[发明专利]在气体发动机中更好地使用燃料的控制策略

说明书

技术领域

本发明涉及改进具有能够燃烧气体燃料的发动机的汽车中的燃料使用的系统和方法。

背景技术

气体燃料汽车可以将燃料存储在一个或多个最大压力约为350至700巴的加压燃料箱(例如由碳纤维制成)中。例如，美国专利5,127,230号描述了使用两个燃料箱(主燃料箱和副燃料箱)的液化天然气供给系统的一个示例。具体来说，选择主燃料箱向发动机供给燃料，并提供自动替代系统，借助该系统，如果未选择的燃料箱中的压力升高至预定水平之上，则操作者的燃料箱选择被替代，并使用来自未选择的燃料箱的气体，直到压力降至低于预定水平。该替代系统消除了在发生过量的压力积累时将气体排出到大气中的需要。

然而，发明人在此认识到，虽然上述方法可以选择性地使用两个具有不同压力的燃料存储箱来限制过压情况，但该系统同时会造成存储的燃料使用效率低。具体来说，取决于燃料导管压力和喷射系统，一旦燃料箱达到等于或低于喷射压力(在直接喷射的情况下可以高至50至100巴)的预定压力，燃料箱实际上被视为已空。因此，任何剩余的燃料都不能用于操作发动机和推动汽车。

发明内容

为了解决上述问题，可以基于发动机需求而不是基于存储压力这样的燃料箱工况，或除了基于燃料箱工况还基于发动机需求，选择性地使用来自多个燃料箱的燃料。

以此方式，可以提供最大发动机输出，同时还可以更完全地使用存储的燃料。例如，即使一个存储压力降至低于适合用于所有工况的期望喷射压力，仍然可以在选择的发动机需求(如，较低的发动机需求)下使用该燃料箱，而在其他发动机需求(如，较高的发动机需求)下使用另一个压力较高的燃料箱来代替或补充压力较低的燃料箱。以此方式，在任何给定的点上，只要至少一个燃料存储箱具有足够的压力，就可以提供全范围(full scope)的发动机输出，同时允许更完全地使用存储的燃料。这样的操作可以允许改进的汽车工作范围(如，距离)，且可以对给定的行驶循环提供全范围的发动机输出。

在一个示例中，可以基于具体的发动机负荷选择来自具有不同压力的燃料箱的燃料。例如，低压力燃料箱可以在怠速及行驶循环的低功率部分期间工作，而高压力燃料箱可以在较高的发动机负荷下工作。以此方式，可以更加完全地使用存储的燃料并扩大汽车工作范围，同时保持最大功率容量。

附图说明

图1是燃烧气体燃料的发动机的示例实施例的示意表示。

图2-图5是示例燃料喷射器和燃料供给系统配置的示意图。

图6是示出示例工况下的压力调节变化的示意图。

图7是基于发动机工况和燃料箱压力控制燃料喷射的方法的一个示例实施例的流程图。

图8是基于发动机工况和燃料箱压力控制燃料喷射的方法的另一个示例实施例的流程图。

图9示出汽缸压力和汽缸体积之间的关系，以说明喷射正时的热力学效应。

图10是在具有多个燃料箱的燃料供给系统中供给燃料的方法的一个示例实施例的流程图。

图11示出具有包括固定压力调节器的单燃料箱系统的汽车的燃料箱压力和行驶里程数之间的关系。

图12示出具有包括两级压力调节的双燃料箱系统的汽车的燃料箱压力和行驶里程数之间的关系。

具体实施方式

图1总地在10处示出多汽缸发动机的一个汽缸，及连接到该汽缸的进气路径和排气路径的示例实施例，以及具有用于控制汽缸气门的可变正时机构的凸轮轴的示例实施例。应理解，发动机10的配置只是示意性的，且本文中所述的系统和方法可以在任何其他适合的发动机中实现。此外，该发动机可以通过位于汽缸中的火花塞(未示出)火花点火，其点火正时可以根据工况改变。

继续图1，发动机10由电子发动机控制器12控制。发动机10的燃烧室或汽缸14如图所示包括燃烧室壁16，活塞18位于其中并连接到曲轴20。燃烧室14如图所示通过进气门26和排气门28与进气歧管22和排气歧管24连通。燃料喷射器30连接到燃烧室14，用于与经电子驱动器68从控制器12接收的燃料脉冲宽度(fpw)信号成比例地向其中直接供给喷射的燃料。燃料由气体燃料系统向燃料喷射器30供给，该气体燃料系统在下文中参考图2-图5详述。

进气歧管22如图所示与包含节流板34的节气门体32连通。在该具体示例中，节流板34连接到电动马达36，以使节流板34的位置由控制器12通过电动马达36控制。在可选实施例(未示出)中，节气门体32和节流板可以省略。