CN101358556B - 灵活燃料脉冲充气式发动机组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及灵活燃料脉冲充气式发动机组件。本发明提供一种采用脉冲充气技术的灵活燃料内燃机。所述内燃机包括燃料传感器，所述燃料传感器确定当前供应给所述发动机的燃料类型，例如汽油或E85。基于这种确定，脉冲充气将停用(如果感测到汽油)或起用(如果感测到E85)。也采用速度或转矩传感器，以确定脉冲充气是否将产生更好地匹配燃料辛烷值特性的容积效率。

Description

灵活燃料脉冲充气式发动机组件
技术领域
本发明涉及灵活燃料内燃机，且更具体地涉及灵活燃料脉冲充气式(impulse charged)内燃机和变速器组件。
背景技术
该部分的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，且可能构成或不构成现有技术。
内燃机，尤其是关于客车和轻型载货汽车应用，已经成为广泛而深入的发展的主题。更近以来的改进之一包括将内燃机操作为灵活燃料发动机，即依靠多种燃料而操作的发动机，通常为汽油和E85(85％乙醇和15％汽油的混合物)。虽然站在燃料消耗和外国石油依靠性的更大问题的立场上，灵活燃料发动机当前具有一定的优势，但是还有一些操作问题，这也是许多当代研究和发展的主题。
例如，虽然由于乙醇中较高的辛烷值允许火花定时在重载条件下以更有利的曲轴角设定，依靠E85而操作的典型的灵活燃料发动机具有性能改进，但是这些改进是有限的，因为作为主要的功率限制因素的发动机空气流量维持不变。因而，没有完全实现E85潜在的性能和燃料经济性。
经历快速发展的另一技术称为脉冲充气。在此，快速操作的、基本上为双位置的脉冲阀布置在公共空气源和常规进气门之间的每个进气导管中。总体而言，脉冲阀布置在进气门附近，从而它限定进气管道的相对短的长度，进气管道以与进气门的操作成定时的关系通过脉冲阀打开和关闭。
在进气冲程的前半段，脉冲阀关闭，从而形成真空。当脉冲阀打开时，空气被快速地从进气歧管吸入汽缸。在进气冲程结束时，脉冲阀快速地关闭，以在脉冲阀下游的进气管道和汽缸中捕获可能的最大量空气。在压缩冲程的第一部分期间，在脉冲阀下游的管道中的空气被压缩至较高的压力，同时进气门仍打开。当进气冲程再次开始时，该增压空气促进扫气，减少了汽缸内温度并最小化任何提前点火的倾向。脉冲充气式发动机通常提供改进的容积效率。
由于这些技术的新近和发展中的性质，灵活燃料和脉冲充气技术中的改进是可能和希望的。本发明涉及对采用这些技术的内燃机的改进。
发明内容
本发明提供一种采用脉冲充气技术的灵活燃料内燃机和变速器组件。所述内燃机包括燃料传感器，所述燃料传感器确定当前供应给所述发动机的燃料类型，例如汽油或E85。基于这种确定，脉冲充气将停用(如果感测到汽油)或起用(如果感测到E85)。
由于脉冲充气，发动机的容积效率随发动机速度而改变，因而也采用速度或转矩传感器，以确定脉冲充气是否将产生更好地匹配燃料辛烷值特性的容积效率。如果确定脉冲充气将产生合适的或希望的容积效率增加，发动机控制器起用脉冲充气控制器，所述脉冲充气控制器操作布置在发动机每个进气管道中的脉冲充气阀。发动机的燃料系统为进气端口或缸内燃料直喷型。
由于增加的发动机转矩，也希望调节变速器换档和变矩器锁定排定表以优化车辆性能和燃料经济性。
因而，本发明的目的在于提供具有适应性的脉冲充气和控制部件的灵活燃料内燃机。
本发明的另一目的在于提供具有适应性的脉冲充气和控制部件的灵活燃料内燃机和变速器。
本发明的又一目的在于提供具有脉冲充气和控制部件的灵活燃料内燃机，其中，所述控制部件包括燃料传感器。
本发明的又一目的在于提供具有脉冲充气和控制部件的灵活燃料内燃机，其中，当发动机供应汽油燃料时，停用所述脉冲充气和控制部件。
进一步的优势和应用范围从在此提供的说明显而易见。应当理解，说明和具体示例仅为图示说明的目的，且不限定本公开的范围。
附图说明
本文所示的附图仅仅是示意性目的，而不是以任何方式限制本公开的范围，其中在几个附图中，相同的附图标记指的是相同的部件、元件或特征。
图1是根据本发明的灵活燃料脉冲充气式内燃机和变速器组件的示意图；
图2是根据本发明的灵活燃料脉冲充气式内燃机的一部分的放大示意图；
图3是根据本发明的灵活燃料脉冲充气式内燃机和变速器组件的发动机控制器的逻辑和控制步骤的计算机或软件流程图；和
图4是示出了现有技术灵活燃料自然吸气式内燃机和根据本发明的灵活燃料脉冲充气式内燃机的容积效率的曲线图。
具体实施方式
下面的描述实质上仅仅是示意性的，而不是限制本公开、应用或使用。
参见图1，示出了根据本发明的灵活燃料脉冲充气式内燃机和变速器组件且总体上以附图标记10表示。发动机和变速器组件10包括多个(通常为4、6或8个)活塞和汽缸内燃机12，内燃机12具有输出轴14，输出轴14直接驱动多速、通常为自动的变速器16，变速器16继而驱动输出轴18。点火系统22、燃料喷射系统24和变速器控制器28与内燃机12操作性地相关，燃料喷射系统24从燃料传感器26接收燃料，变速器控制器28提供控制信号且从自动变速器16读取并存储数据。应当理解，燃料喷射系统24可以为进气端口型或缸内直喷型。
发动机控制模块30(ECM)或类似的电子控制器或微处理器从与内燃机12以及有关机动车辆及其操作者(均未示出)相关的传感器和变换器接收数据和多个操作信号，包括多个软件、操作算法、处理器、具有查询表等的存储器，且提供多个操作信号和数据给内燃机12的部件和组件。具体而言，发动机控制模块30提供控制信号给点火系统22、燃料喷射系统24和变速器控制器28。此外，发动机控制模块30从燃料传感器26、从凸轮角或位置传感器32、从曲轴速度传感器34和从布置在排气管38中的尾气传感器36接收数据。
燃料通过燃料管线42供应给内燃机12的燃料传感器26和燃料喷射系统24。燃烧空气通过空气过滤器(未示出)和空气进气歧管44供应给内燃机12，空气进气歧管44具有通过发动机控制模块30驱动和调节的节气门或流量控制件46。进气歧管44连接到脉冲充气歧管50。空气质量流量传感器52和歧管空气压力传感器54布置在脉冲充气歧管50内。
如图2所示，脉冲充气歧管50包括多个进气导管或管道56，仅示出了一个进气导管或管道56，其数量大体上等于内燃机12中汽缸的数量。进气导管或管道56导向与内燃机12的相应汽缸62的每个相关的一个(或更多)进气门58且与进气门58连通。脉冲充气阀64布置在每个进气导管或管道56中，通常靠近进气门58。脉冲充气阀64优选为能够快速在打开和关闭之间重新定位的双状态或位置回转阀。当然，以必要速度操作的回转之外的结构也是合适的且被认为在本发明的范围内。每个脉冲充气阀64通过致动器66控制，致动器66通过脉冲充气控制器70控制。脉冲充气控制器70继而通过发动机控制模块30控制。
现在参见图3，示出了灵活燃料脉冲充气式内燃机12的操作的流程图或程序100。通常，该程序100包含在发动机控制模块30内且在发动机控制模块30中运行。然而，可替换地，如果在脉冲充气控制器70和发动机控制模块30之间发生合适的数据交换，程序100可以位于脉冲充气控制器70内且在脉冲充气控制器70中运行。根据流程图100，操作以开始或初始化步骤102启动，根据常规的实践，步骤102清除不希望的数据和易失性寄存器，以启动程序100的新的重复。程序100于是前进到处理步骤104，步骤104从燃料传感器26读取数据信号且确定当前供应给内燃机12的燃料类型。然后，程序100前进到判定点106，判定点106询问在燃料中是否有乙醇或一些其它替换成分。通常，判定点106将根据在40％到60％范围内的阈值或最小值回答“是”或“否”，从而最小值，如先前采用的10％乙醇混合物，将得到“否”的回答，而具有显著的乙醇或其它成分的燃料混合物将得到“是”的回答。应当理解，具体的范围和端点将根据应用变化和性能目标而改变。因而，前述值和范围仅应当看作示例。
如果判定点106否定回答，程序100前进到处理步骤108，步骤108通过发送适当的信号或数据传输给脉冲充气控制器70而停用脉冲充气系统。其中，这样的信号将确保所有的致动器66完全打开脉冲充气阀64以防止脉冲充气。程序100然后返回到终点或退出点110。
如果判定点106肯定回答，程序100前进到处理步骤112，步骤112从曲轴速度传感器34读取发动机速度。发动机速度可直接用于随后的计算或可被调节或调整以根据具体的内燃机12的速度-转矩的关系通过校正表示转矩。
程序100然后前进到判定点114，判定点114询问发动机速度或转矩是否高于或低于某一阈值。如果发动机速度或转矩低于某一阈值，其中脉冲充气将不会显著地或本质上改进容积效率，那么判定点114以“否”退出，且程序100返回到处理步骤108以停用脉冲充气，且然后前进到终点110。如果发动机速度或转矩使得脉冲充气将改进容积效率，那么判定点114以“是”退出。
接着，执行一连串处理步骤。处理步骤116通过发送适当的信号给脉冲充气控制器70而起用本发明的脉冲充气特征。然后，处理步骤118发送适当的信号给点火系统22以调节火花定时，且发送适当的信号给燃料喷射系统24以调节附加的空气体积流量。最终，处理步骤120产生指令给变速器控制器28，以调节自动变速器16的换档点排定表和变矩器的锁定排定表，从而优化车辆性能和燃料经济性。程序100然后执行短间隔的计时器122，优选地小于1秒，且返回到处理步骤112的输入以更新发动机速度。
现在参见图4，示出了两组数据点，图解地示出了在灵活燃料内燃机中通过用替换燃料(如E85)使用脉冲充气实现的容积效率的改进。标记为130的第一组数据点表示在各个速度下自然吸气式内燃机的操作及其相应的容积效率。标记为140的第二组数据点表示在各个速度下脉冲充气式内燃机的操作及其相应的容积效率。注意到，在大约1200r.p.m.和4000r.p.m.之间操作的脉冲充气式发动机的容积效率比自然吸气式发动机的容积效率高大约20％。
本发明的前述描述实质上仅仅是示意性的，不脱离本发明的要点的变型也在本发明的范围内。这种变型并不认为是偏离了本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种灵活燃料脉冲充气式内燃机，结合地包括：
活塞，所述活塞可往复地接收在汽缸中；
进气门，所述进气门提供与所述汽缸的连通；
进口管道，所述进口管道提供进口空气给所述进气门；
脉冲充气阀，所述脉冲充气阀布置在所述进口管道中；
曲轴速度传感器，所述曲轴速度传感器适于检测内燃机速度并产生内燃机速度信号；
燃料传感器，所述燃料传感器适于检测替换燃料类型并产生燃料类型信号；和
控制模块，所述控制模块接收所述燃料类型信号以及所述内燃机速度信号，其中所述控制模块基于所接收的燃料类型信号和内燃机速度信号起用所述脉冲充气阀。
2.根据权利要求1所述的灵活燃料脉冲充气式内燃机，其特征在于，所述控制模块执行下述步骤：
第一步骤，从所述燃料传感器接收数据信号；
第二步骤，确定燃料中是否存在替换成分；
在燃料中不存在所述替换成分时执行第三步骤，停用所述脉冲充气阀并结束控制；
在燃料中存在所述替换成分时执行第四步骤，从所述曲轴速度传感器接收数据信号，并执行第五步骤，确定所述内燃机速度是否大于阈值；
在所述内燃机速度低于所述阈值时执行第三步骤，停用所述脉冲充气阀并结束控制；
在所述内燃机速度超过所述阈值时执行第六步骤，发送多个信号以起用所述脉冲充气阀，调节火花定时，调节燃料喷射，以及调节自动变速器换档点排定表和变矩器的锁定排定表，并执行短间隔的计时器后返回第四步骤。
3.根据权利要求1所述的灵活燃料脉冲充气式内燃机，其特征在于，所述脉冲充气阀是回转阀。
4.根据权利要求1所述的灵活燃料脉冲充气式内燃机，其特征在于，还包括空气质量流量传感器。
5.根据权利要求1所述的灵活燃料脉冲充气式内燃机，其特征在于，所述脉冲充气阀靠近所述进气门。
6.根据权利要求1所述的灵活燃料脉冲充气式内燃机，其特征在于，所述内燃机包括相同数量的所述活塞、所述进气门和所述充气阀。
7.一种灵活燃料脉冲充气式内燃机，结合地包括：
燃料传感器，所述燃料传感器适于检测替换燃料并产生燃料信号；
至少一个活塞和汽缸组件，所述至少一个活塞和汽缸组件具有至少一个进气门和至少一个排气门；
空气进气管道，所述空气进气管道提供空气给所述至少一个进气门；
脉冲充气阀，所述脉冲充气阀布置在所述进气管道中，具有致动器以打开和关闭所述阀；
曲轴速度传感器，所述曲轴速度传感器适于检测内燃机速度并产生内燃机速度信号；和
电子控制模块，所述电子控制模块接收所述燃料信号和所述内燃机速度信号，且其中所述控制模块在所述内燃机速度信号表示内燃机速度大于阈值时基于所接收的燃料信号和内燃机速度信号起用所述脉冲充气阀。
8.根据权利要求7所述的灵活燃料脉冲充气式内燃机，其特征在于，所述控制模块执行下述步骤：
第一步骤，从所述燃料传感器接收数据信号；
第二步骤，确定燃料中是否存在替换成分；
在燃料中不存在所述替换成分时执行第三步骤，停用所述脉冲充气阀并结束控制；
在燃料中存在所述替换成分时执行第四步骤，从所述曲轴速度传感器接收数据信号，并执行第五步骤，确定所述内燃机速度是否大于阈值；
在所述内燃机速度低于所述阈值时执行第三步骤，停用所述脉冲充气阀并结束控制；
在所述内燃机速度超过所述阈值时执行第六步骤，发送多个信号以起用所述脉冲充气阀，调节火花定时，调节燃料喷射，以及调节自动变速器换档点排定表和变矩器的锁定排定表，并执行短间隔的计时器后返回第四步骤。
9.根据权利要求7所述的灵活燃料脉冲充气式内燃机，其特征在于，所述电子控制模块从来自所述曲轴速度传感器的内燃机速度数据计算内燃机转矩。
10.根据权利要求7所述的灵活燃料脉冲充气式内燃机，其特征在于，所述脉冲充气阀靠近所述进气门布置。
11.根据权利要求7所述的灵活燃料脉冲充气式内燃机，其特征在于，检测的替换燃料为乙醇。
12.根据权利要求7所述的灵活燃料脉冲充气式内燃机，其特征在于，还包括空气质量流量传感器，以提供数据给所述电子控制模块。
13.根据权利要求7所述的灵活燃料脉冲充气式内燃机，其特征在于，所述脉冲充气阀是回转阀。
14.根据权利要求7所述的灵活燃料脉冲充气式内燃机，其特征在于，所述内燃机包括相同数量的所述活塞和汽缸组件与所述充气阀。
15.根据权利要求7所述的灵活燃料脉冲充气式内燃机，其特征在于，所述燃料传感器能够提供利于确定至少汽油和乙醇的数据。
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