氣體燃料內(nèi)燃機內(nèi)的進氣壓力控制方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明概括地涉及控制氣體燃料發(fā)動機內(nèi)的進氣壓力，且更具體地涉及通過響應于共同的控制項而確定節(jié)氣閥(節(jié)氣門)和回流閥(再循環(huán)閥)的位置來控制進氣壓力。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機被熟知并廣泛用于驅(qū)動車輛，產(chǎn)生電力，并且驅(qū)動許多種機械裝置例如栗、壓縮機以及工業(yè)設備。在某些內(nèi)燃機中，特別是那些用于重載用途的，使用渦輪增壓器從排氣中回收能量并壓縮供應至發(fā)動機用于燃燒的吸入空氣(進氣)。根據(jù)熟知的原理，對吸入空氣加壓通常使發(fā)動機能提取比另外發(fā)生的更多的與加壓吸入空氣一起燃燒的給定量的燃料中包含的潛在能量。在許多策略中，動力輸出和發(fā)動機速度取決于在每一發(fā)動機循環(huán)中輸送至氣缸的燃料量或進料量。比足以支持一定范圍的燃料量的充分燃燒更多量的空氣通?？尚校谄渌闆r例如稀薄燃燒發(fā)動機操作中，發(fā)動機會對燃料量和空燃比均敏感。增加或減少進氣壓力可影響空燃比，且可通過改變渦輪增壓器速度而產(chǎn)生。進氣壓力過大，那么發(fā)動機會發(fā)生點火問題。進氣壓力過小，那么相對濃的燃料空氣混合物的燃燒會危及噴射。
[0003]因為這些和其他的原因，除渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速之外，各種策略已被提出用于選擇地控制進氣壓力。Boley等人的美國專利8302402名稱為“air induct1n system withrecirculat1n loop (具有回流循環(huán)的空氣引入系統(tǒng))”。Boley等人提出這樣的空氣引入系統(tǒng)，其中壓縮機能操作從而壓縮導入發(fā)動機的空氣。節(jié)氣閥設置在壓縮機和發(fā)動機之間，并且再循環(huán)閥設置在壓縮機和節(jié)氣閥之間。再循環(huán)閥顯然響應于節(jié)氣閥的上游空氣和節(jié)氣閥的下游空氣之間的壓力差而被致動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一方面，控制氣體燃料內(nèi)燃機內(nèi)的進氣壓力包括:基于內(nèi)燃機的進氣管內(nèi)的測出壓力和期望壓力之差，計算在進氣壓力控制環(huán)中的控制項。控制進氣壓力還包括:響應于第一控制環(huán)周期內(nèi)的控制項而調(diào)整進氣管內(nèi)的電致動的節(jié)氣閥，以及響應于第二控制環(huán)周期內(nèi)的控制項而調(diào)整電致動的第二閥。第二閥位于從進氣管中的壓縮機下游的位置延伸至壓縮機上游的另一位置的回流管中?？刂七M氣壓力還包括通過調(diào)整節(jié)氣閥和第二閥來改變進氣管內(nèi)的氣體燃料和空氣的壓力，從而減小測出壓力和期望壓力之差。
[0005]另一方面，氣體燃料內(nèi)燃機包括發(fā)動機殼體以及空氣和燃料輸送系統(tǒng)，該發(fā)動機殼體具有在其中形成的多個氣缸?？諝夂腿剂陷斔拖到y(tǒng)包括:進氣管，其與發(fā)動機殼體連接從而向所述多個氣缸提供吸入空氣和氣體燃料；至少部分位于進氣管內(nèi)的壓縮機；以及在壓縮機下游的位置和壓縮機上游的另一位置流通地連接至進氣管的回流管?？諝夂腿剂陷斔拖到y(tǒng)還包括進氣管內(nèi)的電致動的節(jié)氣閥、回流管內(nèi)的電致動的第二閥以及與節(jié)氣閥和第二閥各自的致動器控制連通的電子控制單元。電子控制單元進一步配置為基于進氣管內(nèi)的測出壓力和期望壓力之差來計算控制項，并響應性地向各致動器輸出指令從而循序地改變節(jié)氣閥的位置和第二閥的位置以減小測出壓力和期望壓力之差。
[0006]還有一方面，用于氣體燃料內(nèi)燃機的進氣壓力控制系統(tǒng)包括配置為與內(nèi)燃機的進氣管內(nèi)的節(jié)氣閥連接的第一閥致動器，以及配置為與從進氣管內(nèi)的壓縮機下游的第一位置延伸至壓縮機上游的第二位置的回流管內(nèi)的第二閥連接的第二閥致動器。該系統(tǒng)還包括與第一和第二閥致動器控制連通的電子控制單元。電子控制單元配置為通過執(zhí)行進氣壓力控制環(huán)而基于進氣管內(nèi)的測出的進氣壓力與期望的進氣壓力之差來計算控制項。電子控制單元還配置為在進氣壓力控制環(huán)的各第一周期和第二周期中基于控制項來向第一和第二閥致動器輸出指令，以及通過所述指令循序地調(diào)整節(jié)氣閥和第二閥從而減小測出壓力和期望壓力之差。
【附圖說明】
[0007]圖1是根據(jù)一實施例的發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖；
[0008]圖2是根據(jù)一實施例的控制策略的框圖；以及
[0009]圖3是根據(jù)一實施例的展示包括控制邏輯的示例控制流程的流程圖。
【具體實施方式】
[0010]參考圖1，示出根據(jù)一實施例的氣體燃料內(nèi)燃機10，該內(nèi)燃機包括具有在其中形成的多個氣缸14的發(fā)動機殼體12，其中一個氣缸被展不?；钊?4在氣缸14內(nèi)可在上止點和下止點之間以常規(guī)方式運動從而帶動曲軸26轉(zhuǎn)動。將認識到額外的氣缸一一通常6個、8個、12個或更多的氣缸——在圖1展示的視圖中被隱藏，各氣缸具有在其中往復的活塞從而促使曲軸26轉(zhuǎn)動。進氣歧管19與殼體12連接并通過合適的進氣閥(未示出)提供吸入空氣以及氣體燃料至各氣缸。排氣歧管22同樣與殼體12連接并且以通常常規(guī)的方式，通過排氣閥(未示出)從氣缸14和其他氣缸接收排氣。
[0011]空氣和燃料輸送系統(tǒng)16包括進氣管18，該進氣管與發(fā)動機殼體12連接從而通過進氣歧管19向氣缸14提供吸入空氣和氣體燃料，進氣歧管19可理解為形成進氣管18的一部分。系統(tǒng)16還包括至少部分位于進氣管18內(nèi)的壓縮機30，以及典型地具有位于從排氣歧管22延伸至排氣口 46的排氣管47內(nèi)的渦輪32的部分渦輪增壓器28。在實用的實施方法中，進氣口 44一一典型地包括空氣過濾器一一提供吸入空氣至進氣管18，由此吸入空氣被輸送至且經(jīng)過壓縮機30，通過后冷卻器42，進入進氣歧管19然后進入發(fā)動機氣缸14。系統(tǒng)16還包括回流管36，該回流管在壓縮機30下游的第一位置38和壓縮機30上游的另一位置40流通地連接至進氣管18。系統(tǒng)16可進一步包括在壓縮機30上游的位置連接至進氣管18的氣體燃料進口 48，且在所示實施例中該位置是同樣的上游位置40，在該位置回流管36與進氣管18連接。系統(tǒng)16也可包括具有電致動器59的氣體燃料計量閥58，并且該計量閥58從氣體燃料供應裝置和壓力控制機構(gòu)60接收氣體燃料。
[0012]機構(gòu)60可包括液化燃料罐、低溫栗，以及例如在本領域中廣泛使用并熟知的其他元件。點火機構(gòu)34與發(fā)動機殼體12連接，且可包括諸如延伸至氣缸14的火化塞之類的火花點火結(jié)構(gòu)，但在其他實施例中可包括預燃燒室，該預燃燒室連接至機構(gòu)60并且配置為火花或壓縮點燃引燃燃料進料一一其隨后用于點燃氣缸14內(nèi)的主燃料進料。如上面間接提到的，某些內(nèi)燃機，并特別是氣體燃料發(fā)動機，可從相對精確的進氣壓力控制中受益。將從下述中進一步明了，發(fā)動機10獨特地配置為以相對當前水平具有多種優(yōu)點的方式控制進氣壓力。
[0013]為此，系統(tǒng)16可還包括電致動的節(jié)氣閥50，其位于進氣管18內(nèi)且具有電致動器52。系統(tǒng)16也可包括電致動的第二閥54，其位于回流管36內(nèi)且具有電致動器56。電子控制單元70與致動器52和致動器56控制連通。電子控制單元70也可與燃料計量閥58的致動器59控制連通。致動器52和56，與電子控制單元70 —起，可理解為組成進氣壓力控制系統(tǒng)。電子控制單元70可包括微處理器72和計算機可讀介質(zhì)74，計算機可讀介質(zhì)74存儲可由處理器72執(zhí)行的、用于多種目的但特別用于通過改變閥50和閥54的位置來控制發(fā)動機10內(nèi)的進氣壓力的代碼。電子控制單元70可配置為特別用于在進氣壓力控制環(huán)中執(zhí)行計算機可讀介質(zhì)74上的代碼。執(zhí)行進氣壓力控制環(huán)可包括基于進氣管18內(nèi)的測出壓力和期望壓力之差計算控制項，并響應性地輸出指令至各致動器52和56，從而循序地改變節(jié)氣閥50的位置和第二閥54的位置以減小測出壓力和期望壓力之差。
[0014]現(xiàn)在也參考圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明的包括進氣壓力控制環(huán)的控制方法的框圖100。在圖100中，期望的燃料進料流輸入105和推定的進料流輸入110在求和塊115被處理。塊115處的處理可理解為確定燃料進料流誤差的計算。來自塊115的輸出在積分塊120被處理，并在處理塊125根據(jù)理想氣體方程式進一步處理以產(chǎn)生輸出130，該輸出為推定進氣壓力(IMAP)，換言之即基于期望的空氣對氣體燃料的稀薄比而需要的期望IMPA。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，輸入110可基于通過進氣門至發(fā)動機的質(zhì)量流的計算。輸入105可基于發(fā)動機負荷和發(fā)動機速度要求或需求，同樣以已知方式。期望壓力130和感測的壓力225可在另一求和塊135被處理以產(chǎn)生壓力誤差輸出140。壓力誤差輸出140通過比例控制器一一例如PI控制器145——被處理，從而計算控制項150。
[0015]響應于進氣壓力誤差140計算出的控制項150可具有例如0-2的限定范圍內(nèi)的數(shù)值。在實用的實施方法中，致動器52和56中的一個可配置為響應于在約O至約I的范圍內(nèi)的控制項數(shù)值，而致動器52和56中的另一個可配置為響應于具有從約I至約2的范圍內(nèi)的數(shù)值的控制項。在實用的實施方法中，用于節(jié)氣閥致動器52的和用于第二閥致動器56的控制指令可在每一控制環(huán)周期中確定，并在每一控制環(huán)周期中輸出至致動器52和56?？刂祈?50在塊155示為具有0-1的數(shù)值，在該塊155節(jié)氣閥區(qū)域指令160被確定。節(jié)氣閥區(qū)域指令160可在塊165根據(jù)區(qū)域-位置線性圖而處理，且然后控制信號輸出至節(jié)氣閥致動器52，示為塊170。如果控制項數(shù)值大于1，則致動器52隨后將不被調(diào)整。
[0016]在塊185，從控制項中減去數(shù)值可為I的偏移項190。電子控制單元70從而理解為配置成基于控制項確定偏移值。相應地，在塊185如果控制項具有0-1的數(shù)值則將產(chǎn)生O或負值，且致動器56將不被調(diào)整。然而，如果控制項具有1-2的數(shù)值，減去I將在塊195產(chǎn)生0-1的正值。在塊205根據(jù)另一區(qū)域-位置線性圖而處理第二閥區(qū)域指令200。塊210代表致動器56。塊180是節(jié)氣閥和第二閥向IMAP的轉(zhuǎn)移函數(shù)，并且輸出215是IMAP。IMAP215通過傳感器和濾波塊220被感測，產(chǎn)生感測IMAP 225。如上所示，執(zhí)行進氣壓力控制環(huán)可包括計算壓力誤差。發(fā)動機10，并且更具體的是系統(tǒng)16，也可包括配置為監(jiān)測指示進氣管18內(nèi)的氣體燃料和空氣的混合物的壓力的參數(shù)的傳感器53。傳感器53可為常規(guī)進氣歧管壓力傳感器。
[0017]從過往