专利名称：流量控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体流量的控制，特别涉及内燃机的可压缩流体燃料的供给控制。
用以使通用的以汽油和柴油作燃料的内燃机转变为靠诸如天然气和丙烷这类可压缩燃料运行的装置可加以应用已有一个时期了。就当前财政政策来说，把丙烷或天然气用作燃料，一般有不可忽视的零售价方面的有利条件，因此，例如，出租车驾驶员和警备部队可迅速收回使车辆具备靠丙烷或天然气运行的能力的额外费用。即使没有有利的税金，天然气的成本一般也低于汽油和柴油燃料的成本，天然气在处于可出售状态之前只要求较少的处理，而普通的液态汽油燃料则往往是通过“裂化”(“cracking”)和处理其它较长链烃的方式制备的。此外，靠天然气运行的火花点燃式发动机不遭受压缩点火或“压缩燃爆”(“knocking”)(除处于非常高的压缩比和大口径进气温度发动机之外)，从而，无须象辛烷值汽油那样、为具有不同特性的天然气采取措施。这还排除需要提供如使用于某些汽油中的铅基添加剂那样的抗爆添加剂。另外，天然气的主要组分是甲烷，是一种“清洁”燃料，它燃烧时产生的二氧化碳要比普通的汽油或柴油所产生的少得多。
尽管有这些优点，但天然气的应用得到的只是有限的认可。这可以联系到，至少是部分地联系到许多使用场合，在这些场合，以天然气作动力的车辆不利于和以普通汽油作燃料的车辆相比较。在该领域利用天然气燃料的技术未象普通汽油燃料系统中所用技术发展得那样完善。并且，现有产品在生产、安装和维修方面一般都比较昂贵。此外，汽油发动机转变为靠天然气运行通常会导致输出功率下降和车辆性能方面的相应降低。
一种典型的气态燃料喷射系统包括一个增压燃料贮存箱，一个用以从较高的贮存压力降低到较低的工作压力的压力调节器，一种用以控制发动机燃气供给的计量阀，以及在发动机进气口处的一个燃气/空气混合器。还提供了某种形式的发动机管理系统以控制该计量阀并确保发动机适当地运转。
现有气态燃料喷射系统中的压力调节器倾向于笨重的型式，因此难于安置在车辆发动机隔舱内往往有限的空间中。从而，使得这些调节器往往仅适用于具有宽敞发动机隔舱的发动机上。现有调节器的庞大体积是由于，至少部分地是由于调节器中所存在的零件的个数，这些零件有一个从燃料贮存器引出的燃料管中的燃料过滤器;在燃料通过调节器时用以降低其压力的至少两个调节阀级;一个万一在调节阀出故障时得以开启以避免高压燃料自由通过调节器的安全阀，以及一个使调节器升温以补偿流体在调节阀处膨胀时所产生的冷却效应的加热器。
调节器燃料过滤器必须具有结实的结构，因为倘若它们阻塞时，它们可能必须承受很高的压力(对天然气来说，该压力高达4000磅/英寸)，且过滤器的故障可能会对调节器和阀下游的其它零件造成相当大的损坏。
现有调节阀的流量较小，并易于堵塞，在某些情况下，必须提供两级或三级调节器来达到所要求的压降和稳定性。另外，增大通过调节阀的流量会引起压力“下倾”(“droop”)，即，在高流率条件下阀处的压降按比例高于在较低流率场合的压降，从而导致校准方面的困难。
对现有燃料喷射系统中提供的安全阀所进行的试验表明这种阀并不是特别可靠，它在所要求的压力下往往并不开启。另外，还曾把某些疑问表示为对现有阀接纳在常规阀失效基础上所经受到的流率的能力假如调节器上的安全阀失效的话，则该调节器可能会因内部燃料压力的增大而受到一种爆炸式的损坏。
调节器的加热通常是用发动机冷却液来达到的，这在以天然气作燃料的车辆中是特别重要的，在这种场合，调节阀的压力降和它产生的温度可能导致在燃料中出现水化物，即甲烷和水的晶格，它具有“海绵状”冰晶的外形，因而会使大多数的调节阀堵塞。
调节器与发动机之间燃料流量的控制是借助计量阀实现的，该计量阀可取多个喷嘴形式，这些喷嘴可被操纵来提供所需要的燃料流量。为使喷嘴喷出的气态燃料的容量满足为发动机添加燃料所需的燃料量通常需要配备多个喷嘴，这些喷嘴必须能够按从慢车加大到最大功率所要求的流率供给燃料，慢车流率与最大功率流率之比可以是1∶40范围。
通用喷射系统通常采用“多点”燃料喷射系统，在该系统中，每个发动机汽缸至少要配备一个电磁操作喷射阀。传感器测量发动机的各种操作参数，而发动机控制系统使来自传感器的各输入与所要求的燃料供给相等，这是例如通过操纵计时间隔的喷嘴，或改变供给喷嘴的燃料的压力来计量的。
在“单点”燃料喷射中，将计量的燃料质量供给一公共进气歧管。在授予Petro的、题为“电子控制液体流量调节系统”的美国专利第4487187号中，公开了供用于诸如甲烷和丙烷那样的可压缩燃料的这种燃料喷射的一种形式。该系统配备有包括多条并联管路的计量阀，每一条管路包括一个响应电子数字处理器产生的数字信号而动作的电磁阀，各阀出口尺寸和流过该阀的相对流率正比于2的递次幂，使系统保持有燃料压差，致使流过该阀口的流体保持临界流或扼流。
与授予Gallatin等人的美国专利第RE 29383号中所述阀那样的这种形式的其它二进制阀一样，通过该阀的流量以很小的级增量增大/减小，在通过阀的最小和最大流量之间的各级数值的相对大小随着阀数减少而增大。但是，阀数的增加会使计量装置的体积增大并使其费用上升。
另外，诸如在Perto和Gallatin等人的专利中所公开的那些二进制系统在低流率情况下的流率分辨能力最差，而这对发动机的运转来说则是最关键的。车辆发动机必须在燃料流量的宽广动态范围内工作，该范围一般约为35∶1。在燃料供应范围内的任何点，燃料供给系统应当能够以0.25%的增减量调节燃料流量。例如，在用以提供流率为每小时4096标准立方英尺(SCFH)的12位二进制阀中，即，具有十二个流量随一个二进制序列增长的二进制阀中，在动态范围最低点，到下一流量点的最小增量相当于该流量的0.85%。由此可见，这种系统不能在所要求范围之内(0.25%)控制燃料流量，因而装有这种形式二进制计量阀的发动机会无效地运转，并且，在和所提出的要求精确控制燃料供给的排气调节相一致方面具有困难。
本发明的第一个内容是，提供有用以控制从公共入口到公共出口的流体流量的装置。该装置包括多个具有多级流量的导流管路，所述管路并联连接在公共入口与公共出口之间，使得从公共入口到公共出口的总流量等于流过独立管路的分散流量的总和。该装置另外还包括位于每条管路中的双稳态流体流量控制阀，控制阀中至少有一个是脉冲阀，该装置还包括用以测量足以确定阀开启时流过每一控制阀的有势质量流的流体参数的传感器，以及可以有选择地控制所述控制阀的开启和关闭并监测所述传感器以便根据所测得的流体参数确定流过每一控制阀的有势质量流的控制装置。流出公共出口的流体总量包括通过打开所选定的控制阀以提供连续的预定流量的方式而建立的一个基流分量，基流分量中离散级的变化是由控制阀开启和关闭的组合提供的，离散级之间流体流量的增量是通过使至少一个脉冲阀在预定时间周期内的一小段时间里开启，以便在该时间周期范围内提供所要求的平均流量这种方式提供的。
本发明的第二个内容是，提供一种用以控制在处于第一压力状态的公共入口和处于较低的第二压力状态的公共出口之间流过多个可使流经其间的流体具有多级流率的并联导流管路的可压缩流体的流率的方法，每一导流管路备有一个双稳态流体流量控制阀，控制阀中至少有一个是脉冲阀。该方法包括有选择地控制所述控制阀的开启和关闭，以便通过提供一基流分量的方式控制公共入口向外流出的流体流量，基流分量通过开启选定的控制阀以便提供连续的预定流量的方式产生的，基流分量中离散级变化是由控制阀开启和关闭的组合提供的，离散级之间流体流量的增量是通过使至少一个脉冲阀在预定时间周期内的一小段时间里开启，以便在该预定时间周期范围内提供所要求的平均流量这种方式提供的。
本发明的第三个内容是，提供一种用在内燃机的可压缩燃料喷射系统中的流体计量装置，它包括一个构成进给流体歧管和计量流体歧管的本体，以及一个使流体流入进给流体歧管的流体入口。该装置包括多个控制流体在进给流体歧管与计量流体歧管之间流通的阀，该本体另外还构成供从计量流体歧管流出来的计量流体流通的流体出口。各传感器提供来确定进给流体和计量流体的参数，这些参数应足以确定流过每个阀的流体的实际质量流。装置操作系统包括阀控制装置，该控制装置用以驱动阀致动器以便配合地并且间隔地使阀开启从而给出所要求的流经阀的总质量流。
本发明的第四个内容是，提供一种用在供给气态燃料的内燃机中，将第一压力状态下贮存燃料的压力降低到适于计量的较低的第二压力的压力调节器，它包括一个构成进给流体歧管和可调流体歧管的壳体;一个用于使处于第一压力状态下的流体流入进给流体歧管的流体入口;一个控制进给流体歧管与可调流体歧管之间流体的流通并安排来使流过该阀的流体的压力下降到较低的第二压力的单级调节阀;一个与可调流体歧管流体连通并安排成当可调流体歧管中的压力上升超过预定的压力水平时开启以排出流体的安全阀;用以加热壳体、以便随着流体流过调节阀而对流体温度下降至少给予某种程度补偿的加热装置;以及一个与可调流体歧管连通使来自所述歧管的流体流过的流体出口。
本发明的第五个内容是，提供一种将计量供给的可压缩液态燃料与内燃机的进气进行混合的方法，它包括提供一正压力的计量燃料源，和通过一扩散器锥体使发动机进气管中的燃料扩散。
本发明的第六个内容是，提供一种将计量供给的可压缩液态燃料与内燃机车的进气进行混合的方法，它包括提供一正压力的计量燃料源和使发动机进气管中的燃料发散。
下面，将参照附图通过举例的方法对本发明的这些内容和其它内容加以说明，其中
图1是本发明最佳实施例的配有燃料供给系统的车辆发动机方框图;
图2是图1所示燃料供给系统的燃料压力调节器的方框图;
图3a图1所示燃料供给系统的燃料压力调节器的剖视图，该图是沿图3b的3a-3a截面剖取的;
图3b是燃料压力调节器的底视平面图;
图3c是燃料压力调节器的端视图;
图3d是沿图3b中3d-3d截面的、说明燃料进料口细节的剖视图;
图3e是沿图3b中3e-3e截面的、说明安全阀组件细节的剖视图;
图4是图1所示燃料供给系统的燃料计量阀的方框图;
图5a是图1所示燃料供给系统的燃料计量阀的顶视平面图;
图5b是燃料计量阀的侧视图;
图5c是燃料计量阀的端视图;
图5d是显示计量阀电子控制板顶面的实观图;
图6是沿图5a中6-6截面的剖视图;
图7a是显示进气歧管隐藏细节的燃料计量阀的阀体的顶视平面图;
图7b是显示排气歧管隐藏细节的燃料计量阀的阀体的顶视平面图;
图7c是显示冷却剂歧管隐藏细节的燃料计量阀的阀体的顶视平面图;
图7d是沿图7a中7d-7d截面的剖视图;
图8是发动机进气管的剖视图，显示出供图1所示燃料供给系统使用的空气/燃料混合器的一个实例;
图9是发动机进气管的剖视图，显示出供图1所示燃料供给系统使用的喷嘴形空气/燃料混合器的另一个实例;
图10是图1所示供给系统的控制器的方框图。
首先参照附图1，这是本发明最佳实施例所述系统的方框图。在此系统中，燃料在压力状态下贮存于一个燃料贮存箱10中，所述压力随燃料类型、燃料贮存器10中燃料量和燃料温度而变化(例如，天然气一般被贮存在大约3000英镑/英寸条件下，而丙烷则贮存在小于312英镑/英寸条件下)。
一条燃料管路12从贮存箱10通向一个燃料压力调节器14，在那里将贮存燃料的压力降低到适于计量的压力，同时还保证使燃料处于供计量用的气相。燃料从调节器14流过计量装置或阀16，该阀将燃料供给一般在发动机进气管17下游的空气/燃料混合器18，在那里燃料与进气混合并被吸入发动机19内。
计量阀16按照发动机19的燃料需求量供给燃料，这是根据检测发动机运行参数的各种传感器20和检测计量阀16的燃料参数及运行参数的各种另外的传感器22所检测的参数确定的。将传感器20、22所获得的读数送进一系统控制计算机24，该计算机被编程以便按照对传感器读数的处理所确定的发动机燃料需求量操纵计量阀16。
燃料贮存箱10和燃料管路12是通用的，而且如上面所述的那样，它们将燃料供给压力调节器14，下面将参照附图2和3对压力调节器14加以说明。首先参照图2，该图是表示调节器14的主要零件和燃料流过的通路(由箭头15指示)的方框图。燃料管路12借助通用的入口管接头加接到调节器上。然后燃料流过过滤器26，以便去除燃料中任何颗粒状的物质。过滤器26的下游是一个高压断流螺线管28，在关闭发动机时它被用来切断燃料供应。
燃料的压力是燃料贮存器10中燃料量的函数，同时也是燃料温度的函数。因此，通过测量燃料温度和压力就能确定贮存器中的燃料量。为此，在调节器中断流螺线管28的下游配置了一个高压传感器30。来自传感器30的信号供给系统计算机24，对该计算机进行编程以便将该压力读数与来自温度传感器(未示出)的读数相结合从而提供燃油储量指示。
在螺线管28的下游，高压燃料流过一个可调压力调节阀32，该阀被调整到使燃料压力降低到所要求的水平，例如，可将在3000磅/英寸压力条件下贮存的天然气降到压力为100磅/英寸的状态。
燃料的突然膨胀导致燃料温度相应下降。尤其在使用气态燃料时，最好保持燃料温度十分接近于环境温度以保持其状态并使其能量密度为最大在用丙烷情况下，充分低的温度可能导致丙烷恢复液相;而在天然气情况下，温度较小的迅速降低可导致“水化物”的形成，这是一种由燃料中存在的水发生凝结并与燃料分子构成晶格而形成的海绵状，类冰的物质，这种物质将妨碍并阻塞燃料流。此种冷却是通过加热阻塞段来克服的，而在此实例中，则是通过使发动机冷却液流过调节器方框图中的通道34来克服的。
万一调节阀32失效，这可能是与螺线管28的失效结合的，例如，以高压状态贮存的天然气可能会导致调节器爆炸损坏。为了使这种可能性减为最小，在调节器32的下游配置了一个压力安全阀36，以便在调节器14和计量阀16损坏之前让高于预定限值的压力减压。
下面，特别参照附图3a-3e，这些图示出了压力调节器14安装在调节器方框部分或本体38上的各种零件的布局。因为调节器组件必须收容在车辆发动机隔舱的有限空间中，所以该组件是紧凑的，并被安排成使该组件与发动机其它零件之间的各种连接可以一种空间得到有效利用的方式方便地进行。
为了便于说明和理解，将参照图3a所示调节器的特定取向，对调节器组件加以说明，图3a示出了该调节器本体38，一个安装在本体上部的调节阀组件32，一个安装在壳体侧面的高压螺线管28，以及安装在本体下部的高压传感器30和安全阀组件36。
为了连接从燃料贮存箱10引出的燃料管路12配备了一个入口管接头42(图3d)。管接头42在入口通道44的开口处装接到主调节器本体38上，并且位于梯级圆筒通道45中，通道45接纳一节圆筒段烧结金属过滤器26(最好由钢或黄铜制作)。过滤器26比较长(一般为2cm)，并具有相应的较大的表面面积，使得过滤器26范围内的压降是最小的。另外，在过滤器26发生填塞这种不大可能的情况下，过滤器26的强度足以承受由燃料所施加的压力而不至于凹瘪和使调节器内部受损。过滤器26被一止动弹簧46夹持在适当位置，弹簧46的一端抵靠在入口管接头42的一个表面上，并座靠在位于通道44开口周围的环形垫圈48上。
入口通道44的正下游是高压螺线管28(图3a)，该螺线管在断开时可使调节器14与燃料贮存箱10隔离开。通道44与第一进气室51相交，而进气室51是与导向第二主进气室的进气口53连通着的。圆筒形线圈50通常在接通车辆发火装置时受到激励，以便允许燃料能在进气室51与进气口53之间流通，并且，由于供给的燃料具有较高的压力，因而提供了一个具有磁性闩锁先导阀和主活塞52、54的螺线管，该螺线管的操作将在下文加以说明。
圆筒形线圈50容纳在适配的外壳56之内，它借助螺线管58安装在本体上。线圈50当然是空心的，其内接纳螺线管58的壁面光滑的圆筒形部分60。螺线管58的车有螺纹的第一端62从外壳56中的中心定位孔64伸出，并接受一个把外壳56和线圈50紧固在螺线管58上的附加螺帽66。螺线管58的另一端68也车有螺纹，但横截面大于第一端62，并可以与调节器本体38中螺纹内径70相啮合。
螺线管58在距第一端62大约一半长度范围内是实心的，而其余部分则是空心的，以便接纳活塞52、54。主活塞54延伸到螺线管58的另一端之外。在使电磁线圈无效时就关闭进气口53，此时主活塞54抵靠在围绕进气口53的环形隆起部分74的表面上。该活塞的内端部配置有一环形凹槽78以便容纳一有弹性的环形垫圈80从而与隆起部分74形成密封。中心孔81贯通活塞54和垫圈80通到主活塞54的外端，即邻近导向活塞52的外端。主活塞54的外端配备有一个具有一个较小直径通孔90(一般直径为0.016″)的隆起螺级接套84。
活塞54基本上是圆柱形的，并与螺线管相当紧密地配合。为使第一进气室51与活塞二端间的空隙88之间流体连通，主活塞的内端是锥形的，而且在活塞的外表面提供了四条纵向横沟92，该槽沟的用途在下文加以说明。
在封闭的构形中，导向活塞52的端部抵靠在主活塞54的螺纹接套84上以封闭通孔90。活塞52的端头配置有一圆筒形凹进部分94以便接纳一抵靠在螺纹接套84上的弹性圆筒形衬垫96。导向活塞的外端以截头圆锥形部分102为特征，该部分的端部包括一环形轴承表面104和一个用以安装螺旋弹簧108的圆柱形突出部106，其相对端部抵靠在螺线管端壁110上。弹簧108推压着活塞52、54以关闭进气口53。弹簧108被安放在螺线管内的圆筒形凹进部分112中，而螺线管58的端部在标号114处设置成与导向活塞52端部锥度对应的60°锥度，活塞和螺线管58的锥形端部允许活塞有长些的拉动距离。
在线圈50受激时，导向活塞52顶压着弹簧108拉向端壁110。开始，因为作用在活塞54外端压力大于作用在进气口53区域范围内主进气室气体所施加的压力，和受激圆筒形线圈50对活塞54的拉力，所以主活塞54仍保留在适当的位置。在导向活塞52缩回时，通孔90的端部是暴露着，来自进气口的高压气体从进气室51流过槽沟92到达活塞54的外端，最后流入孔81和进气口53内。稍后，进气口53中的压力上升到可以忽视施加在活塞54上的净压力的水平，于是由受激圆筒形线圈对活塞的拉力就足以拉回活塞54，使气体能直接从进气管通过进气口53流过活塞的内端。
进气口53延伸进主进气室，该主进气室是在本体中心孔中形成的气室116形式。压力传感器30构成气室116的一面端壁，并具有用以啮合中心孔的附加螺纹部分122的螺纹耦合部分120。中心孔相对的端部配置有一计量孔127，该孔容纳可调调节阀32的计量扣针126。计量孔通入进气室160。
阀组件32安装在调节器壳体38的上部，并容纳在弹簧支承或外壳128之内，所述外壳128取锌铸件形式，其上有一用于与调节器本体38上附加螺纹部分132啮合的螺纹下部130，该螺纹下部130之上具有一通气孔133。外壳128的上端容纳一个压簧134，该弹簧上端压在弹簧端板136上，该板的位置是通过调整设置在外壳128上端螺纹孔140中的槽头调整螺钉138的方式控制的。
计量扣针126包括一带锥形底座的加宽圆柱形头部，被安置在所述头部与计量孔127之间的一个弹性扣针密封件142。扣针126的细长部分143穿过计量孔127并与卡住计量孔127中计量扣针的扣针止动器144相啮合。
扣针止动器144贴在安装到弹簧板158上的一个隔膜端盖155上。压簧134的下端通过一杯形弹簧档板156，并通过弹簧板158和借助本体38上端环形槽151中下弯边缘安装的隔膜150上的隔膜衬垫，压在弹簧板158上。该隔膜通过本体38上外壳的箝制作用而被夹持在应有的位置。在隔膜150的另一面是一减振弹簧146，该弹簧处在复位弹簧衬垫148范围之内，并伸展在隔膜150的下表面与调节器本体38之间。
安置于扣针止动器144各侧与隔膜端盖155之间的是一隔膜止动装置154的衬套部分，还有一凸缘部分，该凸缘部分从衬套部分向外凸出处于复位弹簧衬垫148范围之内、并垂直地位于隔膜152与本体38之间，因此限制隔膜150向下移动。该凸缘部分处在计量孔127上方本体38上的隆起的十字形结构154a之上。
为了调节该调节器，就变动弹簧端板136的位置，这改变了在隔膜150上的向下弹簧力。该弹簧力由作用在隔膜150另一面上气室160中可调节燃料的压力来加以平衡。当气室160中压力下降时，该弹簧力将因此从计量孔127处密封位置顶起扣针，从而允许燃料能流过扣针126，因为在通过扣针情况下燃料受到扼流，所以降低了燃料的压力。
低压气体流进环形气室160，该气室是在调节器本体上端通道中形成的，该通道在一弧形部分162的范围内得到加深，其一端与出口管接头166相连通(参见图3b)。管接头166设置在与弧形部分162一端相交的孔中。
安全阀36(图3c)位于壳体底座中圆筒形孔174内，它与水平溢流孔177相交，孔174延伸进与弧形部分162另一端相交的较小直径的延长部分176内。安全阀通常封闭住孔延长部分176的端部，当阀因气室160中压力高于正常压力而开启时，它允许气体从调节器通过两个轮流出现的出口之一流出。在该实例中，位于溢流孔177一端处的一个出口179被塞住，而在与溢流孔177另一端相交的孔183中则提供有直拉出口管接头181。
图3e中更详细地示出处于开启构形的安全阀36，它包括一个阀壳体180，一个通常被保持关闭在孔176底部的阀开口188的安全阀活塞182，以及一个在活塞182与壳体180之间作用的压簧184。关闭安全阀开口188的活塞182的端头186包括一安全阀密封件190，它由镀膜垫圈192和电镀机用螺钉194夹持在适当位置。
未作用于活塞上的弹簧184的端部安装在一弹簧端部定位器198上，其位置可由一个从调节器外部易接近的可调螺钉200加以调整。
壳体180的端部包括一配备有通风过滤器204的通气开口202。在壳体180与本体38和安全阀活塞38与本体之间提供有O型密封圈206、208。
在阀处于开启构形情况下，如图所示，燃料可从气室160流入孔176，然后流过活塞182端部，最后进入溢流孔177。燃料从溢流孔流经出口管接头(图3c)，该出口管接头可配备一软管以便将燃料输离发动机。
万一调节阀失效，安全阀和相关出口的流量不允许调节器中产生危险的高压。这就可防止调节器的毁坏而接着损坏到车辆。
如上已述及的，调节器中燃料的膨胀导致燃料的冷却。最好使这种净冷却减为最小，以防止燃料温度下降到临界温度以下而返回到液相(仅指丙烷)。还有，在经冷却的燃料中可能形成有水化物，从而使调节器流路受到限制和堵塞。尽管这些水化物问题主要涉及象天然气那样的燃料，而不是丙烷，但通常最好还是使调节器保持有充分的温度以防止在本体外面结冰。
调节器的加热是通过使用发动机冷却剂(一般是流过本体38的水和“防冻剂”)来实现的。加热流体进口210位于本体下部(参见图3b)。在本体侧面211处提供有备用的进口，该进口不使用时是塞住的(在该实例中，进口211是塞住的)。加热流体通道34沿U型路径延伸通过本体到一毗邻进口210的出口212。通道34毗邻位于调节器“最深”部分中的燃料进口44，因此通道通过该部分的选择路线提供了一段很长的加热路径，使得对调节器的加热更为有效。
从图3b还会注意到本体的一个侧面配备有一平展安装表面214，该表面配置有螺纹孔216以便接纳从某些适当的安装结构延伸的螺杆。还会注意到调节器安装侧面无进口和出口，这些进口和出口可能会给安装造成更多的困难。
在图4中以方框图形式示出、并进一步在图5-图7中示出(首先参照图4)，从调节器32流出的燃料(这时燃料处于适宜计量的压力)通过导管流向计量阀16。经调节的燃料从调节器通过配置有过滤器221的进口220流入进气歧管222。在该实例中，该歧管与八个双稳态燃料喷嘴相连通，并通向一个连接到空气/燃料混合器上的出口233。图4中示出各种传感器和控制电路系统，它们将在下文根据计量阀及其各种不同元件的具体描述加以说明。
为了分别作介绍，图5a表示计量阀的顶视平面图，而图5b和5c表示计量阀的正面和侧面立视图。另外，所用术语“纵向”(此处用到时是参照阀体)系指垂直于图5a剖面线6-6的方向，而术语“横向”系指平行于剖面线的方向。
如以上参照图4所述及的，燃料通过配置有过滤器的进口220流入一主进气歧管222，并与八个具有不同尺寸量孔的双稳态燃料流量控制阀224-231相连通。六个“高流量”喷嘴224-229安装在同一平面内，而两个“低流量”喷嘴或脉冲喷嘴230、231相互平行并垂直于其它的喷嘴安装在安装点300、302之间。一公共排气歧管232与各喷嘴的出口相连通，并通向阀出口233(图4)。
将进气歧管装置安排成使所有喷射孔基本上处于相同滞止压力下运行，而不考虑哪些喷射孔的组合正在流动。另外，将排气歧管装置安排成所有喷射孔在低到足以保证每个喷射孔都保持音速的背压情况下运行，而不考虑哪些喷射孔的组合正在流动。在该说明中，术语“音速”用于表示喷射孔中的扼流，或者说横贯喷射口的压差使得下游压力的变化不会影响通过喷射孔的流量。歧管装置主要将参照图7a-7d加以说明，进气歧管装置的说明继之以如图6所示喷嘴结构的说明，接着是出气歧管装置的说明。
图7a-7b说明计量阀块17，每一图说明阀体歧管装置的不同方面。首先参照图7a，该图说明进气歧管装置。
进气口220位于阀体的一个端面。配备有一个入口管接头304(图5a)，它包括一个软管接头部分306，该部分306是用于在通向调节器下游的连接软管(未示出)的范围内的安装。管接头304的下部啮合在一个从阀体延伸出并容纳一过滤器(未示出)的安装环308范围之内。从安装环308延伸出并进入阀体的是一圆筒形纵向孔310，它与从阀体另一端延伸出的两个平行纵向孔312、314相交。这些孔312、314与为容纳六个高流量喷嘴224-229而配置的直立孔交叉。一横向孔316和入口孔310交叉以便将燃料供给低流量喷嘴230、231，并与一个直接送入口孔连通，而该直立入口孔则与安装点300、喷嘴230、231的顶端处喷嘴入口相连通。
对于低流量各喷射器还可使入口孔延伸以便为收集燃料中的杂质提供收集器，这在用于丙烷计量时特别有用，丙烷往往含有一种在不同情况下也许会填塞量孔的油性/粉状残留物。
根据各图和进气歧管装置的构形，显然可看出在低流量喷嘴和高流量喷嘴之间气体进给位置各不相同，即，低流量喷嘴利用顶部馈给，而高流量喷嘴则利用底部馈给。图6是通过计量阀一部分的剖视图，示出了两个高流量喷嘴的细节(低流量喷嘴的配件未予示出)。图6中右手侧图示的喷嘴224示出的是其关闭状态，而图左手侧示出的喷嘴225是处于开启位置，它为流体提供一条从进口歧管222或孔314通过喷射嘴孔236，流到出口歧管233(图4)的流路234。在非磁性衬套238中形成有一个喷射嘴孔236，衬套238装在计量阀体中较大开口240内，或另一种形式是作为单元喷射器的固定部件。不过，提供分开的衬套使每个喷嘴能根据标准部件来构造，而只在衬套方面有所差异，或更准确地说，只在衬套喷射嘴孔尺寸方面有所差异。
衬套238包括一基本上呈圆柱形的上部242，它带有在其底部形成的一凸缘243，凸缘尺寸制造成在开口240内形成适贴配合，并与开口的向内台阶啮合。喷射嘴孔236位于上部242的中心部位，它由延伸在所述部分242的上部平展表面之外凸起的唇缘224环绕着。
紧接凸缘243之下是一个直径稍微小于开口240的部分246，该部分下面是一个直径基本上与开口240相当的部分248，后者在衬套与开口壁之间形成一环形空间250。将一弹性O型密封环252设置在空间250中。
该喷射嘴孔延伸通过衬套，它最好是敛散型的形状，具有一个短圆筒形部分258和敞开进入出口歧管的一个截头圆锥形部分260。采用这种形式的喷孔，提供通过喷孔的音速流量所需压差可低到15%，而对于一种锐边喷孔来说，所述压差可高达53%。
为了提供在喷嘴开启时可立即得到燃料的容纳空间，将衬套上部242设置在阀体中形成的气室262中，它围绕喷嘴开口提供一个和孔312、314之一相交的空间。每个气室的上部容纳一磁性喷射柱塞264的下部，该柱塞是可移动的，以开启或关闭喷孔。柱塞的下端面266配置一弹性垫圈密封件268，以便在该喷嘴关闭时，与衬垫的凸面边缘244形成密封。另一种方法是可用金属与金属密封。一个非磁性喷射芯管284可滑动地接纳柱塞264，该芯管包括一底座部分286，它处在气室262的加大部分286内，底座部分286本身构成气室262燃料接收部分的上壁。底座部分286基本上是环形的，它包括一个有一斜底的环形槽290，以便在底座部分286和阀体之间提供一空间用以容纳一弹性O型密封环292。一压簧285安装在柱塞264上，它顶压着该芯管从而产生使柱塞密封地顶住喷孔的力。
芯管的上部装配在可以容纳喷射器线圈的电磁线圈罩294之内。该罩安装在芯管底座部分和阀体的上部表面上。
如上所述，在该实例中，计量阀的低流量喷嘴利用顶流，并且，事实上就是象Lucas FIIZ型那样的通用汽油喷嘴。
在高流量喷嘴的下面是用以接收已通过喷嘴以后的气体的纵向孔320、321。三个喷嘴与主出口孔320相连通(参见图7b)，而另三个喷嘴与较小直径的孔321相连通，孔321通过一横向孔322(图7b)连接到主出口孔320。该横向孔322还和支柱302中低流量喷嘴的出口交叉。主出口孔320延伸到阀体的端部并收容一出口管接头334，该管接头包括一软管接头326(参见图5c)。
制作每一个阀体时，是通过对实心毛坯钻孔的方式形成阀体。通过对毛坯钻孔的方式形成各种孔，各孔的敞开端用柱塞加以密封。
图示的特定阀打算用于计量天然气和丙烷，虽然，对于一般丙烷的应用，阀体很可能要配备许多个喷嘴，而且这些喷嘴将配备有孔面积较大的喷嘴衬套(丙烷处于较低压强，因此，有较大体积)。在天然气和丙烷应用中，需要使燃料不至于冷却到如上所述及的燃料中会形成水化物或燃料将返回液相的程度。为使这种可能性减为最小，阀体配置有用于以类似于调节器的方式输送加热流体(一般用的是发动机的冷却液)的通道450(图7c)。一般，该通道环绕六个高压喷嘴孔口延伸。该通路在入口452(图5c)处开始，该入口装有一个合适的入口管接头，后者由一与直立孔454相交的短圆筒形纵向孔加以收容，再由直立孔454通向螺线管室456。螺线管458(图5c)安装在给油阀组的端部，操纵该螺线管458以控制通过该通道的流体流量，所述通道由三个相交孔460、462、464构成。
给油阀组的下部配置一凹进部分466(图7d)，后者容纳各种传感器和操纵喷嘴所需的功率晶体管电路系统。阀体中提供三个压力传感器一个出口压力传感器340(图5d和7b)，它借助于插入横向孔341测量喷嘴下游燃料的压力，该横向孔341与主出口孔320交叉，并与安装成通过从凹进部分延伸的直立孔342的传感器340相连通;一个入口传感器或调节压力传感器334(图5d、7a和7b)，它坐落在与横向孔336相连通的直立孔338中、孔338与入口孔312(图7d)相交;以及一个进气歧管绝对压力(MAP)传感器343，它借助于一真空软管测量发动机进气歧管中的压力。在启动发动机之前，通过记录由出口压力传感器所感测到的压力，还可获得大气压的读数。还可提供一个可调节燃料温度传感器(图4)。
如图7d中可很清楚地看到的，入口压力传感器横向孔336正好“截入”(“nicks”)入口孔312，而孔间的连通开口位于孔312的上壁。这是为了使燃料中任何污物或杂质侵入压力传感器歧管装置减为最小。类似地安置出口压力传感器歧管装置。
还可提供一个温度传感器用以测量从低流量喷嘴喷出的出口孔中燃料的温度。
将传感器全连接到装有操纵喷嘴的功率晶体管电路系统的计量阀电子控制板344(图6)。在喷嘴工作期间，所述电路系统产生热量，通过阀体扩散该热量。图4包括各种传感器和相关电路系统的表示。在板334的一端提供外部连接器346(图5d)，该连接器延伸通过槽壁350中的开口348。
可用一矩形盖352盖住凹进部分的敞开端，该盖用紧固螺栓装到阀体上。
如上所述，系统控制计算机有选择地操纵喷嘴以便把要求的燃料流量提供给发动机。该控制系统包括检测发动机各种参数和燃料情况，并因此确定发动机加燃料需要的各传感器。还确定系统和发动机辅助设备的各种其它运行参数，并利用这些参数提供计量阀的准确控制，因而准确控制发动机的精确燃料供给。下文将接着对控制系统和各种相关传感器加以说明。
通过打开所选定的高流量喷嘴中几个喷嘴以供给一基流分量，并最好还通过按预定时间间隔至少打开某些低流量喷嘴，即通过使所述低流量喷嘴“脉动”来提供燃料流量方面的变化。
选定喷嘴的喷孔尺寸以提供适当系列的流量面积，可操纵它们以便在很宽的动态范围内(一般为1∶40或1∶35)精确供给燃料。定喷口尺寸，即更正确地制定通过每个喷嘴孔口的不同质量流，要求仔细的选择，这是为了使所需要的喷嘴数减为最少并减少喷嘴出现闭合接通的次数。
通过一个喷孔的音速质量流是
式中C＝喷孔流量系数
A＝喷孔面积P＝绝对供给滞止压力g＝尺寸常数K＝燃料的比热值(视温度而定)T＝正好在喷孔之前的气体的滞止温度R＝比气常数C、A、g是每个喷孔的常数，A和C的组合效应是在计量阀组装期间通过对每个喷孔单独进行测试而加以确定的，而P和T是在给每一喷嘴供给实际流量情况下由传感器予以确定的，K和R可根据已知气体作出假定或更准确地按照传感器数据进行估算。为简单起见，以下喷孔流量序列的说明是就恒定温度和压力条件而言的。
每一计量喷孔M0、M1、M2、M3和Mn提供相应的气体流量Q0、Q1、Q2、Q3和Qn。
在一个理想序列中，将喷孔尺寸选择成使质量流取以下序列的值Q0＝2·Q0＝1×Q0Q1＝2·Q0＝1×Q0Q2＝21Q0＝2×Q0Q3＝22Q0＝4×Q0┇Qn-1＝2n-2Q0Qn＝2n-1Q0注在一非理想的阀中，最初两个单元(Q0和Q1)的质量流会各自需要有一个稍微大于1×Q0(理想的)流量。
在该序列中，要注意到除了最初两个流量以外，各流量按照固有二进制变化。
在另外一个理想序列右，将喷孔尺寸选择成使质量流取以下序列的值Q0＝20Q0＝1×Q0Q1＝20Q0＝1×Q0Q2＝21Q0＝2×Q0Q3＝22Q0＝4×Q0┇Qn-1＝2n-2Q0Qn＝2n-2Q0注在一非理想的阀中，最初两个单元(Q0和Q1)的质量流会各自需要有一个稍微大于1×Q0(理想的)流量。
要注意到除了最初两个流量、以及最后流量等于最后第二个流量以外，各流量按照固有二进制变化。
在最佳理想序列中，将喷孔尺寸选择成使质量流取以下序列的值Q0＝20Q0＝1×Q0Q1＝20Q0＝1×Q0Q2＝21Q0＝2×Q0Q3＝22Q0＝4×Q0┇
┇Qn-3＝2n-2Q0Qn-2＝2n-3Q0Qn-1＝(Qn-3)+(Qn-2)＝2n-4Q0+2n-3Q0＝(2n-4+2n-3)Q0Qn＝(Qn-3)+(Qn-2)＝2n-4Q0+2n-3Q0＝(2n-4+2n-3)Q0注在一非理想的阀中，最初两个单元(Q0和Q1)的质量流会各自需要有一个稍微大于1×Q0(理想的)流量。
要注意到除了最初两个流量、以及最后两个流量是相等而且还是最后第三个和第四个流量之和以外，各流量按照固有二进制变化。
因为除了最后两个喷嘴流量以外，各序列都是类似的，所以每个序列要参照的是最后两个流量“单元”，即，最后两单元用固有二进制(LNB)，最后两单元有相等的输出(L2E)，以及最后两单元等于前两单元之和(L2S)。
各喷孔按照这样的序列的实际流量情况下，观察理想和实用结构表，从而提供每小时3000标准立方尺(SCFH)的最大流量。
喷嘴 LNB L2E L2S个数1 0-47 0-63 0-752 0-47 0-63 0-753 94 125 1504 188 250 3005 375 500 6006 750 1000 9007 1500 1000 900总数 3001 3001 3000
在最佳系统中，来自最初两个喷嘴的总流量将超出来自第三喷嘴的流量，如以上注意事项中所提及的。推荐这种布局有两个理由当喷嘴正在“脉动”以提供一连续可变输出流量时，仅能使用一个喷嘴定常流量的一小部分，因此需要一些“备用”容量;如果有备用“过剩”流量，则可将其用于补偿来自所有喷嘴的瞬态和稳态流误差。
只用一个喷嘴定常流量的一小部分要求脉冲喷嘴每一计量周期关闭一次。一种典型的(经验支持的)脉冲喷嘴流量模型可表示为Q［T］ =Q2［ (TOn- TOpen+ Tclose)/(Ton+ Tlff) ］式中Q[T]＝脉冲喷嘴流量Qs＝稳态喷嘴流量Ton＝喷嘴时间控制信号持续时间Topen＝喷嘴开启时间Tclose＝喷嘴关闭时间Ton+Toff＝火花塞点火之间的时间例如，一个典型喷嘴可能需要1200μs用以开启和900μs用以关闭。如果计量周期在一个6缸发动机处于5200rpm条件下，则一个周期将持续3846μs(即，火花塞点火之间的时间)。
对于这种喷嘴来说，按时脉动的额定最小值将是Ton＝Topen，而按时脉动的额定最大值将是Ton＝Ton+Toff+Tclose。在这些状态下，一种合理的喷嘴流量模型预示最小可用喷嘴脉动流量为其稳态流量的900/3846ths(或23.4%)。同样，喷嘴最大可预测的脉动流量将是其稳态流量的(3846-1200)/3846ths(或68.8%)。
在以下的序列中，提供了一系列实例喷嘴真值表，这些表说明了通过不同的阀设计获得燃料流量范围的实例。在每一种情况下，都给出了喷嘴的流量范围，喷嘴脉动(每次点火脉动一次)的时间长度是提供平均流量所需要的时间长度。在最初两个或三个喷嘴有脉动的情况下提供各实例。在所有情况下，脉冲喷嘴稳态流总和大于下一喷嘴的输出。特别是，由于以上注解的理由，第一个喷嘴是永不允许输出其全稳态输出的，在那种情况下在5200rpm条件下仅可得到稳态流的68.8%利用率。但是，所有其它脉冲喷嘴可在它们100%输出情况下运行，倘若需要，全然可让它们所有时间都开着。
第一真值表包括一标题为“Overlap”的列，它指示可用同一喷嘴，或通过改变第一喷嘴脉冲宽度或开启时间的值配置获得的特定管路的流量变化。
为了精确地控制燃料流量，需有在以上方程(1)中所包含的变量以便计算通过每个计量阀量孔的燃料质量流量，还要能够预示单一喷嘴响应“开启”和“关闭”信号的时间，以及还有在喷嘴正改变状态时、流经每个量孔的燃料数量。这些瞬态流量受喷嘴线圈操作电压、燃料压力和温度影响。操作电压和燃料压力及温度应用适当的传感器是容易获得的，而喷嘴线圈温度可采用燃料温度、阀环境温度、喷嘴接通时间、通过阀的质量流率，以及喷嘴额定热量上升及热传递特性等参数通过控制计算机加以估算。
此信息使瞬态周期期间的燃料流量能加以预测，使得喷嘴得以在正确的时间开启和关闭并且持续一段正确的时间周期。
控制系统包括传感器22a以探测车辆蓄电池电压(一般在6和24伏之间)，因为喷嘴响应时间将随线圈激励电压而变化。该控制系统使激励电流保持在，例如2安培，这是使喷嘴迅速开启所需要的，由于低的线圈阴抗，保证了即使当车辆蓄电池在异乎寻常的低电压下工作时喷嘴也将得以开启。但是，一旦喷嘴开启，激励电流就下降到1/2安培。该特征称为电流限流(current foldback)，在该实例中，通过激励线圈使热量的产生减为最小，延长线圈使用期限，并降低系统功率消耗，而最重要的是在线圈发生故障时减少用于磁场所需要的时间，这使喷嘴关闭周期减为最小。
尽管喷嘴和量孔将按特定节流孔口面积以及据此所有的特定流量的参数进行制作，但是，在与“理想”计量阀比较时，在节流孔口面积方面仍会产生一些小变化，因而在预示流量方面也有变化。为使燃料供给误差减至最小，并避免燃料流量不连续，每个喷嘴都如上面所述那样加以测试，以便知道每个单一喷嘴的特征并可将其用于系统控制。可以条形码形式提供测试信息，条形码可附着于喷嘴或计量阀上，在该系统装到车辆上时，可读出该条形码。
下面是示范性七个喷嘴，即L2S计量阀，它用以产生一最大流量为3000 SCFH的流量数值。
喷嘴个数 All@ All@ All@ 组合Number -2% 额定 +2% 最小/最大 随机1 73.5 75 76.5 76.5 73.52 73.5 75 76.5 73.5 73.53 147.0 150 153.0 150 146.04 294.0 300 306.0 294 306.05 588.9 600 612.0 612 588.06 882.0 900 918.0 882 918.07 882.0 900 918.0 918 918.0总计 2940 3000 3060 3006 3023额定 最小/最大 随机喷嘴1+2+3的输出 300 300 293喷嘴4的输出 300 294 306误差re1+2+3与4比较 0 -2.0% 4.4%误差re1+2+3+5的输出 900 912 881喷嘴6的输出 900 882 918误差re1+2+3+5与6比较 0 -3.3% 4.2%可以看到假如简单假定所有喷嘴都是标准的，即“理想的”，在计量阀正增大流量(例如从900 SCFH提高为刚好超过900 SCFH)时，该阀从使用喷嘴1+2+3+5改变为使用喷嘴6，燃料供给可能会有3-4%的误差。这不至于会显著影响发动机的某些性能，但对于例如三路催化转换器的专有操作来说，最好使燃料供给控制在0.25%之内。
为补偿这样的误差，可用一个脉冲喷嘴以桥接两流量间的间隔。应用脉冲喷嘴进一步提供了使用限定喷嘴数的较大流量限定。显然，不能用脉动来提供无限的流量限定，而是为每个喷嘴设定一最小接通时间来提供更精确的流量预测，以便保持对阀进行适当控制，并使较不可预测的获得和流出流量成比例地减小对总的预测流量的作用。一般，对理想控制度来说，一脉冲喷嘴需要的最小切断时间为900μs，并具有1200μs接通时间。
计量阀的下游，计量燃料在供给发动机之前与空气进行混合。在发动机空气滤清器中或以后合适地将燃料与空气混合。附图8和9说明适用于这种环境的燃料混合器360和燃料喷嘴362。燃料混合器360和燃料喷嘴362两者都可以在空气流中提供发散的燃料。在该系统中，从计量泵在正压条件下(最好压力在1和2psi之间)供给燃料。
图8说明适于安装在空气滤清器与节流板之间的进气导管364内的混合器360。该混合器360包括一个从计量阀出口导入、用于连接到一软管(未示出)的直角喷嘴进口366，该进口366导入配置有一系列开口370的扩散管368，藉此使燃料扩散到被吸入发动机内空气中。扩散管的两端延伸通过进气导管364中的开口372、374，一端通过喷嘴进口进行定位，在另一端通过一扩散管支架376进行定位。在喷嘴进口366和管支架376与在进气导管364外部构成的扁钢382、384之间配置密封垫圈378、380，而在所述导管364的内部提供锁紧螺母386、388，以便把管368夹持在喷嘴进口366和支架376之间。
图9中示出的喷嘴362包括一个装到直角喷嘴进口396上的简单扩散器锥形喷嘴390，该喷嘴390适于装到一个空气滤清器上，可装在空气滤清器凸缘或进气管内。图示实例是装在空气滤清器凸缘392上，在所述凸缘392与进口396之间配置密封垫圈394。锥形喷嘴390提供一个把燃料扩散到进气口内的圆锥体形的出口。
在其安装在空气滤清器凸缘内时，喷嘴设置在每个节流孔上。
空气滤清器凸缘是在直安装空气滤清器状态下的较佳定位，作为使瞬态迟滞减至最小和使节流板以上“贮存的”可燃混合物的装料体积减至最小的方法。
(计量阀的控制)控制计量阀的操作以便提供正确的燃料量给发动机，需要发动机燃料需要量的理论模型，这是根据计算通过发动机的可计算质量空气流来计算的。对音速运行来说，通过计量阀喷嘴的质量流量具有一个依赖于绝对进口压力(假定温度恒定)的线性关系。这样，通过调整计量阀进口压力，应用以下方程以保证存在适当的流量，就可以广泛适应不同大小发动机的不同燃料需要量。
P(psig)=KR［ (PP)/(0.3 LHV mmax) (70)+(30)］ (2)KR＝取决于调节器特性的常数PP＝最大发动机功率[KW]LHV＝燃料低加热值[KJ/g]mmax＝在100表压[g/s]条件下最大燃料流量借助压力调节器的调整达到该调整。如上所述，一台发动机的瞬间燃料流量是基于供给发动机的质量空气流量来加以计算的。所述质量空气流量(MAF)计算如下MAF= (K.nairD.RPM.MAP.(1-EGR).ηVOL)/((Tmix)) (3)
所需要的燃料流量MCNG＝MAF/λ (3a)式中K＝转换常数Nair＝进口装载的空气部分D＝发动机排量(升)RPM＝发动机转速(转数/分)MAP＝歧管绝对压力(″Hg)ηvol＝容积效率(MAP，RPM的函数)Tmix＝靠近进气阀空气装载绝对温度(°K)λ＝质量空气/燃料之比如以上可见到的，方和(3)包括作为MAP和RPM函数的容积效率(ηvol)。用于系统控制程序的一种工具包括通用208-点容积效率表(16RPM单元×13MAP单元)。点的可接受选择是MAP29.6，27.5，25.6，23.3，21.2，19.2，17.5，15.9，14.5，13.1，11.7，9.9，7.4RPMI，I(T/I)2/9，...I(T/I)8/9，T，T(P/T)1/2，T(P/T)3/4，P，1.15.P，(1.15)2.P其中 P＝最大功率RPMT＝最大转矩RPMI＝空载RPM对每台发动机可以实验为根据确定容积效率。另一方面，可用数学模型来产生每台发动机的容积效率。总的容积效率规定为在一次进气冲程期间流进一发动机汽缸的新鲜空气的实际质量除以在相同条件下充满活塞排量的理想空气质量流(Mair)。
用于一个4-冲程发动机ηvol＝(2.MAF.60)/D.S.RPM) (5)a.用于发动机转速＞最大转矩(RPM,MAP)=
peak.［0.281+ (ε-Pe/Pi)/(1.39.(ε-1)) ］［I-R.(1- (RPM)/(RPMP.T) )2］(6)b.用于发动机转速＜最大转矩(RPM,MAP)=
peak.［0.281+ (ε-Pe/Pi)/(1.39.(ε-1)) ］［I-S.(1- (RPM)/(RPMP.T) )2(7)其中压力比为(Pa)/(P1) = (C)/(MAP) ·［a0+a1·( (MAP)/(MAPmax) )+a2·( (MAP)/(MAPmax) )2］·［b0+b1·( (RPM)/(RPMP.P) )+b2·( (RPM)/(RPMP.P) )2］式中ηpeak＝估算的峰值容积效率ε＝压缩比RPMRT.＝最大转矩时发动机转速(转数/分)R.P.M.p.p＝最大功率时发动机转速(转数/分)
R=(1-C)(1-RPMPPRPMPT)2]]>C=(400..TPD+FMEPP)(4000.TrD+FMEPr)]]>FMEP=[C0+C1·D.RPMz.b2+C2·(D.RPMz.b2)2]]]>S=(1-ηi)(1-RPMiRPMPT)2]]>ηi=(1-ηm)-(RPMPTRPMi)·[1-15(1RPMi-1RPMpt)]·TcTb]]>a0，a1，a2，b0，b1，b2，c0，c1，c2＝经验常数RPM1＝发动机空载转速(转数/分)ηm＝机械效率Tc＝温度自动调节器打开温度[K]Tb＝基准温度[K]z＝汽缸数b＝汽缸内径[mm]因为估算每台发动机的最大容积效率(ηpeak)是有些麻烦的，而且实验证明，对大多数自然吸气火花点火(S.I.)发动机来说，ηpeak＝0.85是一个合理的近似值。然而，当使用调谐进气或调谐排气歧管，或者在使发动机产生涡轮增压或增压进汽时，该数值一般是较高的。因此，必须为这些比较少见的构形计算或估计适当的值。
如方程(3)所指出的那样，质量流量的测定要求测量靠近进气阀的空气温度(Tmix)。对于现有的车辆来说，在出售后再要在靠近进气阀处安装一个温度传感器是不便的，因而要求预估空气温度传感器位置(一般是在空气滤清器至进气阀这段范围)处空气装载温度的增量。
靠近进气阀处混合温度(Tmix)的模型涉及用校准数据和测量数据所进行的计算
Tia= (1.007(A) (LAMBDA)(Tair)+2.23(Tfuel))/(1.007(A)(LAMBDA)+2.23)Tuni= (K2(RPMPP).(D))/(MAF)用于单侧头＝0用于交叉流式头或V型歧管Tair＝空气进口温度[K]Tfuel＝燃料温度[K]Z＝汽缸的＃L＝进气流道长度[m]RPMpp＝最大功率时发动机转速[RPM]D＝发动机排气量[升]
A＝理想配比的空气/燃料之比LAMBDA＝额定过量空气系数(用于实时计量)MAF＝质量空气流量[g/s](以Tmix＝Tair用方程(1)计算)K1、K2＝根据实验确定的常数图10是适当的计算机和如上所述用以控制计量阀提供理想燃料流量而设置的传感器的方框图，图示出用以确定计量阀调节数据的各种传感器。
系统功率输入400包括一个来自蓄电池的输入和一根接地线。模拟输入402包括发动机数据404，燃料系统数据406，杂项数据408和若干用于未来需要的备用线410。发动机数据404包括发动机冷却剂温度，进气温度，进气歧管绝对压力和排放的气态氧。燃料系统数据包括燃料贮存压力(测量仪表)，燃料调节压力(绝对的)和燃料调节温度。杂项输入包括大气压力，蓄电池电压和一基准电压(5伏直流)。
模拟输入被转换成用以处理的数字信号。
数字输入412主要涉及状态，它包括来自起动器螺线管、汽油模式选择、天然气或丙烷模式选择、排气循环(EGR)和点火开关钥匙的输入。
涉及发动机速度的输入414分为高速输入一类，它包括线圈负的即发动转数/分(R.P.M.)，以及还可能有涉及实际车速的输入。在此具体的实施例中，在用于适应普通汽油作燃料的车辆中，通过截取原发动机制造厂(OEMS)的数据线416还可获得若干高速输入，诸如上死点传感器，燃爆传感器和排放气态氧传感器。
还可从车辆上隔板燃料测量仪表提供输入。
校准输入418为与同步串联端口419联系作准备，供校准用以检测上死点、燃爆、排产气态氧和前隔板燃料测量的各传感器之用。
将各种输入供给计算部分420，该部分包括一模拟-数字转换器(用于模拟输入)，一时钟，一微处理器，一EPROM，总线驱动器和蓄电池(用作备用电源)。
从计算部分420的输出通过输出缓冲器422以提供基准电压输出423。
从计算部分420的其它输出通过饱和1安培驱动器424通到一EGR过载螺线管和一任选空载补偿输出425。
还提供2安培驱动器426用于供控制汽油螺线管或继电器、对双燃料供给的车辆，供压力调节器中螺线管和冷却剂供给螺线管用的各种输出427。
还提供多条计量阀数据线428，一条线路用于阀的每一螺线管。对于一般天然气应用来说，大致提供七个或八个输出429，而对于丙烷或LPG应用来说，大致需要九或十个喷嘴和输出。如上参照图5d所述，由于它们产生的热量，所以在计量阀体中安装了大电流限流驱动器。
(闭合环路系统)为进一步补偿燃料供给的误差，在控制系统中包含了活性氧传感器反馈系统和一个适应维弧的存储器。(keep alive adapted memory)燃料供给误差可能是由各种偏差引起的，它们包括-传感器偏离相应校准曲线-计量阀校准曲线不正确-实际容积效率与计算容积效率的偏差-靠近进气阀处实际充气温度与计算充气温度的偏差，实际燃料需求与计算燃料需求的偏差-天然气组分中的变化为了促使氧传感器迅速寻求到理想配比，提供一个自适应存储策略，该策略以类似的方式构筑成容积效率表，即提供具有许多单元例如16RPM单元×13MAP单元的表，每一单元保有用于一容积效率正确矩阵即VC(RPM，MAP)，的数值。
一开始，该表保有VC＝1值，随着车辆在一单元闭合回路之内运行，VC(PRM，MAP)的特定值得到改变，直到达到理想配比。该表保持已变化的值，其后能更迅速地达到理想配比，因为起始值很可能已接近理想值。
作为进一步的改进，可建立一系列独立的VC(RPM、MAP)因数，并将其贮存在计算机存储器中，以独特地补偿计量误差，这些误差是在于EGR有效、EGR无效、规定限度以内的空气温度、规定限度以内的大气压力、大于特定值的发动机转速变化率、小于标准点的差值超过规定值的MAP值、以及在标准矩阵中的数值的那种容易识别的明显操作模式期间，通过闭环所识别的。
以上所说明的实施例已参照通过计量阀的喷孔的音速流量加以说明。也可以用亚音速流来操作该系统，虽然为了要计算通过每个喷孔的质量流，必须考虑如同在计量阀中出口压力这种复杂控制。亚音速流可能要考虑到一些环境条件，在该场合燃料，一般为丙烷由于所用喷孔几何形状将在临界压力或以下工作(也就是说，音速压力比不能可预示地跨越喷嘴加以保持)。在丙烷系统中，这多半可能发生在温度低于-20℃的条件下，在该场合从发动机和/或周围环境缺乏热量来气化燃料并使其保持在足够高的压力条件之下。
主要曾参照火花点火发动机，但是，本系统也可应用在压缩点火发动机或柴油机的转换。一般，天然气由于在压缩比为20∶1以下压缩将不点燃，因此将需要用导向喷射的柴油机燃料或用独立的火花塞装置引燃。尽管如此，此处所述系统对这种应用是可变的。
另外，尽管上述实施例适用于内燃机，当然，本系统及其组件能够，并可适用于其他用途。
权利要求
1.一种用以控制从一公共进口到一公共出口的流体流量的装置，该装置包括多条有多级流量的流体导管管路，所述多条管路在所述公共进口与所述公共出口之间并联连接，使得从所述公共进口到所述公共出口的总流量等于通过独立管路的分散流量的总和；安置在每条所述管路上的双稳态流体流量控制阀；用以测量足以确定当阀打开时通过每一控制阀的所述测量流体的有势质量流的流体参数的传感器；可以有选择地控制所述控制阀的开启和关闭并监控各传感器以便根据所测得的流体参数确定通过每一控制阀的有势质量流的控制装置，流出所述公共出口的流体总流量包含通过打开所选定的控制阀的方式而建立的一个基流分量，以提供连续的预定流量，通过控制阀开启和关闭的组合提供在基流分量中的离散级变化；其特征在于至少所述控制阀之一是一脉冲阀，而且所述离散级间流体流量的增量是借助至少一个脉冲阀在预定时间周期内的一小段时间里开启，以便在所述时间周期范围内提供所要求的平均流量这种方式提供的。
2.权利要求1所述的装置，其特征在于通过具有最低流量的两条管路的流量的总和大于通过具有第三最低流量的管路的流量。
3.权利要求2所述的装置，其特征在于具有最低流量的两条流体导流管路的流量基本上是相等的。
4.权利要求1所述的装置，其特征在于有一个脉冲控制阀位于具有最低流量的流体导流管路中。
5.权利要求1所述的装置，其特征在于有两个脉冲控制阀，该两脉冲控制阀可在所述预定时间周期内的一小段时间里开启，而且将它们安装在具有最低流量的两条流体导流管路中。
6.权利要求1所述的装置，其特征在于它另外还在每根所述流体导流管路中包含一个计量喷孔，在公共进口与公共出口之间的压差被保持在某一足以提供音速流通过每根流体导管管路水平上。
7.权利要求6所述的装置，其特征在于控制阀是用电操纵的电磁阀，控制装置可以加一第一电流给螺线管以开启相应阀，然后加一较小的第二电流以保持阀开启。
8.权利要求1所述的装置，其特征在于该流体是用于内燃机的燃料，而控制装置操纵控制阀以便按照所选发动机参数提供燃料供应，发动机以火花点火或压缩点火之一起作动，所述间断时间周期是点火之间的时间。
9.权利要求8所述的装置，其特征在于控制装置可以确定发动机基于各种参数所需要的燃料流量，所需要的燃料流量作为发动机歧管绝对压力和发动机速度的函数正比于发动机的容积效率，控制装置包括含有许多相当于发动机歧管绝对压力和发动机速度的预选量程的单元查找表。
10.权利要求9所述的装置，其特征在于另外还包括一个增压燃料容器和一燃料压力调节器，用以在所述第一压力条件下从增压燃料容器把燃料供给所述公共进口，计量燃料的供给是与发动机的进气进行混合的，一扩散锥形喷嘴提供来与公共出口流体连通并安装在发动机进气口中。
11.权利要求1所述的装置，其特征在于具有最高流量的两根流体导流管路的流量各自基本上等于第二最低流量的流体导流管路流量的两倍。
12.权利要求1所述的装置，其特征在于具有最高流量的两根流体导流管路的流量各自基本上等于两个第二最低流量能力流体导流管路的流量的总和，所述两个第二最低流量的流体导流管路之一具有的流量是另一流体导流管路流量的两倍。
13.权利要求1所述的装置，其特征在于所述流体导管管路的所述流量彼此有关，以便是与许多预选定数值中的相应一个成正比例的，所述预选定数值按照系列2，2，2′，……，2和2，在该场合有n+1条流体导流管路。
14.权利要求1所述的装置，其特征在于所述流体导流管路的所述流量彼此有关，以便是与许多预选定数值中的相应一个成正比例的，所述预选定数值按照系列2，2，2，……，2和2，在该场合有n+1条流体导流管路。
15.权利要求1所述的装置，其特征在于所述流体导流管路的所述流量彼此有关，以便是与许多预选定数值中的相应一个成正比例的，所述预选定数值按照系列2，2，2′，……，2和2，(2+2)和(2+2)，在该场合有n+1条流体导流管路。
16.一种用以控制处于第一压力状态的一公共入口与处于较低的第二压力状态的一公共出口之间通过若干可以提供多级流量的并联流体导流管路的可压缩流体的流量的方法，每一流体导流管路配置有一个双稳态流体流量控制阀，该方法包括有选择地控制所述控制阀的开启和关闭，以便通过由开启选定的控制阀而建立的一个基流分量的方式控制所述公共进口向外流出的流体流量，以提供一连续的预定流量，由控制阀开启和关闭的组合提供在基流分量中的离散级变化，其特征在于所述控制阀中至少一个是一脉冲阀，而且，该方法另外还包括在所述离散级之间借助至少一个脉冲阀在预定时间周期内的一小段时间里的开启来提供流体流量的增量，以便在所述预定时间周期范围内提供一个所要求的平均流量。
17.权利要求16所述的方法，其特征在于该可压缩流体是供给内燃机的燃料，而所述预定时间周期是点火之间的时间。
18.权利要求16所述的方法，其特征在于所述脉冲阀在一个预定时间周期内一段最小开启时间被当做用以开启阀的时间，而所述阀在一个预定时间周期内的一段最大开启时间是小于阀关闭时间的预定时间周期。
19.权利要求16所述的方法，其特征在于另外还包括确定独立的控制阀响应开启和关闭命令的响应时间，在控制阀正改变状态的同时、确定通过管路的流量，以及对所述控制阀的开启和关闭进行定时，以便在所述基流分量中提供所述需要的离散级变化。
20.权利要求17所述的方法，其特征在于另外还包含通过使流过一扩散器锥形喷嘴的燃料扩散在发动机空气进口内的方式使计量燃料与进气进行混合。
21.一种用于内燃机的气态燃料喷射系统中的流体计量装置，它包含(a)一个界定一进给流体歧管和一计量流体歧管的本体;(b)一个用以把流体引入进给流体歧管的流体进口;(c)多个用于在进给流体歧管与计量流体歧管之间连通的双稳态流体流量控制阀;(d)若干用于开启和关闭阀的阀调节器;(e)一个用于从计量流体歧管来的计量流体的通路的流体出口;其特征在于(f)提供与进口流体歧管有联系的传感器以便确定足以确定通过每个阀的有势质量流的进口流体和计量流体的参数;(g)提供用以激励阀致动器以组合方式并按时间间隔使阀开启从而给出通过阀的流体的所要求的总质量流。
22.权利要求21所述的流体计量装置，其特征在于阀致动器是螺线管，且每一阀包括一个喷孔和一可动的用于关闭该喷孔的柱塞，其中，为开启一个阀，一开始给每一相应螺线管的线圈供给第一电流以缩回柱塞，然后，将供应给线圈的电流减小到第二较小的电流以使柱塞保持在缩回的位置。
23.权利要求22所述的流体计量装置，其特征在于围绕每个喷孔提供界定一流体容器的进气室，从而当阀开始开启时使流体开始流过喷孔的滞后时间减为最小。
24.权利要求22所述的流体计量装置，其特征在于提供用于加热本体的加热装置，以便补偿，至少部分补偿流体通过阀喷孔膨胀引起的流体的冷却。
25.权利要求24所述的流体计量装置，其特征在于该流体计量装置构成用以控制供给包括一液体冷却系统的内燃机的燃料流量的系统的一部分，加热装置使来自发动机液体冷却系统的热量扩散开。
26.权利要求22所述的流体计量装置，其特征在于将每个阀驱动螺旋管连接到一电流控制器上，该电流控制器安装在所述装置的本体上，每一电流控制器可操作以提供第一电流给相应螺线使质阀开启，接着提供较低的第二电流使阀保持开启状态。
27.一种用于把处于第一压力状态下供给的流体的压力降低到第二压力的压力调节器，它包含(a)一个界定一进给流体室和一调节流体室的本体;(b)一个用于使处于第一压力状态的高压流体通入进给流体室的流体进口;(c)一个用于使进给流体室与调节流体室之间流体连通并安排成在通过阀的流体中产生一压降使压力减为预定的第二压力的单级调节阀;其特征在于该调节器另外还包括(d)一个与调节流体室流体连通并安排成当调节流体室中压力上升超过预定压力水平时得以开启从而排出流体的安全阀;(e)适于加热本体的加热装置;(f)一个与调节流体室流体连通用于让从调节流体室流来的调节流体流出的流体出口。
28.权利要求27所述的压力调节器，其特征在于在流体进口与进给流体室之间提供一关闭阀，所述关闭阀包含一高压螺线管，一导向活塞和一主活塞，该主活塞可以关闭一个阀孔。
29.权利要求28所述的压力调节器，其特征在于将主活塞和导向活塞安置在一螺线管的管内，每一活塞有一内端和外端，主活塞的内端从该管延伸，在阀处于关闭形态时关闭阀孔，主活塞有一第一流体连通通道，该通道从内端延伸到在活塞外端处开口且与内端的阀孔流体连通的通道，导向活塞的内端关闭该通道开口，在流体进口与一空间之间提供一流体连通通道，所述空间在螺线管中由主活塞外端和导向活塞内端界定，为使阀开启，受激螺线管线圈缩回导向活塞，作用在主活塞上的第一压力初始制止主活塞由于螺线管线圈而缩回，于是，流体从进口通过在流体进口与两活塞间的空间之间的第二流连通通道，第一流体连通通道横贯主活塞和阀孔通到进给室，直到进给室中的压力上升到借助螺线管线圈足以允许主活塞缩回。
30.权利要求29所述的压力调节器，其特征在于在流体进口和两活塞间的空间之间的第二流体连通通道是由主活塞表面上提供的沟道形成的。
31.权利要求27所述的压力调节器，其特征在于该调节阀取提升阀的形式。
32.权利要求27所述的压力调节器，其特征在于将安全阀安排成打开通过放泄口排出流体，该安全阀包括一个与调节流体室连通并开口进入与放泄口连通的第二室中的第一室，两室间的开口正常状态时由偏压关闭该开口的高压活塞头加以关闭。
33.一种使计量供给的可压缩性流体燃料与内燃机的进气进行混合的方法，其特征在于在正压力状态下提供计量燃料源，且燃料是通过一扩散器锥形喷嘴扩散进入发动机的空气吸入口的。
34.一种使计量供给的可压缩流体燃料与内燃机的进气进行混合的方法，其特征在于在正压力状态下提供计量燃料源，且燃料是在发动机的进气管中扩散的。
全文摘要
流量控制系统包括一个用于将在第一压力状态下贮存的燃料的压力降低到适于计量的较低的第二压力、并包括调节阀和安全阀的压力调节器。该调节器还配置了用以加热本体以补偿流体降温的加热装置。还提供包含多条连通进给与计量流体歧管的流体管路的流体计量装置。提供在每一流体管路中配置一个的双稳态阀。该装置还包括确定流体参数的传感器，以及驱动阀致动器按时间间隔以组合方式使阀开启以便给出通过各阀的流体的所要求的总质量流的阀控制装置。
文档编号F02M51/00GK1052720SQ9010814
公开日1991年7月3日 申请日期1990年9月29日 优先权日1989年9月29日
发明者斯蒂芬·A·卡特, 布赖恩·C·威谦逊, 卡尔·H·科佐尔 申请人:加拿大瓦斯协会