

专利名称：气体燃料发动机的喷射定时和功率均衡控制的制作方法
技术领域：
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。


图1表示按本发明一实施例的带有电子控制器的两冲程气体燃料发动机的透视图；图2(a)图解表示采用已有技术的机械凸轮驱动阀系(valvetrain)的发动机相对于排气口的开启喷射定时；图2(b)图解表示装有电子燃料喷头的发动机相对于排气口的开启的喷射定时；图3(a)是一表示喷射定时自动控制运行的程序方框图的一半；图3(b)是用于和图3(a)组成上述程序方框图的另一半；图4(a)图解说明了图1所示实施例在起动时的工作喷射定时；
图4(b)图解表示了图1所示实施例的发动机在其初始加速时的工作喷射定时；图4(c)图解表示了图1所示实施例的发动机在其起动三分钟后的工作喷射定时；图4(d)图解表示了图1所示实施例的发动机在其达到265转/分钟时的工作喷射定时；图4(e)图解表示图1所示实施例的发动机在其转速达到330转/分钟并满负荷时的工作喷射定时；图5(a)说明电子功率均衡控制器运行的程序方框图的一半；以及图5(b)是用于和图5(a)组成上述程序方框图的另一半。
图1概括说明了依照本发明的装置及其方法。本装置包含气体燃料发动机10，电子控制装置(“ECU”)12和轴编码器(shaft en-coder)14。根据本发明的方法有几个步骤。首先，工作喷射时间(“WIT”)被推后到初始喷射时间)，其中的工作喷射时间是用相对于如上死中心(“TDC”)这样一固定基准点的曲柄角度表示的时间，在这个喷射时间燃料喷头30、32开始向汽缸18、20喷射燃料。其次，测量曲轴46的转速，并和起先预置限值(first preset limit)相比较。当测得速度超过起先预置限额时，WIT将按预定的比率提前一定时间。当WIT等于或小于发动机转速的预定函数值时(“PFIT”)，WIT即设定于PFIT上。本方法还包含设定工作脉冲宽度(“WPW”)。可以用一种方法，比如在燃烧室17、19测得平均燃烧压力峰值(aver-age peak firing pressure)，来推断每个汽缸18、20的有关输出功率，这个信息可以用来计算每个汽缸18、20的均衡指数，再乘以工作脉冲宽度，即可调整每个汽缸18、20的喷射持续时间，从而更好地均衡各汽缸间的功率输出。
再详细参阅图1，表示按本发明一实施例的气体燃料发动机10的透视图，它装有ECU12、轴编码器14、压力转换器48和50及显示器64。本特例中气体燃料发动机10是一个两冲程气体燃料发动机。发动机10具有发动机体16和两个汽缸18、20它配有燃烧室17、19，排气口22、24，排气管道52、54及进气口63、65。尽管本特例中显示了一个具有两个汽缸18、20的两冲程发动机10，本发明也可用于四冲程发动机及多于或少于两个汽缸的发动机。缸盖26、28将汽缸18、20的顶部封闭。缸盖26、28内装有燃料喷头30、32，例如电—液压燃料喷射器或电磁线圈燃料喷射器，以及火花塞41、43。燃料喷头30、32包括阀34、36，它们成为缸盖邻近的顶盖56、58，还包括喷射操作机构31、33，它们控制阀34、36。阀34、36控制着什么时间燃料被输入汽缸18、20。燃料输送管60、62将气体燃料，如天然气，送入燃料喷头30、32。活塞38、40在汽缸内往复运动，并和连杆42、44连接。连杆42、44还和曲轴46连接。曲轴将汽缸18、20内的各个活塞38、40的往复运动转换成曲轴46的回转运动。
ECU12包括一微处理器或中央处理器CPU41、存储器43和钟表45，它和燃料喷射器操纵机构31、33联结，如和电—液压机构或电磁线圈、轴编码器14、压力转换器48、50及显示器64相联结。ECU12控制着什么时候燃料喷射器的操作机构31、33将为燃料喷头30、32打开或关闭阀34、36。存储器43存有以该技术领域内为人熟知的方式储存起来的程序，它使喷射定时和功率均衡控制自动运行。
轴编码器14和曲轴46连接，它每次检测到曲轴46回转一周时即产生一个“零基准”脉冲或“复原”脉冲I1。当曲轴46每转一转时产生复原脉冲的时间要根据轴编码器是怎样装在曲轴46上而定。轴编码器每当曲轴46回转一整转还产生一组均匀分布的计数脉冲。在本实施例中，当曲轴46每转一转轴编码器14产生1440个计数脉冲。
压力转换器48、50装在汽缸盖26、28内，它监测汽缸18、20的输出压力峰值。尽管图上示出的是压力转换器48、50，但任何型式的能测量汽缸18、20内输出功率指数的传感器都可使用。
本实施例中的发动机10是按两冲程循环运行的。为讨论方便起见，此后将对一个汽缸18进行对发动机10的运转说明，然而，下面关于如何运转的说明也适用于按本发明的发动机的所有汽缸。在两冲程发动机中，如图中10，火花塞41在燃烧室17中点燃燃料和空气的混合物，一般刚好在活塞38到达其冲程和上死中心之前点燃。膨胀的燃烧产物迫使活塞38向下运动。活塞运行部分行程后即将排气口22打开，再过一短时间活塞又将进气口63打开。由曲轴46或排气管道52、54中的涡轮机驱动的增压器(图中未示出)提供增压空气，通过进气口63喷入气缸18，并扫除缸18内的大部分废气。当活塞38向上运动时，在活塞38先关闭进气口进而关闭排气口22之前，始终进行着扫气过程。
当ECU12发出指令时，启动机构(actuator)31将燃料喷射器30打开，当排气口22被活塞38打开的的时候或被它打开之后的时间里，喷射器按指令被打开。燃料管路60内的燃料压力相当地高于进气口63处的扫气压力。这样，燃料将流入汽缸18内直至缸内压力上升到高于燃料压力，或ECU12指令喷射器关闭。一个循环中输送燃料的量主要决定于由ECU12发出的脉冲的持续时间(WPW乘上均衡系数)(后面将详细说明)。多少燃料经排气口22逃逸以及多少时间可供燃料和空气混和，取决于开始喷射的定时(WIT)以及喷射的持续时间。活塞38往上向缸盖28运动时将燃料、空气及残剩废气向上推向缸盖28并推出排气口22。终于当活塞38经过排气口后，燃料、空气和剩余废气就被封闭在缸18内。当活塞38接近汽缸18顶部时，空气和燃料的混合物由火花塞41点燃，驱动活塞向下，开始下一个循环。
参阅图2(a)和2(b)，两图说明发动机中喷射定时与排气口22开启的关系。在此特例中，排气口22在上死中心之后(“ATDC”)110°和250°之间开启。在图2(a)中燃料喷射器30是由已有技术的机械凸轮驱动阀系(图中未示出)开动的。如前所述，喷射时间开始的定时和喷射持续时间是由凸轮曲线以及凸轮相对于曲轴的相位关系控制的。在此特例中燃料喷射器在上死中心之后220°打开，在上死中心之后280°关闭。如图2(a)所示，燃料喷射器当排气口尚开启时已经打开，使燃料可以逸出汽缸18。在图2(b)中示出按本发明操作的燃料喷射器30的结果。燃料喷射器在上死中心之后253°开启，在上死中心之后265°关闭。因而，用了ECU12后的燃料喷射器30的喷射开始时间和持续时间可以调节到使燃料仅在排气口关闭之后喷射，并使喷射的量恰好满足需要。结果，即使尚有燃料经排气口22逃逸，其量较少，而输送的燃料总量也是最佳的必需量。
见图3(a)和3(b)，所示为一程序方框图，说明喷射定时控制器运行的步骤。在本特例中，发动机10中的燃料喷射和点火起动之前，需先将发动机用适当的起动电机或其它设施(未示出)将曲轴起动而达到80转/分。一旦发动机10达到转速80转/分钟，发动机10的燃料和点火系统起动，给ECU12的电源一道开通。然后，轴编码器14开始监测曲轴46的转速，轴编码器每次探测到曲轴46回转一周时产生一个“零基准”或“复原”脉冲I1。复原脉冲I1和曲轴角度位置之间的关系与编码器安装位置有关，但一旦轴编码器安装完毕，则在曲轴每一转中的同一曲柄角度位置时产生复原脉冲(步骤66)。在此特例中，曲轴46每一转，轴编码器14输出1440个计数脉冲。用复原脉中I1和计数脉冲I2，ECU12总能知道曲轴46的角度位置及其转速(这将在后面解释)。ECU12在步骤68中监测轴编码器14，当ECU12探测到第一个复原脉冲I1，ECU12即将第一个复原脉冲I1已经测到的信息贮存入存储器43中，进入“是”分支，并在存储器43中设置内部标记(internal flag)1(步骤70)。当ECU12探测到第二个复原脉冲I1时，将从步骤68进入“否”分支。然后，由步骤68的“否”分支或由步骤70的已设定标记(set flag)，可从轴编码器14发出的复原脉冲I1及1440个计数脉冲计算出曲轴46的角度位置，其分辨率可达1/4度以内(步骤72)。同时在步骤74中钟表45输出连续的频率固定的脉冲流，用于和轴编码器发出的计数脉冲I2一起在步骤78中计算发动机的速度。
一旦曲轴46的角度位置在步骤72中计算出来，即可为每个汽缸18及20计算初始喷射定时(IIT)(步骤80)，IIT表示一个时间，以从某一固定的基准点例如复位脉冲I1发出时计算的曲柄角度来表示，在这个时候ECU12向燃料喷射启动机构(fuel injector actua-tor)31输送一个信号，开启阀门34，使燃料喷射器30开始向汽缸18的燃烧室17喷射燃料。IIT是由操作者利用键盘(未示出)等设施经入口19输入存储器43的，并成为步骤82的输入。譬如，如果要为第一燃料喷射器在上死中心之后200°起动一个脉冲，而复原脉冲I1正好在上死中心之后180°起动，那时操作者即可输入20°来更正其误差，ECU12将会给第一燃料喷射器的启动机构31发出信号，在ECU12从轴编码器14获得复原脉冲I1之后20°才打开阀34。
下一步，在步骤84中，喷射定时作为发动机速度的函数(程序函数喷射定时(programmed function injection timing)或“PFIT”)被算出。发动机10起动之后并在正常的怠速运行时，PFIT是一个经验决定的最优时间，它以从一个固定基准点(如脉冲I1)的曲柄角度来表达，用来为燃料喷射器启动机构31打开阀门34，从而为燃料喷射器30起动喷射燃料(步骤84)。在本特例中，计算PFIT的预定函数(predetermined function)是PFIT＝IIT－0.046×RPM－27.8，当然该预定函数可根据特殊的实施例而变动。IIT和PFIT两者都被存储在ECU12的存储器43中。
一旦PFIT被算出，就核查了标记的状态(步骤86)。如标记设定在1，则再核查发动机速度，该速度先前在步骤78中已经算出(步骤88)。如曲轴46的速度尚未达到175转/分钟，则进入“是”分支以将工作喷射时间(working injection time)(“WIT”)设定在IIT(步骤90)。在将WIT设定为IIT之前，WIT处在某种任意的不履行职责的状态。虽在本特例中采用了175转/分钟，但可按需求改变选择的速度限值。一旦WIT已设定为IIT，输给汽缸18的燃料喷射器启动机构31的脉冲将在曲轴的曲柄角(crank angle)(相对于复原脉冲I1)＝WIT＋汽缸的点火角时开始(步骤92)。在点火指令(firing or-der)中第一个汽缸18的点火角一般为零。在步骤92中为计算所需的汽缸16的数目I6和它们的点火角I7在步骤94时被输入ECU12中，并通常被贮存在存储器43中。然后，为汽缸18的燃料喷射器31所需的起动脉冲被送入输出控制逻辑器(output control logic)(步骤96)。上述步骤在曲轴每一转中被重复，下面要叙述上述诸步骤的变化。
正如计算机中常用的那样，ECU12通过其程序重复循环，该程序包含图3(a)和图3(b)中所示的等量步骤的编码(coding for theequivalent of steps)。当ECU12第二次或其后续各次出现复原脉冲I1时，将进入步骤68的“否”分支。再往后，将再次核查其标记状态(步骤86)，如标记设在1，则再核查发动机速度(步骤88)。如发动机速度等于或大于175转/分钟，则进入“否”分支，开始三秒延迟(步骤98)。延迟的作用是从IIT设置的起动后滞状态将WIT缓慢地提前到发动机速度的最优定时，即PFIT。虽然已选择了三秒延迟，但延迟的长度可根据需求而改变。当延迟终止，WIT被提前到相差PFIT1°(步骤100)，其提前量可根据需要而改变。然后，在步骤102中WIT和PFIT作比较，如WIT等于或大于PFIT，则进入“否”分支，则当曲轴曲柄角＝WIT＋汽缸的点火角时，给汽缸18中的燃料喷射启动机构31的输出脉冲起动(步骤92)。如在步骤102中，WIT小于(较多提前于)PFIT时，则进入“是”分支，通过将标记回到零位而清除标记(步骤104)，则当曲轴曲柄角＝WIT＋汽缸点火角时，给汽缸18的燃料喷射器的输出脉冲即起动(步骤92)。
下一步，当标记已被清除，在步骤86中进入“否”分支。进入“否”分支后，在步骤106中，WIT被设定为等于PFIT，则当曲轴的曲柄角＝WIT＋汽缸的点火角时，给汽缸1 8的燃料喷射器启动机构31的输出脉冲即起动(步骤92)。WIT将保持等于PFIT，直到ECU12的电源被切断或直到发动机速度下降到预置的更低的速度，如在本实施例中为25转/分钟。
下面举一个喷射定时控制的软件执行程序(software lmple-mentation)的例子。该程序是用BASIC语言的特殊格式写的，当然喷射定时控制也可用适合于ECU12的任何需要的计算机语言来执行。7000′Automatic Injection Timing Controlif RPM＜25 then FLAG1＝1′仅在起动时发生PFIT＝IIT－0.077*RPM－20.6if FLAG1＝0 then WIT＝PFITgoto 7200′达到要求速度并暂停if RPM＜175 then WIT＝IITgoto 7200wait 200WIT＝WIT－1 ′每2秒提前1°if WIT＜PFIT them FLAG1＝0′停止提前(timed advancing)后续的编码(未示出)，为使用的计算机专用，它可按为本技术领域内所熟知的方式加以创立，将以度数表达的WIT数值转换成编码器脉冲，在此情况下再乘上4，然后设定主喷射器定时(main injectortiming)。
参阅图4(a～e)，用图解说明发动机运转时各个阶段的工作喷射时间。在本特例中排气口22在上死中心之后110°和250°之间开启，并为讨论简单起见，复原脉冲I1将在上死中心处产生。在图4(a～e)中，曲轴每一转中排气口开启位置和复原脉冲I1产生位置均为相同。
在图4(a)中，发动机10运转速度为110转/分钟，发动机10和ECU12已事先关断。按前文所述，WIT等于IIT，IIT被设定燃料喷射时间在上死中心之后253°，即在排气口22关闭之后3°。这种用于起动时的比较短的脉冲持续时间使喷射阀34在发动机低速时仅保持开启12°。
在图4(b)中，事实上，发动机加速超越175转/分钟之后没有流失时间就被加速到200转/分钟。其结果，WIT仍等于IIT。更高的速度增加了在从ECU12产生起动脉冲到喷射器30开始打开之间曲柄转过的角度。因此，燃料开始喷射发生在较大的曲柄角，即上死中心之后256°。喷射持续时间以时间来表达可能略为缩短了些，但由于更高的转速，现喷射阀34在曲柄回转23°之间保持开启状态。
在图4(a)和4(b)两个图中，没有一个喷射发生在当排气口22处在开启的时间，这样有效地将流经排气管52损失的燃料减到最低点。然而，图4(b)表示出在发生点火(刚在上死中心之前)之前仅有一较小的角度。这就减小了燃料和空气混和所利用的时间，这就是下面所说的要将喷射定时提前的理由。
在图4(c)中，发动机速度(及负载)状况和图4(b)相同，但有一段时间比方说三分钟已经流逝，这就使WIT明显减小直至等于PFIT。这样，在三分钟之后，燃料喷射在220°开始，并持续约18°。增加的混合时间使发动机10更为有效，且减少脉冲持续时间后燃料耗量也减少。减小燃料用量可保持发动机速度在220转/分钟。虽然现在喷射开启时还在排气口22打开的时候，但由于发动机速度和喷头30在汽缸18中的位置等原因燃料逃逸量并不大。
图4(d)代表发动机10在265转/分钟中等速度下运转，并比图4(c)具有较大负荷。现在WIT设定为PFIT，PFIT使喷射起动更提前到上死中心之后218°，增加的负荷需要更多燃料，也即需要更长的喷射持续时间，结果使喷射器开启达33°。
在图4(e)中发动机10已达到其额定速度330转/分钟，并呈满负荷。燃料喷射时间更为提前到215°，并且WIT＝PFIT。更高的负荷需要较长的喷射开启时间，结果这一时间曲柄角度达50°利用喷射定时控制后，经排气口22的燃料损失以及未燃烧的碳氢化合物的散失可降到最低限度。另外，燃料喷射器被设定在最佳燃料喷射开启时间或接近这个时间，使燃料开始喷射进入汽缸18可适应一定的速度和条件范围。再有，喷射定时可为气体燃料(与液体燃料对照而言)调整到最佳运转水平，因为用气体燃料不需为燃料提供在喷射循环中汽化的时间。
参阅图5(a)和图5(b)，表示功率均衡控制的运行步骤的程序方框图。如前所述，当发动机10被起动及ECU12开启时，轴编码器14产生一“零基准”或“复原”脉冲I1以及一组计数脉冲I2(步骤66)。再在本特例中，轴编码器14每转产生1440个计数脉冲。ECU12监测轴编码器14并依靠复原脉冲I1和计数脉冲I2计算曲轴46的角度位置(步骤72)。
如图3(a)和3(b)所述，ECU12计算燃料喷射器启动机构31为汽缸18输出脉冲的起始点(相对于第一只点火的缸而言)(步骤92)。在步骤92中计算的输出脉冲由ECU12指向步骤112、114、116及118，这些将在后面讨论。
同时，钟表45在步骤74中产生钟表信号，它会同轴编码器发出的计数脉冲I2用于计算发动机速度(步骤78)。更准确地说，计数脉冲的数量被钟表信号所除得出的速度可转化为转/分钟。在步骤78中速度一经算出，在步骤122中，它和一设定速度I5进行比较，I5是在步骤120中由操作者输入的。比较器输出一误差信号，该信号是计算速度和设定速度之差。该误差信号会同限速器放大系数Kp(＝比例放大系数)、Ki(＝积分放大系数)和Kd(＝微商放大系数)一起被输入步骤124，由ECU12用在该技术领域内为熟知的方式将脉冲持续时间或脉冲宽度(“PW”)加以改变(步骤126)。PW给燃料喷射器启动机构31发信号，控制每个燃料喷射器30应该打开多长时间。由误差信号改正的PW被称为控制脉冲宽度(“GPW”)，并被贮存于ECU12的存储器43内(步骤128)。
然后在步骤130中输入人工脉冲宽度I4(“MPW”)，在步骤132中输入MPW或GPW的选择项13。ECU12检查是否选择GPM(步骤134)。如果步骤134中选择了GPW，则进入“是”分支，这样每个汽缸的工作脉冲宽度(“WPW”)设定为等于GPW(步骤136)。如果步骤134不选择GPW，则进入“否”分支，在步骤138中如速度低于设定速度，则进入“是”分支，并WPW设定为MPW(步骤140)。这通常用于发动机起动的时候。在步骤138中，如果速度等于或大于设定速度，则进入“否”分支，开关被复位而选择GPW(步骤142)。一经开关在步骤142中复位，WPW即被设定为GPW(步骤136)。
然后在步骤144中输入最大允许脉冲宽度(“MxPW”)。然后WPW与MxPW作比较，在步骤146中看看是否WPW超过Mx-PW，以防WPW超过一数值而使燃气喷射器开启过久而致发动机不能正常运行(步骤146)。在步骤146中，如WPW大于MxPW，则进入“是”分支，WPW复位到MxPW(步骤148)。在步骤146中，如WPW等于或小于MxPW，则进入“否”分支，WPW保持原来不变。
然后，WPW的现时值(current value)设定为WPW(步骤150)。WPW值可以和RPM和GPW一起在显示器64上显示出来(步骤152)。然后，每个燃料喷射器的WPW分别乘上一均衡指数KW1，KW2，KW3和KWn而加以调节，这里KWn代表最后一只汽缸的均衡指数(步骤112、114、116和118)。ECU12用压力转换器监测每个汽缸的功率输出，并为每个汽缸得出一均衡系数(balancefactor)，用以均衡所有汽缸的输出功率(步骤156)。均衡系数最好在0.75和1.00之间。举例来说，ECU可以计算出各汽缸的平均输出功率，然后将每个汽缸的功率调整到所有汽缸的平均输出功率，或者ECU12可以将每个汽缸的输出功率调整到某预选的功率水平。在步骤112、114、116、118中，均衡系数一经乘上WPW，输出脉冲即被送到输出单元，在那里电压转换成电流，可用于喷射器启动机构31开动燃料喷射器30的阀门34(步骤158)。有了功率均衡，发动机运转更为平稳，发动机的寿命也将延长。
凡已思考了本发明基本构思的，对熟悉本技术领域的技术人员来说明显可知前面详细的揭示仅仅为了提供例子而不是对本发明加以限制。精于这项技术的人会想到多种多样的替换，改良和修改，虽然这里未加明确说明。这些替换、改良和修改应属于本发明的精神和范围之内，为其所复盖。
权利要求
1.一种为两冲程气体燃料发动机的各汽缸控制喷射定时和功率均衡的方法，这种发动机有一个或更多个汽缸，各汽缸有一个排气口、一个适于在汽缸中往复的活塞、一个连接活塞和曲轴的连杆，各汽缸有一缸盖，它将汽缸封闭，并为燃料喷射器提供一个开口，发动机还有一控制器，和轴编码器联结，轴编码器和曲轴连接，所述方法包括下列步骤——向汽缸开始喷射燃料时对每个燃料喷射器设定一个时间，称作工作喷射时间，发动机起动时将工作喷射时间推迟到初始喷射时间；——测量曲轴的转速；——将测得的转速和起初预置的限值作比较；——当监测到的速度超过起初预置限值时将工作喷射时间按预定比率提前；以及——当工作喷射时间等于或小于程序函数喷射时间时，将工作喷射时间设定到给汽缸开始喷射燃料和程序函数喷射定时上。
2.按权利要求1的方法，其特征在于初始喷射时间是在排气口被活塞关闭之后才开始喷射燃料。
3.按权利要求1的方法，其特征在于测量曲轴速度的步骤还包括下列步骤——曲轴每一转产生一组计数脉冲；——产生钟表信号；以及——由计数信号和钟表信号计算发动机速度。
4.按权利要求3的方法还包括下列步骤——探测曲轴每转产生的复原脉冲；以及——在第一个复原脉冲探测到后设定一标记，标记设定后将监测到的速度和起先预置的即值作比较。
5.按权利要求4的方法，还包括下列步骤——为每个汽缸计算初始喷射时间；以及——为每个汽缸用速度程序函数计算程序函数喷射时间。
6.按权利要求5的方法，还包括下列步骤——核查标记；——如标记已经设定，且监测到的速度超过起先预置的限值，在将工作喷射时间按预定量提前之前延迟一预定量的时间；——如标记已经设定，且监测到的速度小于起先预置的限值，将工作喷射时间设定在初始喷射时间上；以及——当工作喷射时间等于或大于程序函数喷射时间，清除标记。
7.按权利要求6的方法，还包括以下步骤——当曲柄角等于工作喷射定时加上各个燃料喷射器的点火角时，给每个燃料喷射器起动一个脉冲，开始喷射燃料。
8.按权利要求3的方法，还包括下列步骤——计算实际速度和设定速度之间的差额，发出误差信号；——计算控制每次喷射持续时间的第一脉冲宽度；以及——与误差信号相响应调整第一脉冲宽度成为控制脉冲宽度。
9.按照权利要求8的方法，还包括下列步骤——设定人工脉冲宽度；——在人工脉冲宽度或控制脉冲宽度两者间作一选择；——如选用控制脉冲宽度，设定工作脉冲宽度到控制脉冲宽度；——如选用人工脉冲宽度，且实际速度超过设定速度，则设定工作脉冲宽度到控制脉冲宽度；以及——如选用人工脉冲宽度，且实际速度小于设定的速度，则设定工作脉冲宽度到人工脉冲宽度。
10.按权利要求9的方法，还包括以下步骤——如工作脉冲宽度超过最大脉冲宽度，重新设定工作脉冲宽度到最大脉冲宽度。
11.按权利要求10的方法，还包括以下步骤——为每个燃料喷射器将工作脉冲宽度转换成输出脉冲。
12.按权利要求11的方法，还包括下列步骤——测量每个汽缸的功率输出指数；并根据此指数给每个汽缸计算均衡指数；以及——将输出指数乘上计算所得的均衡指数。
13.按权利要求12的方法，其特征在于均衡指数在0.75和1.0之间。
14.一种用于控制两冲程气体燃料发动机中每个汽缸的喷射定时和功率均衡的控制器，该发动机有一个或更多的汽缸，每个汽缸有一排气口，一个适于在缸内运行的活塞，一个连接活塞和曲轴的连杆，每个汽缸有一缸盖，它将汽缸封闭，并为燃料喷射器提供一个开口，燃料喷射器有一阀门，将喷射器内的燃料和汽缸分隔开来，还有轴编码器与控制器和曲轴相联结；该控制器包括——用于推迟工作喷射时间的装置，它为每个燃料喷射器开始向汽缸喷射燃料设定时间到初始喷射时间；——用于测量曲轴转速的装置；——用于将监测到的速度和起先预置的限值作比较的装置；——用于当监测到的速度超过起先预置的限值时，将工作喷射时间按预定比率提前的装置；以及——用于当工作喷射时间提前到等于或小于程序函数喷射时间时，设定工作喷射时间到程序函数喷射时间以开始向汽缸喷射燃料的装置。
15.按权利要求14的控制器，其特征在于初始喷射时间在排气口被活塞关闭后才开始喷射。
16.按权利要求14的控制器，其特征在于测量曲轴速度的装置还包括——用于为曲轴每转产生一组计数脉冲的装置；——用于产生钟表信号的装置；和——用于由计数脉冲和钟表信号计算出发动机速度的装置。
17.按权利要求16控制器还包括——用于探测曲轴每转产生的复原脉冲的装置；及——用于当探测到第一复原脉冲时设定标记的装置，在其中当标记已经设定后，监测到的速度和起先预置的限值作比较。
18.按权利要求17的控制器，还包括——用于为每个汽缸计算初始喷射时间的装置；和——用于为每个汽缸由程序速度函数计算程序函数的喷射时间的装置。
19.按权利要求18的控制器还包括——用于核查标记的装置；——用于当标记已经设定，如监测到的速度超过起先预置的限额，要将工作喷射时间提前一预定量之前，供延迟一定量时间；而当标记已经设定，如监测到的速度小于起先预置的限值时，将工作喷射时间设定到初始喷射时间的装置；——用于当工作喷射时间等于或小于程序函数喷射时间时，供清除标记的装置。
20.按权利要求19的控制器还包括——用于当曲柄角等于工作喷射定时加每个燃料喷射器的点火角时，供启动一个脉冲给每个燃料喷射器的阀门以开始喷射燃料的装置。
21.按权利要求16的控制器还包括——用于为实际速度和预置速度间的差额计算误差信号的装置；——用于为每次喷射的持续时间计算第一脉中宽度的装置；及——用于当根据误差信号调整第一脉冲宽度以产生控制脉冲宽度的装置。
22.按权利要求21的控制器还包括——用于供设定人工脉冲宽度的装置；——用于供选择人工脉冲宽度或控制脉冲宽度的装置；——用于如选用控制脉冲宽度时，供设定工作脉冲宽度到控制脉冲宽度的装置；——用于如选用人工脉冲宽度，且实际速度超过预置速度时，供设定工作脉冲宽度到控制脉冲宽度装置，而如选用人工脉冲宽度，且实际速度小于预置速度时，供设定工作脉冲宽度到人工脉冲宽度的装置。
23.按权利要求22的控制器还包括——用于如工作脉冲宽度超过最大脉冲宽度时，供重新设定工作脉冲宽度到最大脉冲宽度的装置。
24.按权利要求23的控制器还包括——用于为每个燃料喷射器转换工作脉冲宽度到输出脉冲的装置。
25.按权利要求24的控制器还包括——用于测量每个汽缸的功率输出指数的装置；——用于根据测得的指数为每个汽缸计算均衡指数的装置；及——用于将输出脉冲乘上算出的均衡指数的装置。
26.按权利要求25的控制器，其特征在于均衡指数在0.75和1.0之间。
全文摘要
一种在气体燃料发动机中用于控制喷射定时和功率均衡的方法和仪器，该方法为，先给每个燃料喷射器设定向汽缸内开始喷燃料的喷射时间被推迟到初始喷射时间；再测量曲轴速度并和预定的限值比较，当测到的速度超过预定的限值，喷射时间按预定比率提前；当喷射时间提前到等于或小于程序速度函数时，喷射时间被设定到由程序速度函数算出的喷射时间。
文档编号F02D41/34GK1119240SQ9510521
公开日1996年3月27日 申请日期1995年5月3日 优先权日1994年5月3日
发明者哈里P·沃特海莫 申请人:德莱塞·兰特公司