[发明专利]喷射燃料到气体燃料发动机的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及机动车辆燃料控制系统和方法的领域。

背景技术

气体燃料内燃发动机是降低燃油消耗并减少发动机排放的一种方法。与液体燃料(如汽油或酒精)相比，气体燃料发动机可以提供多个优点。例如，气体燃料在低温时能很好地挥发。此外，因为燃料在燃烧之前在发动机中不凝结，因此气体燃料可以更完全地燃烧。因此，气体燃料在一些情况下可以产生更少的不合要求的排放。

然而，本发明人已经确定在低温时可能难以启动气体燃料发动机，因为燃料喷射器在低温时抵抗移动，并且因为车辆电压可能降到难以运行气体燃料喷射器的水平。特别是，当发动机起动转矩增加时，发动机转速和电池电压会减小。例如，在发动机起动过程中，起动机旋转发动机曲轴。当曲轴旋转时，发动机汽缸吸入并排出空气以与燃料结合，以便提供可燃混合气用以运行发动机。在曲轴旋转的过程中，空气在进气冲程进入汽缸并在压缩冲程被压缩。当汽缸活塞接近压缩冲程的上止点时发动机起动机转矩增加，因为需要做功来压缩汽缸中的空气。此外，马达转矩直接与马达电流成比例。当起动机转矩增加时，电池提供增大的电流，并且电池电压减小。如果电池电压在气体燃料喷射器的最小运行电压以下，则燃料喷射器会无法运行并且发动机会无法起动。

此外，需注意的是尽管一些类型的燃料喷射器可以在低温时产生更大的燃料喷射器开启力(如峰值保持燃料喷射器-在高电压时被致动并在低电压时保持开启的燃料喷射器)，这种类型的燃料喷射器可能要求更昂贵的电控驱动技术。因此，峰值保持燃料喷射器(peak and hold fuel injector)可能较不可取。此外，峰值保持燃料喷射器不常用作进气道喷射器，因为正在开发具有更低的最小运行电压的饱和喷射器。然而，还没有开发出来在低温时可能遇到的较低的最小运行电压下运行的饱和燃料喷射器。

发明内容

此处发明人提出喷射燃料到发动机的方法，其包括：在第一模式的发动机启动中，调整气体燃料喷射器的喷射正时以便在不同的曲轴间隔期间传送至少一部分气体燃料到发动机的汽缸；以及将所述气体燃料喷射器的开启与所述气体燃料喷射器的供给电压超过阈值电压时的曲轴角度对齐。

通过调整喷射正时的起点(例如，在汽缸循环期间命令燃料喷射器开始传送燃料到发动机时的曲轴角度)以与供给到燃料喷射器的电压处于较高水平的时刻一致，可以改进气体燃料发动机的发动机冷起动。通过在施加到燃料喷射器的电压较高的时刻开始燃料喷射，可以增加燃料喷射器运行并喷射燃料的可能性。例如，对于单缸发动机，在汽缸的膨胀冲程期间当起动机啮合时，电池电压可能增加。在膨胀冲程期间，压缩的汽缸气体膨胀以加速曲轴并减小起动机所汲取的电流。因此，可能有利于在一些条件下当供给到燃料喷射器的电压较高时在汽缸的膨胀冲程或在另一个曲轴间隔驱动气体燃料喷射器。这样，可以运行较低成本的饱和型燃料喷射器以便即使当电池电压不如期望的高时仍传送气体燃料到发动机。在多缸发动机的情况下，所有汽缸的气体扭矩被叠加以产生净气体扭矩。最小气体扭矩的范围可以产生最快的曲轴速度、最小的起动机电流和最高的电池电压。

在四缸、四冲程循环、甚至是点火发动机的情况下，每180度的曲轴角度，发动机起动循环的较高电池电压和较低电池电压部分重复。因此，每180度的曲轴角度，可以确定当电池电压超过喷射器最小运行电压时的曲轴角度区间或窗口。

本说明可以提供多个优点。特别地，该发明可以改善发动机的起动和排放。此外，因为不需要峰值保持电路以运行气体燃料喷射器，所以该方法能够降低系统成本。另外，在寒冷的条件下，车辆动力系统可能不必被升级以运行燃料喷射器。

根据另一方面，提供起动气体燃料发动机的方法。该方法包括在发动机起动期间，调整气体燃料喷射器的燃料喷射正时以在不同的曲轴间隔期间传送至少一部分气体燃料到发动机的汽缸；将气体燃料喷射器的开启与气体燃料喷射器的供给电压超过阈值电压时的曲轴角度对齐；以及在供给电压超过阈值电压至少一个发动机旋转之后，将气体燃料喷射器的燃料喷射正时调整为与发动机转速和负载相关的曲轴角度。

在一个实施例中，对齐将气体燃料喷射器的开启移动到气体燃料喷射器的供给电压基本处于曲轴间隔期间的最大值时的曲轴角度。

在另一个实施例中，对齐气体燃料喷射器的开启包括在气体燃料发动机汽缸的膨胀冲程期间开启所述气体燃料喷射器。

在另一个实施例中，气体燃料喷射器是饱和燃料喷射器。

在另一个实施例中，该方法进一步包括当发动机的温度变化时调整气体燃料喷射器的开启持续时间。