发动机燃料控制系统的制作方法

专利名称：发动机燃料控制系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及内燃机，特别涉及发动机控制，并且更特别涉及用于内燃机的 燃料和点火控制系统。
背景技术：
与温室气体相关的排放物强制性要求以及成本节约机会正在激发处理厂(例如 污水沼气池或垃圾填埋场)的经营者安装使用由他们工厂工艺生产的富含甲烷的垃圾衍 生燃料的发电或热电联产设备。通常，由该设备生成的热能和电能在该工厂内使用以支持该工艺的执行。然而，所 生成的燃料的组分和数量不能随时间而可靠地保持稳定。因此，当从垃圾衍生燃料获得的 净能量不足以完全支撑工厂运行时，这些经营者必须在购买所需的补充电能或者将他们的 发电机或热电发电操作切换到管道燃料之间进行选择。现在已经出现了能够适应两种不同的燃料即仅仅以一种燃料或另一种燃料运行 的发动机控制系统(例如参见EP0727574B1)。不幸的是，这阻止了该系统通过混合管道燃 料与垃圾衍生燃料来利用管道燃料直接补充垃圾衍生燃料。另外，编号为6，805，107的美国专利揭示了向发动机供给质量变化的燃料以及质 量恒定的燃料。然而，质量恒定的燃料从两个单独的出口供给，这样就从其中的一个出口提 供恒流量作为基础流量并且从第二出口提供可调流。由于通过提供恒流量的恒定质量的燃 料，‘107专利的系统不允许使用者完全使用质量变化的燃料运行该系统，即使这种质量 变化的燃料的质量足以向该系统提供能量。已经尝试的另一种解决方案是使用发动机控制系统外部的混合设备，该外部设备 通过混合管道燃料与垃圾衍生燃料来尽力提供恒定的燃料质量。关于该类系统的报告表 明，就高购买成本而言，该类系统的性能和可靠性是非常令人失望的。本发明涉及优于现有技术的改良的方法和装置。

发明内容
本发明具有可以独立和单独地或与其它方面结合地要求保护并且可授予专利权 的几个方面，包括但是并不限于如下方面和实施方式。本发明的实施方式提供了一种燃料控制系统，该燃料控制系统提供了与发动机控 制结合的燃料混合能力，并且可以在维持发动机功率、废气排放和发动机安全余量的同时， 控制两种气体(即垃圾衍生燃料和管道燃料)之间的无限混合和输送所述混合物，而且不 会增加过多的附加硬件或成本。另外，本发明的实施方式将使用发动机的反馈信息来调节 或补偿燃料混合物来体验这些前述特征。在一个实施方式中，本发明提供了 一种动态地控制从可靠燃料源和不可靠燃料源 向发动机供给燃料的方法，包括下列步骤确定将要供给发动机的可靠燃料与不可靠燃料 的燃料混合物的期望外部混合比；并且以可靠燃料与不可靠燃料的燃料混合物的实际混合比向发动机供给燃料。供给的步骤包括控制从可靠燃料源供给发动机的燃料的流量的步 骤；和控制从不可靠燃料源供给发动机的燃料的流量的步骤。在一个实施方式中，本发明提供了 一种动态地控制从可靠燃料源和不可靠燃料源 向发动机供给燃料的方法。所述方法包括下列步骤监测发动机的工作特性；响应所述监 测的发动机的工作特性，控制从可靠燃料源在全流量和无流量之间向发动机的燃料的流 量；以及响应所述监测的发动机的工作特性，控制从不可靠燃料源在全流量和无流量之间 向发动机的燃料的流量。在另一个实施方式中，本发明提供了一种用于从变组分燃料源和恒组分燃料源向 发动机可选择地供给燃料的动态发动机控制系统。所述系统包括第一和第二燃料控制阀和 控制系统。所述控制系统操作地连接至所述第一和第二燃料控制阀。所述控制系统包括至 少一个发动机性能传感器以检测至少一个发动机性能参数。所述控制系统构造成基于所述 检测的发动机性能参数，通过所述第一和第二燃料控制阀调整流量。结合附图并根据下面的详细描述，本发明的其它方面、目标和优点将会变得显而 易见。


附图包括在说明书中并且成为说明书的一部分，附图显示了本发明的几个方面并 且与本发明的具体实施方式
的描述一起用于解释本发明的原理。在附图中图1是显示本发明优选实施方式的装置的简化示意图；图2A-B例示了用于控制图1中装置的燃料控制系统的控制逻辑的例示流程图。虽然将结合特定优选实施方式对本发明进行描述，但是并非意图将其限于这些实 施方式。与此相反，它意图覆盖包括在由所附权利要求书界定的本发明的精神和范围内的 所有可选方案、修改和等同物。
具体实施例方式在图1中示意地显示了依照本发明的实施方式的动力系统100，它可以由当地工 厂中生成的垃圾衍生燃料或代用燃料或从第三方获得的燃料来提供动力。垃圾衍生燃料在 此也可以被称为“免费燃料”、“代用燃料”、“变组分燃料”或“不可靠燃料”，并且通常为源自 生物的燃料，例如甲烷。从第三方来源获得的燃料也可以被称为“可靠燃料”、“稳定燃料”、 “固定组分燃料”、“固定质量”或“管道燃料”，并且通常是矿物燃料，例如液化石油气或天然 气。然而，管道燃料可以是已经处理成高质量标准的生物处理燃料。动力系统100—般包 括内燃机102、电子控制系统104、一对燃料控制阀106、108和通常为发电机110的系统负 载。然而，动力系统100可以用于向除发电机外的其它负载或机器直接提供动力。电子控制系统104和控制阀106、108形成燃料控制系统，即燃料-发动机控制系 统，可以用于独立地控制从两个单独的来源流向发动机102的燃料流。燃料控制系统的至 少一个实施例的主要特征之一是当利用垃圾衍生燃料时，提供用于燃料混合的方法以控制 排放物或输出功率。如图所示，燃料控制系统控制流向内燃机102的垃圾衍生燃料流(如箭头112所 示)和管道燃料流(如箭头114所示)的流量。取决于垃圾衍生燃料或垃圾衍生燃料供给的特性以及内燃机102的工作参数或特性，燃料控制系统可以向发动机102供给燃料流，该 燃料流可以完全是垃圾衍生燃料、完全是管道燃料或垃圾衍生燃料和管道燃料的调和物或 混合物。由于管道燃料通常是从第三方供应厂商购买的，所以在可能时，如果不能完全使用 垃圾衍生燃料112，也应优选尽可能多地使用垃圾衍生燃料运行发动机102。阀106连接到垃圾衍生燃料112的供给线路上并且由电子控制器104可操作地控 制，以便控制流向内燃机102的垃圾衍生燃料流的体积。类似地，阀108连接到管道燃料 114的供给线路上并且由电子控制器104可操作地控制，以便控制流向内燃机102的管道燃 料流的体积。阀106、108优选是电子控制的智能阀，例如当前可以从在Colorado的R)rt Collins 具有主要营业场所的 Woodward Governor Company 得到的 TecJet 或 Raptor (下 文中称作TecJet)阀。不同燃料源即管道燃料或垃圾衍生燃料可以使用不同的TecJet阀。 然而，来自不同场所的垃圾衍生燃料，例如来自填埋场的垃圾衍生燃料与来自污水处理厂 的垃圾衍生燃料相比，也可能需要不同的TecJet阀，它们是特别地构造成用于各自的燃料 类型的聪明阀。为了进行快速的流量控制调整，这些阀可以通过CAN通信链路与电子控制系统 104进行双向通信。使用双向通信链路还允许来自阀106、108内的数字致动器的自诊断信 息传递至电子控制器104。在此使用的CAN通信通常是CAN J1939，但是也可以是其它的 CAN通信链路，例如CAN Open外部通信。在流经各自的阀106、108之后，垃圾衍生燃料112和管道燃料114在混合装置116 处混合。混合装置可以是歧管或在当燃料朝内燃机102移动时连接来自阀106、108的燃料 流的其它结构。混合装置可以包括文丘里结构以便于提高两种燃料流的混合。然而，混合 装置可以仅仅是引出阀106、108的燃料管的连接器。在所示实施方式中，如果要进行垃圾 衍生燃料和管道燃料流112、114混合，则应在被吸入之前进行。然而，在替代实施例中，每 个流都可以在垃圾衍生燃料112和管道燃料114混合之前具有分离的燃料-空气混合室。 该替代构造允许每个混合器依照各自的燃料性能确定大小和进行构造，并且每种燃料的吸 气不会影响另一种气体的吸气。更进一步地，虽然并非在所有实施例中都是必需的，但所示实施方式包括涡轮 117、压缩机118和中间冷却器119，以助于提高发动机输出功率。可选地，涡轮增压器升压 也可以经由涡轮旁路或压缩机旁路节流进行控制，以优化发动机效率和过载保护。电子控制系统104与用于探测发电机系统100的各种工作参数(也被称作“工作 特性”)的多个传感器120-1 可操作地连通。传感器120-1 可以包括用于监测进气歧 管绝对混合物压力、进气歧管混合物温度、发动机转速、废气排放、微粒捕获压力、发动机冷 却液温度、发动机负载和发动机爆震的传感器。而且，电子控制系统104可能可操作地连通 如下传感器，即监测关于垃圾衍生燃料112和管道燃料112的参数的传感器，例如监测燃料 压力、燃料温度、燃料质量(它也可以基于CH4%、C02%或BTU值进行计算)、燃料类型或流 速的传感器。燃料控制系统也可以在任意发动机负载和转速条件下控制与空气流有关的流向 发动机102的燃料流。同样地，所示实施方式的电子控制系统104操作地连接至混合物节 气门130，即节流口的形式。混合物节气门130可以调整进入发动机102的空气-燃料混合 物的量。
点火功能是由电子控制系统104提供的。电子控制系统104包括微处理器控制的 点火单元132。微处理器控制的点火单元132优选是形式为IC-920或IC-922点火模块的 电容-放电点火系统控制器，且微处理器控制的点火单元132连接至电容放电线圈134。微 处理器控制的点火单元132充当电子控制系统104的电子控制器136在CAN通信链路上的 从属设备。虽然优选使用IC-920或IC-922点火模块，但是还可以使用其它OEM点火系统 或由发动机供电的点火系统。然而，利用其它类型的点火系统时，可以使用电容-放电点火 之外的其它类型的线圈。爆震检测和减弱可以由振动检测爆震传感器140提供，振动检测爆震传感器140 连通回到形成电子控制系统104的一部分的爆震检测模块142。优选地，爆震检测模块142 的形式为当前也可从Woodward Governor Company获得的FireFly Detonation Detection Control (萤火虫爆燃检测控制器)。同样，爆燃检测模块142通过CAN通信链路通信，爆震 检测模块将充当电子控制器136在专用CAN链路上的从属设备。燃料控制系统使用取决于燃料质量的定时设定点，这样所命令的整体火花定时就 与基于甲烷数量的发动机要求一致。用于爆震保护的点火延迟命令是从爆震检测模块142接收的并且对其起作用。由 爆震引起的点火延迟动作是由主电子控制器136监测/控制的，如果最大定时延迟不能完 全消除爆震，点火延迟动作将起作用以降低发动机功率。燃料控制系统可以控制发动机的转速或输出以及废气排放。而且，燃料控制系统 可以基于发动机转速控制火花定时或者基于缺火程度控制火花能量。整体点火定时校准将 是燃料特性。燃料控制系统可以应用到任意输出功率的、自然吸气或涡轮增压的多列式、直列 和V型发动机。燃料控制系统是经由PC很容易地进行配置的，并且可以覆盖包括例如木煤 气到填埋场燃料到LPG的宽范围的燃料组分。该系统可以在使用单个类型的燃料(即管道燃料或垃圾衍生燃料)的单燃料模 式或混合燃料模式下运行。在单燃料模式下运行时，具有足够的BTU热含量和对于特殊发 动机的抗爆震特性的任意燃料组分是可行的。在混合模式下运行时，在完全变组分的垃圾 衍生燃料和完全固定组分的管道燃料之间的任意混合也是可行的。不论是在单燃料还是混 合模式中，垃圾衍生燃料质量的典型变化在发动机的正常工作期间是由燃料控制系统补偿 的。希望垃圾衍生燃料符合名义上是已知端点之间的甲烷和惰性燃料的二元混合物的标 准。另外，在混合模式中，管道燃料质量(BTU热含量、沃布值和/或组分)越一致，燃料控 制系统越可以基于燃料混合算法更高效地操作。当需要时，提高管道燃料的一致性以改善 电子控制系统104，以便更精确地估算供给发动机102的燃料混合物的能量含量。燃料控制系统的燃料混合操作允许独立地控制来自两个单独来源的燃料流，同时 维持发动机转速/负载控制、废气排放、爆震和缺火余量，且对于两种燃料的混合比没有约 束，只要它们各自的供给压力和性能保持在发动机适用的校准限度中即可。如果这些参数 漂移到校准限度之外，燃料混合系统能够按照需要自动地调整混合比(即垃圾衍生燃料与 管道燃料之比)以维持所需要的功率并且继续防止爆震和缺火。燃料控制系统可以从内燃 机102收集工作特性反馈信息，例如进气歧管压力、废气排放、输出功率和发动机温度，以 便动态调整混合比。通常，已混合燃料质量的正常变化在发动机102的燃料混合操作期间由燃料控制系统基于输出功率反馈补偿。除内燃机102的工作特性之外，燃料控制系统可以基于垃圾衍生燃料供给112的 特性控制混合比。如果燃料压力或燃料性能明显偏离正常范围，燃料控制系统实现进一步 的混合比改变。如果有必要的话，燃料控制系统可以降低发动机功率甚至使发动机停机。此 外，燃料控制系统可以提供伴发的报警动作和诊断信息。电子控制系统104可以编程以覆盖从液化石油气(LPG)和天然气到填埋气和其它 低BTU燃料的宽范围的燃料组分。燃料控制系统可以如图所示由多个单独模块的组合形成，或者替代地，可以形成 为单个电子控制装置。更进一步地，此前描述的功能可以是其中燃料系统104由CAN通信 与该第三方系统连通的第三方控制系统的一部分。现在已经介绍了动力系统100的主要结构特征，下面将要描述动力系统特别是燃 料控制系统的操作和特征。图2A和2B显示了流程图，该流程图一般地显示了基于各种使用者指定的数量，例 如期望的或外部输出功率、期望的或外部混合比、最高输出功率、最低输出功率、最低垃圾 衍生燃料使用(或最大管道燃料使用)，的燃料控制系统的潜在控制逻辑。这些数量仅仅是 可以由操作者在外部确定的各种参数中的几个。在理想情况下，燃料控制系统在100%的垃圾衍生燃料而没有添加任何管道燃料 的混合比下运行。然而，当发动机的工作参数，例如爆震、废气温度、废气排放、输出功率、进 气歧管压力等变化到容许的预定范围之外或者垃圾衍生燃料的供给不足以使发动机运行 时，燃料控制系统将从该期望的或外部混合比变化到在实际燃料混合物中包括管道燃料， 从而形成实际的混合比。燃料控制系统的正常操作包括遵循由终端使用者输入的外部命令(即期望的) 功率目标，同时依照从生产垃圾衍生燃料的工厂接收的输入逻辑和信息消耗垃圾衍生燃料 112和管道燃料114或其中之一的燃料。通常，该输入逻辑将是燃料控制系统以最低输出功 率(即控制系统将输出功率维持在最低输出功率之上)或最低垃圾衍生燃料使用(即控制 系统将垃圾衍生燃料使用维持在最低垃圾衍生燃料使用之上)操作。在需要时，根据运行条件，燃料的实际混合可以偏离接收的输入逻辑。外部混合比 是范围从全部为管道燃料而没有垃圾衍生燃料到没有管道燃料而全部为垃圾衍生燃料以 及中间的所有混合物的比例值。这是通过对于每种燃料使用专用的阀106、108实现的。每 个阀106、108都对于特定的燃料BTU和可用的燃料压力确定大小和进行编程。燃料控制系统，尤其是电子控制器136，确定每个阀106、108所需的瞬时质量流量 并且命令这些燃料流流向各自的阀106、108。每个阀106、108反过来又进行操作以输送所 命令的质量燃料流。在一些实施方式中，燃料控制系统，尤其是电子控制系统104的电子控制器136， 估算供给到发动机102的燃料混合物的实际能量含量。基于100%的管道燃料和100%的垃 圾衍生燃料之间的插值，该能量含量用于垃圾衍生燃料调整点火定时和/或降低负载。该 信息存储在查找表中。来自电子控制器104的点火控制器的实际点火定时用作电子控制器 104内部的总效率查找表的输入。该估算的能量含量也可以用于补偿供给发动机102的燃 料的实际混合比。CN 102066725 A燃料控制系统连续地确定基于从工厂接收的输入逻辑的最终内部或实际混合比 或编程的期望混合比(即混合比设定点)，例如，期望的100%的垃圾衍生燃料的混合比。在 正常情况下，外部或期望混合比与实际或内部混合比相同。然而，可能发生不希望或不能实 现目标的外部混合比的情况。当目标外部混合比为100%或相对较高比例的垃圾衍生燃料 时更可能如此，并且可以是下列的结果 用于输送期望BTU值的垃圾衍生燃料的供给压力不充足(这将导致垃圾衍生燃 料阀106生成“流量未达到”警报)。 垃圾衍生燃料的受监测的处理压力处于或者低于外部命令的最小阀值(该特 征使得工厂防止燃料混合活动耗尽垃圾衍生燃料和/或不利地影响工厂垃圾衍生燃料生 产过程)。 燃料控制系统检测到的高废气温度(归因于垃圾衍生燃料的不利的燃烧特性) (该特征是可选特征)。在这些情况下，垃圾衍生燃料112在实际或内部混合比中的份额将会在从工厂接 收到的输入逻辑允许的约束范围内减小为允许依照工厂输入逻辑而又维持临界发动机和 过程参数处于正常范围内的操作的值。如果混合约束、外部条件和临界参数不相容，就会停 机并且生成警报。燃料控制系统提供给终端使用者的期望特征是构造使用最小量或完全没有管道 燃料，达到垃圾衍生燃料可用以满足期望的输出功率目标的程度的控制的能力。例如，如果 使用者想要只使用垃圾衍生燃料，终端使用者首先设定外部或期望的混合比为100%垃圾 衍生燃料。此外，如果100%垃圾衍生燃料不足以提供期望的功率，使用者可以指定最大容 许管道燃料使用率(例如通过设定混合比输入为90%垃圾衍生燃料而指定为10% )。下一步是为期望的输出功率设定窗口，从而允许燃料控制系统在上(优选的)目 标级和下(最低容许)功率级之间调节功率。在该构造中，燃料控制系统将使用100%的垃 圾衍生燃料、垃圾衍生燃料质量和可用性许可把功率维持在上目标级。由于垃圾衍生燃料 112通常是在当地工厂生物生成的，燃料的质量或组分的变化会比管道燃料大得多，这会通 过使用垃圾衍生燃料导致所生成的输出功率产生变化。进一步地，因为垃圾衍生燃料的生 产率会随时改变，所以工厂可能不能提供足够的垃圾衍生燃料或终端使用者可能不想使用 太多燃料以至于中断垃圾衍生燃料生产过程。因此，燃料控制系统可以调节输出功率以保 护垃圾衍生燃料生产过程。当由于这些原因之一而不能达到上目标功率时，燃料控制系统将自动减少负载， 从而减少垃圾衍生燃料流量，同时维持混合比为100%。在此情形中，混合比已经优先于输 出功率。然而，在该模式中，尽管混合比优先于输出功率，燃料控制系统也不会将功率降低 到低于使用者所指定的最低容许级。相反地，如果有必要的话，管道燃料将添加到垃圾衍生 燃料中以将功率维持在使用者指定的最低级上。在该模式中(即当在使用者输入目标功率和最低容许功率设定之间存在差异 时)，只要不可能同时维持目标功率和100% (或目标)混合比，降低功率到使用者指定的 下限将先于降低混合比。该模式对于低于100%的垃圾衍生燃料的期望混合比是可用的，虽 然100%的垃圾衍生燃料通常是使用者的优选设定。也就是说，因为输出功率的降低是改型 的首要事情，所以维持混合比优先于或者先于维持期望的最高输出功率。
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因此，只要使用者将最低容许或实际输出功率设定为期望功率的设定值或者它之 上，该模式就可以使用和停用。如果期望，它也可以通过调整程序设定值或者将上或下负载 输入值输入成相同的值(通常通过将两个值结合为仅有一个信号)而被永久地停用。还有“功率优先”离散输入。它的目的是允许使用者对可能发生的不能同时满足 的最低功率和最大容许管道燃料使用(即预定的最小量的垃圾衍生燃料使用)指示优先选 择。当使用者选择功率优先为真时(或者，垃圾衍生燃料优先为假时)，功率将通过将管道 燃料添加到所指示的最大容许级之上而得到维持，并且将启动表示这种情况正在发生的警 报。当功率优先为假时(或者，垃圾衍生燃料优先为真时)，将遵守最大容许管道燃料极限 值，并且将功率降低到低于最低容许功率输入，并且生成表示这种情况正在发生的警报。替 代地，伴随警报的发生，可以启动停机。既然已经提供了本发明燃料控制系统的结构和操作特征的更一般的说明，下面将 详述图2A和2B中所示流程图的更详细的说明，其中图2A和2B显示了一组由燃料控制系 统实现的控制逻辑以包括这些特征。燃料控制系统在初始块200处启动。一旦开始，燃料控制系统就继续执行判定块 202，以确定是否已经选择了固定的混合比模式，例如通过确定固定混合比为真。如果确定 了固定混合比为真，接下来确定目标混合比是否小于100%的管道燃料，如判定块204中 所示。如果控制系统已经编程成混合比为不小于100%的管道燃料，燃料控制系统就会以 100%的管道燃料运行，如处理块206中所示。在该模式中，上文标识的电子控制系统104 将关闭阀106从而防止来自垃圾衍生燃料112的任何燃料流并且打开控制管道燃料114的 阀 108。返回判定块204，如果目标混合比小于100%的管道燃料，燃料控制系统将会继续 确定发动机102的实际或内部输出功率是否小于外部的期望输出功率，如判定块208中所 示。如果发动机的实际输出功率小于期望的输出功率，则燃料控制系统将确定混合物节气 门是否大于75%，如判定块210中所示。如果混合物节气门不大于75%，则燃料控制系统 将继续执行打开节气门以提高功率，如处理块212中所示。在节气门已经增大之后，通过返 回到判定块208重复该节气门分析过程以确定发动机108的输出功率是否小于期望的输出 功率。应当指出，75%仅仅用于例示目的。该限值可以依照发动机性能和燃料规格由使用 者调整为更高或更低的值。返回判定块210，如果混合物节气门大于75%，燃料控制系统将继续确定发动机 102的实际输出功率是否小于预定的期望最低输出功率，如判定块214中所示。如果发动机 102的实际输出功率小于预定的期望最低输出功率，燃料控制系统将发送停机请求并且打 开警报以表示未满足期望的最低输出功率，如处理块216中所示。替代地，如果发动机102 的实际输出功率不小于最低期望输出功率(即实际输出功率大于最低期望输出功率)，燃 料控制系统将继续运行目标混合和调整的功率，如处理块218中所示。该调整的功率将小 于期望的输出功率；但是将大于预定的最低期望输出功率。返回判定块208，如果发动机102的实际输出功率不小于期望的输出功率(即发动 机在期望的功率级或之上运转)，燃料控制系统将继续确定是否达到垃圾衍生燃料112和 管道燃料114之间的期望目标混合比，如判定块220中所示。如果达到期望的混合比，即在 流程图中显示为未达到垃圾衍生燃料112的期望流量为假，燃料控制系统将会运行期望的目标混合比和期望的输出功率，如处理块222中所示。当燃料控制系统在如判定块202中 所初始确定的固定混合比模式中运行的主模式下时，这是期望的运行状况。优选地，该期望 的目标混合比将为100%的垃圾衍生燃料112。替代地，如果燃料控制系统确定未达到期望的混合比，即在判定块220中显示为 未达到垃圾衍生燃料流量为真，燃料控制程序将继续确定预定的期望最低输出功率是否小 于预定的期望输出功率，如判定块224中所示。该判定步骤用于确定使用者是否已经超过 了此前所述的预定期望功率范围的任何使用。如果期望的最低输出功率小于期望的输出功 率，这表示使用者已经认可低于期望输出功率的预定的容许输出功率范围，燃料控制系统 将继续按照需要降低功率，直至达到期望的混合比或者发动机102的实际输出功率等于期 望的最低输出功率，如处理块2 中所示。一旦已经满足了这两个条件之一，燃料控制系统 将确定实际输出功率是否大于或等于期望的最低功率并且期望的最小量的垃圾衍生燃料 是否用在实际的混合比中(即，已经满足目标混合比)，如判定块228中所示。如果达到了 这些条件，燃料控制系统将继续运行期望的目标混合比和大于或等于预定的最低功率的调 整功率，如处理块218中所示。替代地，如果未满足判定块228中的条件或发动机102的最低期望输出功率设定 为高于判定块224中所确定的期望输出功率，燃料控制系统将继续确定使用者是否已经将 燃料控制程序设定成在功率优先模式下操作，这在判定块230中显示为功率优先为真，或 是在混合比优先模式下操作，这将是功率优先为假。如果功率优先不是真(即使用者已经 将燃料控制系统设定为混合比优先模式)，燃料控制系统将继续进行以降低发动机102的 实际输出功率，直至已经达到期望的混合比并且它将启动警报以向操作者表示未满足期望 的功率，如处理块232中所示。替代地，如果功率优先已经设定为真(即使用者已经确定首先尝试维持发动机输 出功率比维持期望的混合比更重要)，燃料控制系统将继续进行以添加附加的管道燃料从 而将发动机102的实际输出功率维持在最低期望输出功率之上或者与之相等，如处理块 234中所示，并且燃料控制系统将继续在最低期望功率和调整的混合比下运行发动机102。然而，由于目标混合比并未满足，如在判定块202中确定的程序运行模式中初始 确定的那样，燃料控制系统将开启警报以向使用者表示期望的目标混合比并未满足，如处 理块236中所示。返回判定块202，如果使用者已经对燃料控制系统编程从而在输出功率模式中运 行，即在判定块202中显示固定混合比为假，燃料控制系统将继续进行以确定发动机102是 否提供了小于外部或期望的输出功率，如判定块238中所示。如果发动机的实际输出功率小于期望的输出功率，燃料控制系统将确定混合物节 气门是否大于75%，如判定块MO中所示。如果混合物节气门不大于75%，然后燃料控制 系统将继续进行打开节气门以提高功率，如处理块242中所示。在节气门已经增大之后，通 过返回至判定块238重复该节气门分析过程以确定发动机108的输出功率是否小于期望的 输出功率。返回判定块M0，如果混合物节气门大于75%，燃料控制系统将继续进行确定发 动机102的实际输出功率是否小于预定的期望最低输出功率，如判定块214中所示。如果 发动机102的实际输出功率小于预定的期望最低输出功率，燃料控制系统将发送停机请求并且打开警报以表示未满足期望的最低输出功率，如处理块216中所示。替代地，如果发动机102的实际输出功率不小于最低期望输出功率(即实际输出 功率大于最低期望输出功率)，燃料控制系统将继续运行100%的免费燃料和调整的功率， 如处理块2M中所示。该调整的功率将小于期望的输出功率；然而，它将大于预定的最低期 望输出功率。而且，在功率模式中，初始混合比通常设定为判定块202处所确定的100%的 垃圾衍生燃料，由于没有调整实际混合比的步骤，混合比将为100%的垃圾衍生燃料。返回判定块238，如果发动机102的实际输出功率不小于期望的输出功率(即发动 机在期望的功率级或之上操作)，燃料控制系统将会确定是否达到垃圾衍生燃料112和管 道燃料114之间的期望目标混合比，如判定块M6中所示。与燃料控制系统在固定的混合比模式下操作的构造不同，当燃料控制系统在输出 功率模式中操作时，如果在判定块238处满足期望的输出功率，并且在判定块246中确定达 到期望的垃圾衍生燃料流量，燃料控制系统将运行100%的垃圾衍生燃料和期望的输出功 率，如处理块M7中所示。之所以发生100%的垃圾衍生燃料的该操作，是因为燃料控制系 统最初编程为在判定块202处所确定的输出功率模式中时最初以100%的垃圾衍生燃料操 作。替代地，如果在判定块M6中未达到100%的期望混合比，燃料控制系统将继续进 行以确定使用者是否已经将期望的最低输出功率设定成小于期望的功率，如判定块M8中 所示。如果最低功率已经设定成小于期望的功率，这样就已经输入了预定的输出功率范围， 燃料控制系统将按照需要降低功率直至达到期望的混合比或者发动机102的实际输出功 率等于预定的最低输出功率，如处理块250中所示。一旦已经发生这种情况，燃料控制系统 将继续进行以确定实际输出功率是否大于或等于期望的最低输出功率并且期望的混合比 是否满足，如判定块252中所示。如果已经满足这些要求，燃料控制系统将通过在100%的 垃圾衍生燃料和调节功率下运行而进行操作，如处理块254中所示。替代地，如果在判定块252中未满足这些要求或者判定块M8中最低功率设定为 大于期望的功率，燃料控制程序将继续进行以确定是否使用者已经使维持输出功率优先于 维持期望的混合比，如判定块256中所示。如果使用者已经将混合比优先于输出功率(即 功率优先为假或功率优先不为真)，燃料控制程序将继续进行以降低输出功率直至满足期 望的混合比并且开启警报以表示期望的功率未满足，如处理块258中所示。替代地，如果使用者在判定块256处将维持输出功率优先于维持混合比，燃料控 制系统将按照需要添加管道燃料以维持功率，如处理块260中所示。然后，燃料控制系统将 继续进行以确定实际混合比是否包括大于管道燃料的最大容许量，如判定块262中所示。 如果实际混合比中的管道燃料量小于或大于管道燃料的最大容许量，燃料控制系统将继续 进行在最低容许输出功率和在调整的混合比下操作，如处理块264中所示。替代地，如果维 持最低输出功率而在混合比中所需的管道燃料的量大于最大容许管道燃料量，燃料控制系 统将会开启警报以表示已经超过管道燃料的量，如处理块266中所示。然而，因为输出功率 已经被优先考虑，所以混合比已经落到容许范围外的事实将不会导致燃料控制系统关闭发 动机102。包括在此引用的公布、专利申请和专利在内的所有参考文献都以参引的方式合并 入本申请，达到如同每个参考文献都是单独和特别指示成以参引的方式合并入本申请并且其全文在此阐述的相同程度。在描述本发明的上下文中(尤其是在下面的权利要求的上下文中)使用的术语 “一”和“一个”和“所述”和类似指示对象被解释为覆盖单数和复数，除非在此另有指示或 明显地与上下文抵触。术语“包括”、“具有”、“含有”和“包含”解释为开放式术语(即意味 着“包括但是并不限于”)，除非另外指出。在此对值的范围的详述仅仅旨在仅仅充当简述 落入范围内的每个分离的值进行单独引用，除非在此另外指示，并且每个分离的值都合并 到说明书中，如同在此对它进行单独地详述那样。此处所述的所有方法均能够以任意适当 的次序执行，除非此处另外指示或者明显地与上下文抵触。此处提供的任意和所有实例或 示例性语言(举例来说，“例如”)的作用旨在仅仅更好地阐明本发明，但是除非另外声明， 否则不应对本发明的范围造成限制。说明书中的语言不应该解释为指示对实现本发明是至 关重要的任意非主张的要素。本发明的优选实施例描述在此，包括发明者已知的用于执行本发明的最佳模式。 一旦阅读前述说明，这些优选实施例的改型对于本领域的普通技术人员可能变得显而易 见。发明者希望熟练的技术人员适当地应用这种改型，并且发明者期望本发明以不同于在 此特别描述的那样实现。因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求中所述主题的 所有改型和等同物。此外，本发明包括在其所有可能的变型中上述要素的任意组合，除非在 此另外指出或者明显地与上下文抵触。
1权利要求
1.一种动态地控制从可靠燃料源和不可靠燃料源向发动机供给燃料的方法，包括下列 步骤确定将要供给发动机的燃料混合物的可靠燃料与不可靠燃料的期望外部混合比；以及通过下列方式在燃料混合物的可靠燃料与不可靠燃料的实际混合比下向发动机供给 燃料控制从所述可靠燃料源供给发动机的燃料的流量；以及控制从所述不可靠燃料源供给发动机的燃料的流量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外部混合比和实际混合比最初是相同的；所述方法还包括下列步骤检测发动机的工作参数；当所述检测的发动机工作参数位于预定的容许范围内时，维持所述实际混合比作为外 部混合比；以及当所述检测的发动机工作参数位于预定的容许范围之外时，从外部混合比补偿所述实 际混合比。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述发动机的输出功率降低到最低容许 输出功率之下时，所述发动机的工作特性是发动机的输出功率，并且所述补偿实际混合比 的步骤包括提高混合比中可靠燃料的量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括估算燃料混合物的能量含 量的步骤，并且进一步包括基于所述估算的能量含量补偿实际混合比的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括检测发动机的工作参数，并 且进一步包括基于所述检测的发动机工作参数补偿所述燃料混合物的估算能量含量的步 马聚ο
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤确定期望的外部发动机输出功率；监测实际发动机输出功率；以及区别所述实际发动机输出功率和实际混合比的优先次序，从而，当所述实际发动机输 出功率优先于所述实际混合比时，首先补偿所述实际混合比以朝向所述外部发动机输出功 率调整所述实际发动机输出功率，以及当所述实际混合比优先于所述实际发动机输出功率 时，首先补偿所述实际发动机输出功率以朝向所述外部混合比调整所述实际混合比。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定最高可靠燃料混合比， 以及在所述监测的实际发动机输出功率下降到最低预定容许输出功率之下时，补偿所述实 际混合比。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述工作参数是发动机的废气排放。
9.一种动态地控制从可靠燃料源和不可靠燃料源向发动机供给燃料的方法，包括下列 步骤监测发动机的工作特性；响应所述监测的发动机工作特性，控制从可靠燃料源向发动机供给处于全流量和无流 量之间的燃料的流量；以及响应所述监测的发动机工作特性，控制燃料从不可靠燃料源在全流量和无流量之间向 发动机的流量。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括混合来自所述可靠燃料源 的燃料流与来自所述不可靠燃料源的燃料流以形成具有一燃料混合比的燃料混合物的步 骤，其中，所述控制来自可靠和不可靠燃料源的燃料流的步骤包括控制来自可靠和不可靠 燃料源的燃料的流量，使得所述燃料混合比为使用者期望的混合比。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤监测所述不可 靠燃料源的供给特性；以及响应所述监测的不可靠燃料源的供给特性，控制来自所述可靠燃料源的燃料的流量。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，基于所述监测的发动机工作特性，控制来 自所述可靠燃料源的燃料的流量和控制来自所述不可靠燃料源的燃料的流量以调整混合 比。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述监测发动机的工作特性的步骤包括监 测选自包括发动机爆震、发动机缺火、废气排放、发动机输出速度、歧管压力、歧管温度和发 动机输出功率的组的至少一个工作特性。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述监测发动机的工作特性的步骤包括 监测输出功率，并且所述方法还包括下列步骤估算所述燃料混合物的能量含量；以及基于所述监测的输出功率补偿所述燃料混合比的变化。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括混合来自所述可靠燃料源 的燃料流与来自所述不可靠燃料源的燃料流以形成具有可靠燃料对不可靠燃料的一燃料 混合比值的燃料混合物的步骤，其中，所述比值可在完全可靠的燃料和完全不可靠的燃料 之间变化。
16.一种用于从变组分燃料源和固定组分燃料源向发动机选择性地供给燃料的动态发 动机控制系统，所述系统包括第一和第二燃料控制阀；以及控制系统，所述控制系统操作地连接至第一和第二燃料控制阀，并且包括至少一个发 动机性能传感器，以检测至少一个发动机性能参数，所述控制系统构造成基于所述检测的 发动机性能参数以通过所述第一和第二燃料控制阀来调整流量。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述至少一个发动机性能参数是发动机 输出功率，并且所述控制系统构造成在如下输出功率模式中操作，即在所述输出功率模式 中，所述控制系统将调节来自所述第一和第二燃料控制阀的燃料混合物的混合比，以使所 述检测的发动机输出功率维持在期望的范围内。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述控制系统构造成当固定组分燃料与 变组分燃料的比值超过最大限度时，触发警报。
19.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述控制系统构造成在混合比优先模式 中操作，其中，在所述混合比优先模式下，维持来自所述第一和第二燃料控制阀的燃料流量 之间的期望混合比，并且调节发动机输出功率。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述控制系统进一步构造成包括最低发动机输出功率，其中，所述控制系统通过第一和第二燃料控制阀控制流量，使得所述发动机 的输出功率保持在所述最低发动机输出功率之上。
全文摘要
本发明提供了一种燃料控制系统。所述燃料控制系统包括连接至一对控制阀的电子控制系统，所述控制阀用于在一混合比下混合管道燃料与垃圾衍生燃料，以便控制流向内燃机的燃料流。所述燃料控制系统可以估算所述燃料混合物的能量含量以便补偿所述混合比。所述燃料控制系统可以使用发动机工作参数以补偿混合比。通常，所述系统将使用输出功率工作参数或废气排放物的工作参数以补偿所述混合比。另外，所述燃料控制系统能够在混合比不能生成期望的输出功率时优先改变混合比或改变期望输出功率。所述燃料控制系统也可以具备发动机速度/负载控制、缺火、点火定时和爆震探测能力。
文档编号F02D41/02GK102066725SQ200980122532
公开日2011年5月18日 申请日期2009年4月2日 优先权日2008年5月16日
发明者E·T·斯普林特, G·盎斯莱, J·迪纳费尔德, T·C·霍尔德曼 申请人:伍德沃德调速器公司