CN103244289B - 空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及柴油／液化石油气混烧技术领域，特别是一种以机械式空压闭回路来控制燃气流量的柴油／液化石油气混烧节能减碳系统，包括：一柴油引擎，柴油引擎与一进气歧管相连；一柴油输送管路，柴油输送管路与一柴油油箱相连，将柴油油箱内的的柴油输送到柴油引擎；一液化石油气输送管路，液化石油气输送管路与一液化石油气储气桶相连，将液化石油气储气桶内的液化石油气经两个空压式流量控制阀分别输送到进气歧管相应的部位；通过两个空压式流量控制阀取得最佳的燃气喷入量，获得优异的柴油／液化石油气混烧效果。该系统不仅可以获得优异的柴油／液化石油气混烧效果，达到节能减碳的功效，而且构造简单，制造成本低，使用效果好。

Description

空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统

技术领域

本发明涉及柴油／液化石油气混烧技术领域，特别是一种以机械式空压闭回路来控制燃气流量的柴油／液化石油气混烧节能减碳系统。

背景技术

众所周知，车辆深入你我的生活中，成为不可或缺的一环，带来交通便利的同时，也会污染周遭环境，对人体健康造成不良的影响。而且，国际油价高涨，成为省能及低污染型环保车辆研发的推手，尤以瓦斯车、油电混合车及柴油／液化石油气（又称瓦斯）混烧车的发展最为成功。

从环境污染的分析不难发现，任何一具柴油引擎的发动机，是依狄塞尔循环（DieselCycle）的四个行程而运行。因此，汽缸内的活塞上行压缩至上死点前，位于汽缸头的高压喷嘴喷出适时适量的柴油，压缩点火，使汽缸内高压高温的油气燃烧爆炸。气体爆炸后，打击活塞作功而下行至下死点，完成膨胀行程，再排出废气。

由于柴油的闪火点（FlashPoint）高约52℃，在活塞下行至下死点时，通常有20至25％油气来不及完全燃烧，反而排放至外界，形成大量浓郁的黑烟及颗粒状物质，对周遭环境造成严重污染。

已知的柴油／液化石油气混烧系统，则在引擎的空气进气行程阀门即将关闭的瞬间，将液化石油气喷入汽缸中。因为液化石油气的闪火点较低（约-74℃），在活塞下行至下死点前，帮助汽缸内尚未点燃的油气加速燃烧至几近于完全燃烧为止，以致汽缸只剩下约2至5％的油气尚未燃烧。如此，便有20至23％未被燃烧的能量被回收利用，相对提升20至23％引擎热效率的同时，消除黑烟及颗粒状物质。所以，柴油／液化石油气混烧系统确实能获得节能减碳的功效。

这也就是电子控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统，声称可以达到20％省油效果，降低50％黑烟及粒状污染物质排放量的理由。

电子式柴油／液化石油气混烧系统最佳化设计流程，一般是针对柴油引擎进行马力与扭矩动力图测试（转速约为500~3000rpm)，并量出NOx，CO及HC各项的污染值，同时量出油耗，利用烟度计进行黑烟度测试，在不同扭矩负载及不同引擎转速下，透过电子开关讯号控制的喷嘴，将液化石油气从进气歧管与进气阀门邻近部位喷进汽缸内，逐点建立最佳的液化石油气喷气量图。

这样的喷气量图，以平面的纵轴为油门开度，横轴为引擎转速，垂直高度相当于喷气量（通常是以若干微秒来表现）。此处所称喷气量，以该点产生的制动比油耗（BSFC）为佳；亦即，燃料用量除以马力乘以小时的最小值为准。此一历经长时间调校的三维喷气图软件，都会以保密且安全的技术内建于混烧系统的电子控制器中。

但是，电子式柴油／液化石油气混烧系统，需要安装精密的电控喷气喷嘴及喷气控制单元，不仅制作成本昂贵，还要专门的技术人员才能执行调校作业，以致回厂维修相当耗时。

因此，如何既取得节能减碳的功效，又不必安装昂贵的电控喷气喷嘴及喷气控制单元，就成为亟待解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统，该系统不仅可以获得优异的柴油／液化石油气混烧效果，达到节能减碳的功效，而且构造简单，制造成本低，使用效果好。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统，包括：

一柴油引擎，所述柴油引擎与一进气歧管相连；

一柴油输送管路，所述柴油输送管路与一柴油油箱相连，将所述柴油油箱内的的柴油输送到所述柴油引擎；

一液化石油气输送管路，所述液化石油气输送管路与一液化石油气储气桶相连，将所述液化石油气储气桶内的液化石油气经两个空压式流量控制阀分别输送到所述进气歧管相应的部位；

其中，第一空压式流量控制阀是开回路，以一油门踏板的开度为主动致动参数，通过一凸轮改变一油门踏板空压控制阀的压力，将调压后的空气导入所述第一空压式流量控制阀，使燃气喷入所述进气歧管A端；第二空压式流量控制阀是闭回路，以引擎增压的压力为回馈致动参数，调控燃气输送到所述进气歧管B端的喷入量；通过两个空压式流量控制阀取得最佳的燃气喷入量，获得优异的柴油／液化石油气混烧效果，达到节能减碳的功效。

进一步的，每一空压式流量控制阀内均有一上模片与一下模片，上、下模片将空压式流量控制阀中空的内部区隔为：

一间上气室，所述上气室为空压式流量控制阀内壁与上模片围成隔离外界的空间，通过一进气口连接油门踏板空压控制阀；

一间下气室，所述下气室为上、下模片配合空压式流量控制阀内壁围成的空间；

一间油气室，以下模片与空压式流量控制阀部份内壁为界，将油气室与下气室隔开，所述油气室有一输送液化石油气的入口与一通往进气歧管的出口，在出、入口之间安装一第一供气阀，第一供气阀支持一第一安全阀堵塞油气室与下气室相通处，使下气室保持封闭状态；

当进气口导入增压的压力或油门踏板空压控制阀所输出的气体时，上、下模片形变，提升下气室的室压，推开第一安全阀，连带第一供气阀处于开启状态。

进一步的，所述运用在空压式流量控制阀的第一安全阀是一根顶针，顶针一端连接第一供气阀，另一端塞住下气室与油气室相通处为常态。

进一步的，所述运用在空压式流量控制阀的第一供气阀打开的位移δl₂可由下列公式求得：

δl₂=El×Pl₁×(Rl₂ ²)²／Etl³×Rl₁ ²／Rl₂ ²=El×(Pl₁×Rl₂ ²×Rl₁ ²)／Etl³

公式中，E为膜片材料之扬式系数；El为常数值随空压式流量控制阀的膜片半径Rl₂／空压式流量控制阀的膜片中心半径rl₂而变；Pl₁代表来自增压的压力值或经由油门踏板控制阀调控的压力值；tl为膜片之厚度。

进一步的，所述油门踏板空压控制阀包括：

一柱塞，所述柱塞设有一量测气囊，量测气囊局部突出柱塞外围，剩余部位深入柱塞内部；

一间控制室，用以容纳局部柱塞与量测气囊；

一气体流通区域，包括一未经调压供应区和一流体区，所述流体区被一初始压力模片与一控制模片隔成：

一间初始压力室，所述初始压力室位于初始压力模片与控制室之间，用一压力阀堵塞初始压力室与控制室相通处；

一间二次压力室，所述二次压力室隔着初始压力模片与初始压力室毗邻，初始压力室与二次压力室彼此不相连；

一块稳压调控压力区，所述稳压调控压力区与二次压力室的分界线是控制模片，用一第二供气阀堵住稳压调控压力区与未经调压供应区相通处，在稳压调控压力区与二次压力室相通处安装一随第二供气阀同步运动的第二安全阀；

当一油门踏板带动凸轮旋转时，柱塞被凸轮压入控制室来开启压力阀，初始压力膜片及控制膜片发生形变，提升二次压力室的室压，推开第二安全阀，连动第二供气阀离开原来的堵塞位置，引导空气进入稳压调控压力区为气压值的调整，再输送到第一空压式流量控制阀的进气口。

进一步的，所述运用在油门踏板空压控制阀的压力阀由一钢珠与一弹簧组成，钢珠与柱塞之间连着一根顶针，弹簧提供钢珠堵塞控制室与初始压力室相通处所需的作用力。

进一步的，所述运用在油门踏板空压控制阀的第二供气阀由一弹簧与一颗钢珠组成，弹簧提供钢珠堵塞未经调压供应区与稳压调控压力区相通处所需的作用力。

进一步的，所述运用在油门踏板空压控制阀的第二安全阀是一钢珠，透过一根连动杆与组成第二供气阀的钢珠取得连动关系。

进一步的，油门踏板驱动凸轮行程使初压力膜片产生的变形量δp₁由下列公式求得：

Sp×Kpa=Kp₁×δp₁

公式中，Sp为柱塞受到凸轮的位移负载；Kpa是量测气囊经实验测出的弹力模数；Kp₁是专用于油门踏板空压控制阀的压力阀的弹簧常数值，可自行设定；

再代入下列公式，求得二次压力室的压力值Pp：

δp₁=Εp×Pp(Rp²)²／Etp³

公式中，Ep为常数值，随膜片外半径Rp／膜片中心半径rp而变；Pp为二次压力室因应初压力膜片变形所产生的压力值；E为膜片材料之扬式系数；tp为膜片之厚度。

进一步的，将二次压力室的压力值Pp代入下列公式中，求得运用在油门踏板空压控制阀的第二供气阀的弹簧的弹力模数Kp₂：

Pp×π×R²p₂=Kp₂×δp₂

公式中，π=3.1416；δp₂控制膜片加压于第二供气阀弹簧位移量。

本发明的有益效果是通过两个空压式流量控制阀，一个以引擎增压的压力为回馈致动参数调控燃气喷入量，另一个以油门踏板的开度为主动致动参数，通过改变油门踏板空压控制阀的压力调控燃气喷入量，从而取得最佳的燃气喷入量，获得优异的柴油／液化石油气混烧效果，达到节能减碳的功效。其次，本发明控制燃气喷入量的空压闭回路属于机械结构，无需安装电控喷气喷嘴及喷气控制单元，不仅构造比较简单，而且制作成本比一般电子式控制系统低约七、八成。再者，本发明的闭回路控制方法，采用增压压力为回馈致动参数，故喷入的液化石油气更能得到精准的控制，获致较佳的空燃比，提高混烧引擎的热效率，达到比一般电子式开回路控制混烧系统更为优良的节能减碳效果。因此，本发明的混烧系统，诚属节省柴油引擎燃料费用比较经济实惠的新利器，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的架构示意图。

图2是图1中油门踏板空压控制阀的剖面放大示意图。

图3是图1中空压式流量控制阀的剖面放大示意图。

图中，10-柴油输送管路，11-柴油喷射泵，12-柴油油箱，13-柴油引擎，14-进气歧管，15-排气歧管，16-涡轮增压器，17-中冷器，18-水箱，19-油门踏板，20-液化石油气输送管路，21-液化石油气储气桶，22-关闭阀，23-汽化器，24-过滤器，25-电磁阀，26-减压，30-油气转换开关，31-感知器，40-第一流量控制阀，41-入口，42-进气口，43-上模片，44-下模片，45-上气室，46-下气室，47-第一供气阀，48-顶针，49-油气室，50-第二流量控制阀，51-入口，52-出口，53-进气口，54-出口，60-油门踏板空压控制阀，61-凸轮，62-柱塞，63-控制室，64-量测气囊，65-气体流通区域，66-未经调压供应区，67-第二供气阀，68-初始压力模片，69-控制模片，70-初始压力室，71-二次压力室，72-稳压调控压力区，73-压力阀，74-顶针，75-第二安全阀，76-连动杆，77-进气口，78-出气口。

具体实施方式

本发明的空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统一较佳实施例的具体架构如图1所示。该柴油／液化石油气混烧系统包括一柴油输送管路10与一液化石油气输送管路20，通过一油气转换开关30切换不同的燃料进行燃烧作业。

该柴油输送管路10中央是一柴油喷射泵11，柴油输送管路10一端连接一柴油油箱12，另一端与一柴油引擎13相通。当柴油引擎13激活后，一使用者踩下一油门踏板19，决定柴油喷射泵11汲取柴油油箱12适量的柴油，进入柴油引擎13内部多道汽缸。

柴油引擎13外部联结一进气歧管14与一排气歧管15。进气歧管14一端界定为A端，另一端视为B端且连接一涡轮增压器16。该涡轮增压器16抽取气体，途经一中冷器17转入柴油引擎13的汽缸，混合柴油一起燃烧致生车辆行驶所需的动能，并将废气从排气歧管15输送到一排气管（图中未示）。另外，一水箱18贮存适量的液体（通常是指水），采用水冷方式对柴油引擎13进行散热作用。

该液化石油气输送管路20一端连接一液化石油气储气桶21，另一端形成两段分岔的管路用以衔接进气歧管14相应的部位：一段管路通往进气歧管14的A端，管路上安排一空压式第一流量控制阀40；另一段管路经过一空压式第二流量控制阀50而与进气歧管14的B端相连。在液化石油气输送管路20介于液化石油气储气桶21与两个流量控制阀40、50之间，依序安装一决定液化石油气输出的关闭阀22，一将液化石油气汽化为细小分子的汽化器23，以及一用以滤除石油气中杂质的过滤器24。

其中，关闭阀22平时为开启状态，其两端分别组装一位于液化石油气输送管路20的电磁阀25，每个电磁阀25以关闭为常态。汽化器23亦采用水箱18的液体来获得水冷式散热效果。

所述的油气转换开关30有一组感知器31，感知器31可安装于柴油引擎13，用以侦测扭矩负载或是转速。打开油气转换开关30，使电磁阀25来到开启状态，允许液化石油气储气桶21将内部压力达10kg／cm²的燃气导入汽化器23里，减压26后成为2kg／cm²的流体，经由过滤器24分流至流量控制阀40、50相应的入口41、51。

在各种不同的扭矩负载与转速下，用油门踏板19带动一凸轮61偏心转动，根据非圆形轮廓曲线到轮轴的距离不一致的构造，压迫一柱塞62深入一油门踏板空压控制阀60中。

如图2所示，该油门踏板空压控制阀60内部中空，被控制阀60内壁区分为二：一间控制室63与一块气体流通区域65。其中，该控制室63属于控制阀60内部偏向柱塞62的空间，用以容纳一量测气囊64。量测气囊64局部突出柱塞62陷于控制室63部位的外围，剩余部位深入柱塞62内部。

该气体流通区域65属于控制阀60内部远离柱塞62的空间，同样被控制阀60内壁区分为二：一块未经调压供应区66与一块连接控制室63的流体区。此流体区被一对模片68、69隔成一间初始压力室70、一间二次压力室71与一块稳压调控压力区72。

其中，该稳压调控压力区72与未经调压供应区66相通，用一供气阀67堵住两区66、72相通处。图中的供气阀67由一弹簧与一颗钢珠组成，钢珠靠着弹簧的弹性作用力，堵塞未经调压供应区66与稳压调控压力区72相通处。

该初始压力室70位于初始压力模片68与控制室63之间，藉由一压力阀73自动堵塞两室63、70彼此相通处。图中的压力阀73同样是由钢珠与弹簧组成，钢珠透过一根顶针74连着柱塞62端部，两者能够同步作动，弹簧提供弹性作用力，推动钢珠堵塞控制室63与初始压力室70相通处。

该二次压力室71隔着初始压力模片68与初始压力室70毗邻，两室70、71彼此不相连。该二次压力室71与稳压调控压力区72的分界线是控制模片69。

该稳压调控压力区72与二次压力室71相通处被一第二安全阀75塞住。图中的第二安全阀75是颗钢珠，其与供气阀67的钢珠之间衔接一根连动杆76，以致第二安全阀75随着供气阀67同步运动。

从上述说明不难发现，柱塞62受力朝向控制室63深处位移，连带量测气囊64及顶针74同向运动，让控制室63与初始压力室70相通，迫使初始压力膜片68因为压力强度改变而弯曲。同时，提高二次压力室71内部的压力强度，压迫控制膜片69发生形变而弯曲，足以推开第二安全阀75，经由连动杆76带动供气阀67离开原来的堵塞位置。

此时，未经调压供应区66与稳压调控压力区72相通，以进气口77引导压力值约2kg／cm²的空气进入稳压调控压力区72，执行气压值范围在0～1.5kg／cm²的调整，再由出气口78将调整后的空气输送到第一流量控制阀40的进气口42。

如图3所示，该第一流量控制阀40构造大致上相同于油门踏板空压控制阀，都是靠着两安排于第一流量控制阀40的模片43、44将其中空的内部隔成多个空间。自第一流量控制阀40内壁到上模片43之间形成一间上气室45，上气室45与外界隔离，只能通过进气口42来连接油门踏板空压控制阀，用以导入气压值调整后的气体，提升上气室45室压，迫使上模片43变形弯曲。

两模片43、44配合第一流量控制阀40内壁围成一间下气室46，下气室46与一间油气室49被第一流量控制阀40部份内壁与下模片44隔开，用第一安全阀堵塞下气室46与油气室49相通处，以致下气室46保持封闭状态。如此，变形的上模片43就会提升下气室46的室压，迫使下模片44弯曲变形。

图中的第一安全阀就像是一根顶针48，在另一组安装在入口41与出口52之间的供气阀47支撑下，以顶针48前端塞住下气室46与油气室49相通处为常态。一旦，下气室46室压大于供气阀47施予顶针48的作用力，就能反推顶针48泄压，连带供气阀47同步退开。此时，液化石油气由入口41涌入第一流量控制阀40内部，经过供气阀47转向油气室49，通过出口52流向进气歧管14（详阅图1）A端。

回头看到图1，关于第二流量控制阀50的构造与第一流量控制阀40完全一致，差异处在于：第二流量控制阀50的进气口53导入涡轮增压气体。因为柴油引擎13启动后，涡轮增压器16在任何扭矩负载下都会产生增压的压力，此压力值范围约为0～0.8kg／cm²，透过进气口53注入第二流量控制阀50中。

后续流程与第一流量控制阀40相似：亦即增压气体提升上气室的室压，以致上模片变形弯曲，迫使下气室增压来推挤下膜片，从而推开顶针连带供气阀处于开启状态，引导液化石油气经由第二流量控制阀50的出口54流入进气歧管14的B端。

因此，柴油引擎13以低转速约1200rpm运行时，低油门开度下，增压压力很小，所以A端／B端的液化石油气喷入量很小，几乎为零。

当油门开度渐大，引擎转速约为1700rpm时，增压压力增至0.37kg／cm²，此时A端／B端的液化石油气喷入量约为24.5％。

当油门大开，引擎转速高达2400rpm时，增压压力增至0.71kg／cm²，A端／B端的液化石油气喷入量降为1.163。

当油门再加大引擎转速接近2700rpm时，液化石油气的总喷入量即为B端的喷入量，约为扭矩负载50％时的喷入量。因此，A端／B端的液化石油气喷入量均随凸轮61的轮廓曲线（依油门开度）而自动控制，构成一个以增压压力为致动器的闭回路气控主系统，加上以油门踏板开度为致动器的开回路辅系统，主辅两系统充分协调便可建立一个最佳燃气喷气系统。

最后，经由油门踏板空压控制阀与空压式流量控制阀的设计分析，求得最佳燃气喷射机制以确保最高热效率而获致接近20％省油率的节能减碳目标。

假设，油门踏板空压控制阀以油门踏板驱动凸轮行程Sp（约2～3mm）往下压，使得初压力膜片中央产生δp₁的变形，导致二次压力室产生压力Pp，再对控制膜片加压于供气阀的弹簧（常数Kp₂）产生δp₂的位移，即为供气阀打开的空隙程度。当Sp为最大（约3mm）时，δp₂值亦为最大，即供气阀门全开，未调压力空气以最大量进入稳压调控压力区。参酌高等材料力学应力分析得知：

δp₁=Εp×Pp(Rp²)²／Etp³--------------(3)

公式(3)中，E为膜片材料之扬式系数(YoungsModulus)，tp为膜片之厚度，而常数Ep的数值随Rp／rp的值而变，详如下表：

当柱塞受到由凸轮的指定位移负载Sp时，对量测气囊（弹力模数Kpa可由实验测出）产生作用力Fp，导致初压力膜片产生位移量δp₁，由力的平衡得知Sp×Kpa=Kp₁×δp₁。只要设定专用于油门踏板空压控制阀的压力阀的弹簧常数值Kp₁，δp₁便可求出。再选择适当的膜片材质E，外半径Rp，厚度tp及中心硬片半径rp后，将δp₁代入公式(3)即可求得Pp，再经由控制膜片与供气阀弹簧的力平衡，亦即Pp×π×R²p₂=Kp₂×δp₂，其中的×=3.1416，可求得运用在油门踏板空压控制阀的供气阀的弹簧的弹力模数Kp₂。

如此，从油门踏板开始，经过特别设计的凸轮，产生Sp行程，经过各个气囊、初始压力室与二次压力室所有膜片尺寸，以及各个弹簧的弹力模数均可精确设计制造，最后可调控空压至稳压压力Pc₂而得到预定的流量及压力以进入空压式流量控制阀，达成由进气歧管A端进入引擎的液化石油气喷气量。

在空压式流量控制阀中，来自涡轮增压压力Pb₁或经由油门踏板控制阀调控压力Pc₂，通订为Pl₁。同样用前述高等材料力学应力分析，则供气阀打开的位移δl₂可由下列公式求得：

δl₂=El×Pl₁×(Rl₂ ²)²／Etl³×Rl₁ ²／Rl₂ ²

=El×(Pl₁×Rl₂ ²×Rl₁ ²)／Etl³------------(4)

上式中，E为膜片材料之扬式系数(YoungsModulus)，tl为膜片之厚度，而常数值El随流量控制阀的上、下膜片半径Rl₂／流量控制阀的上、下膜片中心半径rl₂的值而变，详如下表：

当δl₂求得后，流量控制阀出口的液化石油气喷出量即可得到精确的控制，由进气歧管A端及B端喷进柴油引擎的液化石油气喷射量，便可得到精确的控制。

综上所述，本发明在各种不同扭矩负载及不同转速下，经自动控制而得到液化石油气使用量与柴油使用量的最佳比例，同时得到最佳空燃比使混烧引擎达到最佳燃烧状况，即达成最高热效率，获致20％的省油率。

为了使阅读者更深入了解本发明的精髓，下面对本发明技术方案的形成过程作进一步的阐述。

为了了解电子控制式柴油／液化石油气混烧系统节能减碳之实际效能，本发明人按照下列步骤进行长期的调校测试：

遵循前述电子控制式柴油／液化石油气混烧系统的方法，先求得最佳喷气量图、相对省油率及各式污染排放量与黑烟浓度改善率，确定可以节省能源20％且具污染排放改善的能力；

然后，在测量取最佳喷气量图的同时，分别测量取得纯柴油引擎与混烧系统之引擎，在各个不同的负载与引擎转速点所产生的增压压力，深入探究喷气量与增压压力及油门踏板开度的关系；

最后，测量取得柴油／液化石油气混烧引擎系统中，空气流动系统与燃气喷入系统各关键处的流量与压力，充分了解整个系统的实时全域流场，作为机械式空压闭回路控制的发展策略与构造设计的基础。

终于，根据增压压力与引擎转速关系，以指数形式推导下列公式：

Mlpg=K[Bdsl]╳θ╳(Bddf+1)-----------(1)

而=υ╳Mlpg／θ

=υ╳K[Bdsl]╳(Bddf+1)-------(2)

公式(1)中，Mlpg代表燃气喷射量，Bdsl系指柴油引擎增压压力，K[Bdsl]为一随柴油增压压力而改变的常数，θ表示油门踏板开度，Bddf意为混烧引擎增压压力。

由公式(1)了解，液化石油气的喷射量与油门踏板开度成正比；亦即，扭矩负载越大，则油门踏板开度越大，以致于喷入柴油引擎的液化石油气量也就越多。

同时还发现，液化石油气的喷入量与增压压力加上大气压力值成正比。乃因喷入引擎的液化石油气需要更多的空气，要得到适切的空燃比，才能获致高效率的燃烧。柴油引擎要得到充足的空气，只有提高增压压力，再经中间冷却器降低压缩空气的温度，则空气密度提高可以增加引擎空气进入量。

然而，公式(1)的可变常数K[Bdsl]必需由引擎测试中依不同的转速，相对于不同的增压压力而测得。以排气量7.5公升的柴油引擎为例，在扭矩负载为50％的液化石油气喷入量：在低转速（即1200rpm以下），增压压力较小时，K[Bdsl]=1；最高负载扭矩（转速为1700rpm），混烧引擎热效率最高增压压力达0.37kg／cm²时，K[Bdsl]=1.245。倘若，再加大踏板开度，增压压力提升至0.71kg／cm²时，K[Bdsl]反降为1.163。

公式(2)中，表示混烧引擎省油率，与混烧引擎增压压力（Bddf）息息相关，υ为液化石油气热值／柴油热值之系数，其数值大致为1.237。

从公式(2)可知：混烧引擎相较于柴油引擎的省油率与液化石油气的喷入量成正比，但必须兼顾各种不同扭矩负载于不同转速下的增压压力，以便得到较高的燃烧反应，达到最佳热效率。

因此，公式(1)关于常数K[Bdsl]的部份，本发明人分成两部分来考虑：以扭矩负载50％的燃气喷入量（取K[Bdsl]=1）为主，加上油门踏板开度控制的燃气喷入量（取K[Bdsl]=0至0.245）为辅，采用两个空压式燃气流量控制阀，实施在柴油／液化石油气混烧系统。

这些空压式燃气流量控制阀之一，是由引擎的增压压力为回馈致动参数，以闭回路式调控燃气喷入量。另一个空压式燃气流量控制阀，是由油门踏板开度为开回路式之主动致动参数，透过空压控制凸轮改变油门踏板空压控制阀的压力，将调压后的空气导入燃气流量控制阀，使燃气喷入引擎进气歧管。所以，本发明只要通过两个空压流量控制阀产生最佳燃气喷入量，获得优异的柴油／液化石油气混烧效果，达到节能减碳的功效。

其次，本发明控制燃气喷入量的空压闭回路属于机械结构，勿庸安装电控喷气喷嘴及喷气控制单元，不仅构造比较简单，而且制作成本还比一般电子式控制系统低约七、八成。

再者，本发明的闭回路控制方法，采用增压压力为回馈致动参数，故喷入的液化石油气更能得到精准的控制，获致较佳的空燃比，提高混烧引擎的热效率，达到比一般电子式开回路控制混烧系统更为优良的节能减碳效果。因此，本发明的混烧系统，诚属节省柴油引擎燃料费用比较经济实惠的新利器。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统，其特征在于，包括：

一柴油引擎，所述柴油引擎与一进气歧管相连；

一柴油输送管路，所述柴油输送管路与一柴油油箱相连，将所述柴油油箱内的的柴油输送到所述柴油引擎；

一液化石油气输送管路，所述液化石油气输送管路与一液化石油气储气桶相连，将所述液化石油气储气桶内的液化石油气经两个空压式流量控制阀分别输送到所述进气歧管相应的部位；

其中，第一空压式流量控制阀是开回路，以一油门踏板的开度为主动致动参数，通过一凸轮改变一油门踏板空压控制阀的压力，将调压后的空气导入所述第一空压式流量控制阀，使燃气喷入所述进气歧管A端；第二空压式流量控制阀是闭回路，以引擎增压的压力为回馈致动参数，调控燃气输送到所述进气歧管B端的喷入量；通过两个空压式流量控制阀取得最佳的燃气喷入量，获得优异的柴油／液化石油气混烧效果。

2.根据权利要求1所述的空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统，其特征在于，其中，每一空压式流量控制阀内均有一上模片与一下模片，上、下模片将空压式流量控制阀中空的内部区隔为：

一间上气室，所述上气室为空压式流量控制阀内壁与上模片围成隔离外界的空间，通过一进气口连接油门踏板空压控制阀或导入涡轮增压气体；

一间下气室，所述下气室为上、下模片配合空压式流量控制阀内壁围成的空间；

一间油气室，以下模片与空压式流量控制阀部份内壁为界，将油气室与下气室隔开，所述油气室有一输送液化石油气的入口与一通往进气歧管的出口，在出、入口之间安装一第一供气阀，第一供气阀支持一第一安全阀堵塞油气室与下气室相通处，使下气室保持封闭状态；

当第二空压式流量控制阀的进气口导入增压的气体或第一空压式流量控制阀的进气口导入油门踏板空压控制阀所输出的气体时，上、下模片形变，提升下气室的室压，推开第一安全阀，连带第一供气阀处于开启状态。

3.根据权利要求2所述的空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统，其特征在于，其中，运用在空压式流量控制阀的所述第一安全阀是一根顶针，顶针一端连接第一供气阀，另一端塞住下气室与油气室相通处为常态。

4.根据权利要求2所述的空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统，其特征在于，其中，运用在空压式流量控制阀的所述第一供气阀打开的位移δl₂可由下列公式求得：

δl₂=El×Pl₁×((Rl₂)2)2／E(tl)3×(Rl₁)2／(Rl₂)2=El×(Pl₁×(Rl₂)2×(Rl₁)2)／E(tl)3

公式中，E为膜片材料之扬式系数；El为常数值，随空压式流量控制阀的膜片半径Rl₂除以空压式流量控制阀的膜片中心半径rl₂而变；Pl₁代表来自增压的压力值或经由油门踏板控制阀调控的压力值，Rl₁表示来自增压的膜片半径或经由油门踏板控制阀调控的膜片半径；tl为膜片之厚度。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统，其特征在于，其中，所述油门踏板空压控制阀包括：

一柱塞，所述柱塞设有一量测气囊，量测气囊局部突出柱塞外围，剩余部位深入柱塞内部；

一间控制室，用以容纳局部柱塞与量测气囊；

一气体流通区域，包括一未经调压供应区和一流体区，所述流体区被一初始压力模片与一控制模片隔成：

一间初始压力室，所述初始压力室位于初始压力模片与控制室之间，用一压力阀堵塞初始压力室与控制室相通处；

一间二次压力室，所述二次压力室隔着初始压力模片与初始压力室毗邻，初始压力室与二次压力室彼此不相连；

一块稳压调控压力区，所述稳压调控压力区与二次压力室的分界线是控制模片，用一第二供气阀堵住稳压调控压力区与未经调压供应区相通处，在稳压调控压力区与二次压力室相通处安装一随第二供气阀同步运动的第二安全阀；

当一油门踏板带动凸轮旋转时，柱塞被凸轮压入控制室来开启压力阀，初始压力膜片及控制膜片发生形变，提升二次压力室的室压，推开第二安全阀，连动第二供气阀离开原来的堵塞位置，引导空气进入稳压调控压力区为气压值的调整，再输送到第一空压式流量控制阀的进气口。

6.根据权利要求5所述的空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统，其特征在于，其中，所述运用在油门踏板空压控制阀的压力阀由一钢珠与一弹簧组成，钢珠与柱塞之间连着一根顶针，弹簧提供钢珠堵塞控制室与初始压力室相通处所需的作用力。

7.根据权利要求5所述的空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统，其特征在于，其中，所述运用在油门踏板空压控制阀的第二供气阀由一弹簧与一颗钢珠组成，弹簧提供钢珠堵塞未经调压供应区与稳压调控压力区相通处所需的作用力。

8.根据权利要求5所述的空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统，其特征在于，其中，所述运用在油门踏板空压控制阀的第二安全阀是一钢珠，透过一根连动杆与组成第二供气阀的钢珠取得连动关系。

9.根据权利要求5所述的空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统，其特征在于，其中，油门踏板驱动凸轮行程使初始压力膜片产生的变形量δp₁由下列公式求得：

Sp×Kpa=Kp₁×δp₁

公式中，Sp为柱塞受到凸轮的位移负载；Kpa是量测气囊经实验测出的弹力模数；Kp₁是专用于油门踏板空压控制阀的压力阀的弹簧常数值，可自行设定；

再代入下列公式，求得二次压力室的压力值Pp：

δp₁=Εp×Pp((Rp)2)2／E(tp)3

公式中，Ep为常数值，随膜片外半径Rp除以膜片中心半径rp而变；Pp为二次压力室因初始压力膜片变形所产生的压力值；E为膜片材料之扬式系数；tp为膜片之厚度。

10.根据权利要求9所述的空压控制燃气流量式柴油／液化石油气混烧系统，其特征在于，其中，将二次压力室的压力值Pp代入下列公式中，求得运用在油门踏板空压控制阀的第二供气阀的弹簧的弹力模数Kp₂：

Pp×π×(Rp₂)2=Kp₂×δp₂

公式中，π=3.1416；Rp₂表示第二供气阀的膜片外半径，δp₂表示控制膜片加压于第二供气阀弹簧位移量。