LPI燃料系统和使得回流燃料最小化的方法与流程

本申请要求2012年5月24日提交的韩国专利申请第10-2012-0055239号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明的示例性具体实施方案涉及一种LPI燃料系统，更具体地涉及一种采用最小化回流燃料的方法的LPI燃料系统，使得可以通过如下手段而改进燃料泵的可操作性和气罐的填充性能：根据发动机是否点火而改变燃料排放速度，和在发动机起动之后，基于发动机的负载情况通过反馈控制而优化燃料泵的燃料排放速度。

背景技术：

通常地，LPI(液化石油气喷射)发动机不同于LPG发动机的特征在于：在LPI发动机的情况下，燃料以液体状态进行供给，而在LPG发动机的情况下，燃料以气体状态进行供给。

因此，与LPG发动机相似，LPI发动机需要用于液化气的气罐(或容器)并且填充所述气罐(或容器)，但是在LPI发动机中，与汽油发动机相似，燃料应供应至LPI发动机使得燃料可以在预定的液体状态下从气罐维持至喷射器。

由于这种燃料供应特征，在LPI发动机中，从气罐排放至发动机的燃料中未被发动机消耗的剩余燃料应回流至气罐。因此，除了燃料供应装置之外，现有的LPI燃料系统应配置有额外的燃料回流装置。

通常地，回流流速被限定为燃料泵的排放流速减去发动机的燃料消耗速度的值，其中通过对安全系数与发动机燃料中的燃料消耗速度进行量值求和从而确定燃料泵的排放流速。因此，燃料泵的排放流速变得大于燃料消耗速度。

因此，在LPI发动机中潜在地产生了回流流速，并且特别地，当发动机在低负载空转状态下时，产生较大的回流流速。

为了解决该问题，典型的燃料回流装置需要内径为约6mm的燃料回流管线。

然而，由于未被发动机消耗的回流燃料在从气罐排放之后以被发动机热和空气温度加热的方式回流至气罐，这导致气罐填充性能的降低。

特别地，由于在LPI发动机中从燃料泵排放的流速大于燃料消耗速度，因此未被发动机使用的剩余燃料应当回流至气罐。

因此，燃料泵的排放燃料的量为对安全系数与发动机的燃料消耗速度的量值求和，这导致泵噪声的升高及其耐用性的降低。

例如，同样在燃料泵的情况下，由于排放的燃料量大于燃料消耗速度，通过燃料泵产生噪声且燃料泵的耐用性会降低，并且当发动机在低负载的空转状态下时，大量的回流流体通过发动机热和空气温度而导致温度升高，然后其回流至气罐，这导致气罐填充性能的降低。

特别地，回流燃料在流过内径为约6mm的燃料回流管线的同时携带升高的温度回流至气罐，导致气罐的温度升高，因此液相燃料蒸发且气罐内部的压力升高。

由于气罐内部的这种温度升高和压力升高，不利地影响LPG燃料的填充性能，其中具有更高蒸发压力的丙烷部分大于丁烷部分。

因此，传统的解决方案不能用内径为约6mm的燃料回流管线系统克服由LPI所造成的各种问题。因此，需要一种系统以提供能够克服现有方法的短处的新颖的和创新的特征。

公开于本发明的背景部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的示例性具体实施方案提供一种LPI燃料系统，所述LPI燃料系统通过如下手段减少回流至气罐的回流燃料同时避免燃料泵的故障：基于发动机的起动情况(即开或关)使得燃料泵的燃料排放速度差异化，在发动机起动之后，基于发动机的负载情况通过反馈控制而优化燃料的燃料排放速度。特别地，本发明可以提供一种采用最小化回流燃料的方法的LPI燃料系统，使得可以通过如下手段而改进燃料泵的可操作性和回流至气罐的流速：根据发动机是否点火而改变燃料排放速度，和在发动机起动之后，基于发动机的负载情况通过反馈控制而优化燃料泵中的燃料排放速度。

根据本发明，通过使得较小量的回流流速具体化而构造出不影响发动机热或空气温度的燃料回流管线，并因此提供一种LPI燃料系统，所述LPI燃料系统合并了回流燃料最小化方案，因此有可能避免由于回流燃料导致的气罐填充性能的降低。

本发明的各个方面提供一种用于在LPI系统中最小化回流燃料的方法，包括：在发动机的钥匙接通(点火接通)状态下驱动燃料泵之后，当检测气罐燃料压力P_气罐和喷射器压力P_喷射器时，确认燃料排放速度和计算压差ΔP；和控制所述燃料泵，其中在计算所述压差ΔP之后，比较所述气罐燃料压力P_气罐和所述喷射器压力P_喷射器，并在恒定的压力下维持从所述燃料泵排放的流速。

根据本发明的具体实施方案，所述压差ΔP是所述喷射器压力P_喷射器减去所述气罐燃料压力P_气罐的值。

根据本发明的另一个具体实施方案，控制所述燃料泵可以包括：核实所述燃料排放速度，其中在计算所述压差ΔP之后，根据发动机是否点火而不同地设定目标压力ΔP_目标；最佳地控制所述燃料排放速度，其中在相互比较所述压差ΔP和所述目标压力ΔP_目标之后，根据所述压差ΔP和所述目标压力ΔP_目标之间的任何量值差异将所述燃料泵的功率设定为不同的值。

根据本发明的另一个具体实施方案，基于发动机转速(RPM)确定发动机是否为点火接通状态。

根据本发明的另一个具体实施方案，当判断发动机为点火切断状态时，将所述目标压力ΔP_目标设定为发动机起动压力P_起动，而当判断发动机为点火接通状态时，将所述目标压力ΔP_目标设定为发动机运转压力P_运转。

根据本发明的另一个具体实施方案，当将所述目标压力ΔP_目标设定为所述发动机运转压力P_运转时，所述目标压力ΔP_目标不考虑发动机负载的情况而作为固定压力进行应用，或者根据发动机负载而作为有差别的可变压力进行应用。

根据本发明的另一个具体实施方案，当所述目标压力ΔP_目标根据发动机负载而作为有差别的可变压力进行应用时，所述目标压力ΔP_目标被划分成至少四个不同的值。

根据本发明的另一个具体实施方案，所述目标压力ΔP_目标的所述至少四个不同的值基于发动机负载的变化和发动机转速的变化，因此可以通过使发动机负载的变化与发动机转速的变化相匹配而选择所述四个不同的值。

根据本发明的另一个具体实施方案，在任何区域中，发动机负载的量值范围可以从较小值至较大值，且发动机转速的量值被划分成从较小值至较大值的范围。

根据本发明的另一个具体实施方案，当发动机负载的量值可以是小值时，发动机转速(RPM)的量值也可以是小值，并且当发动机负载的量值可以是大值时，发动机转速(RPM)的量值也可以是较大值。

根据本发明的另一个具体实施方案，当发动机负载的量值和发动机转速(RPM)的量值可以具有四个区域的最小值时，将目标压力ΔP_目标限定为设定压力P₁；当发动机负载的量值和发动机转速的量值可以具有四个区域的最大值时，将所述目标压力ΔP_目标限定为设定压力P₄；剩下的两个区域设定在从四个区域中选择的最小值和从四个区域中选择的最大值之间，并且基于发动机负载的量值和发动机转速的量值之间的差异将所述剩下的两个区域的目标压力ΔP_目标分别限定为设定压力P₂和P₃；且所述设定压力P₁至P₄的量值具有如下关系P₄>P₃>P₂>P₁。

根据本发明的另一个具体实施方案，当所述压差ΔP等于所述目标压力ΔP_目标时，在维持功率恒定而无降低或升高功率的方向上控制所述燃料泵；当所述压差ΔP小于所述目标压力ΔP_目标时，以功率升高的方向控制所述燃料泵；且当所述压差ΔP大于所述目标压力ΔP_目标时，以功率降低的方向控制所述燃料泵。

本发明的另一个具体实施方案提供一种采用回流燃料最小化方法的LPI燃料系统，包括：燃料泵，所述燃料泵安装在气罐中，所述气罐具有压力传感器；燃料供应管线，所述燃料供应管线从所述燃料泵连接至发动机的喷射器并且配置有减压阀和切断阀；燃料回流管线，所述燃料回流管线从所述喷射器连接至所述气罐燃料泵并且配置有回流阀，所述回流阀安装在所述气罐中；发动机控制单元(ECU)，所述发动机控制单元(ECU)具有逻辑方法，所述逻辑方法通过控制燃料泵的排放流速从而使以未被喷射器消耗的方式回流至所述燃料回流管线的燃料达到最小化。

根据本发明的具体实施方案，所述回流阀可以包括：孔口，所述孔口设置在燃料路径上，所述燃料路径用于流动回流至所述燃料回流管线的燃料；止回阀，所述止回阀用于打开或关闭阀体内部的所述燃料路径，所述阀体连接至所述燃料路径；和活塞，所述活塞与所述阀体联接从而排放穿过所述止回阀的回流燃料。

本发明的另一个目的是提供一种采用上述用于最小化回流燃料的方法的LPI燃料系统，包括：燃料泵，所述燃料泵安装在气罐中，所述气罐具有压力传感器；燃料供应管线，所述燃料供应管线从所述燃料泵连接至发动机的喷射器并且配置有减压阀和切断阀；燃料回流管线，所述燃料回流管线从所述喷射器连接至所述气罐燃料泵并且配置有回流阀，所述回流阀安装在所述气罐中；发动机控制单元(ECU)，所述发动机控制单元(ECU)具有逻辑方法，其中通过控制燃料泵的排放流速从而使以未被喷射器消耗的方式回流至所述燃料回流管线的回流燃料达到最小化。

根据本发明的一个具体实施方案，所述回流阀可以包括：孔口，所述孔口设置在燃料路径处，回流至所述燃料回流管线的回流燃料流向所述孔口；止回阀，所述止回阀用于打开或关闭阀体内部的所述燃料路径，所述阀体连接至所述燃料路径；和活塞，所述活塞与所述阀体联接从而可以排放穿过所述止回阀的回流燃料。

根据本发明，当发动机起动时，有可能根据发动机负载通过反馈控制通过优化燃料泵中的燃料排放速度从而避免泵噪声的升高及其耐用性的降低，并且有可能基于优化的燃料排放速度降低回流至气罐的回流流速。

根据本发明，由于通过最小化排放速度降低了燃料泵的电流消耗，可以增强LPG车辆的燃料效率。

根据本发明，由于通过最小化进入燃料泵的排放流速降低了回流至气罐的回流流速，可以改善LPG燃料的填充性能，因此可以填充LPG燃料(该LPG燃料的具有更高蒸发压力的丙烷部分大于丁烷部分)而不降低填充性能。

同样地，根据本发明，由于燃料回流管线的直径变得更小并且可以通过降低回流流速移除调压器，有可能以相对便宜的成本建立该系统。

本发明的其它目的和优点可以通过如下描述而理解，并且参考本发明的具体实施方案而变得清楚。同样地，本发明所属领域的技术人员显而易见的是，本发明的目的和优点可以通过要求保护的方法或其组合而实现。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方案，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

图1为解释根据本发明的示例性具体实施方案的LPI燃料系统的最小化逻辑的框图。

图2为显示LPI燃料系统的示意图，所述LPI燃料系统采用根据本发明的示例性具体实施方案的回流燃料的最小化方案。

图3为解释一些LPG燃料的相变的图表，所述图表显示了通过根据本发明的回流燃料最小化方案而建立的压差。

图4A-4B显示了目标压力确定方法以体现根据本发明的示例性具体实施方案的回流燃料最小化方案。

应当了解，所附附图并非按比例地绘制，显示了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和外形)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记涉及本发明的同样的或等同的部分。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各个具体实施方案，这些具体实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性具体实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性具体实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性具体实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它具体实施方案。

图1为解释根据本发明的示例性具体实施方案的LPI燃料系统的回流燃料最小化逻辑的框图，且图2为显示根据本发明的示例性具体实施方案的LPI燃料系统的示意图。

下文将结合图2描述LPI燃料系统的回流燃料最小化逻辑的主成分。

如图所示，当检测到用于起动发动机的钥匙接通IG ON时(S10)，燃料泵变换成开启状态以待被驱动(S20)。

通常地，在识别到钥匙接通时，燃料泵的驱动通过发动机控制单元(ECU)来执行。

从LPI燃料系统可以清楚看到，燃料泵2安装在气罐1中，在所述气罐1中ECU向驱动器2a发送信号从而驱动燃料泵2。

然后，检查从气罐1供给到发动机30的燃料的压力，从而可以检测燃料压力P_气罐和用于将燃料喷入发动机的喷射器压力P_喷射器之间的压差ΔP(＝P_喷射器–P_气罐)。

通过在ECU中建立的逻辑方法而进行所述过程。

ECU接收来自压力传感器1a(该压力传感器1a安装在气罐1中)的信号从而检测气罐1内的内部压力，并且接收来自喷射器21的信号从而检测喷射器21的燃料喷射压力，所述喷射器21用于对从燃料泵2供给到燃料供应管线10的燃料进行喷射。

典型地，基于安装在喷射器21中的燃料传感器而检测到喷射器21的燃料喷射压力。

各自来说，气罐1的内部压力被定义为气罐的燃料压力P_气罐，且喷射器21的燃料喷射压力被定义为喷射器压力P_喷射器。

压差ΔP示于图3，图3显示了解释LPG燃料的相变的图表。

然后，根据发动机是否起动设定目标压力ΔP_目标，其中通过如下条件确定发动机是否起动的判断：发动机的转速(RPM)>X，其中X表示预定的发动机转速(S40)。

通常地，指示预定的发动机转速的X具有的发动机转速的值为0或更多，但是并不限于任何具体的值，因为X根据发动机的规格而不同地定义。

作为通过S30检查的结果，当发动机30未起动的时候，将目标压力ΔP_目标设定为发动机起动压力P_起动(S50)。

亦即，设定目标压力ΔP_目标从而具有目标压力ΔP_目标等于发动机起动压力P_起动(即ΔP_目标＝P_起动)的关系，并将目标压力ΔP_目标限定为不同于S30中检测的压差ΔP的值。

然而，作为通过S30检查的结果，当发动机30已起动时，将目标压力ΔP_目标设定为发动机运转压力P_运转(S60)。

亦即，设定目标压力ΔP_目标从而具有目标压力ΔP_目标等于发动机运转压力P_运转(即ΔP_目标＝P_运转)的关系，并将目标压力ΔP_目标限定为不同于S30中检测的压差ΔP的值。

根据本发明的一个具体实施方案，在ΔP_目标＝ΔP_运转的情况下，基于发动机负载的固定的压力或可变的压力可以用于ΔP_目标。

图4A-4B显示了当将目标压力ΔP_目标设定为可变压力时由ECU体现的逻辑。

图4A显示了基于发动机负载将目标压力ΔP_目标设定为可变压力的实施例，所述目标压力ΔP_目标包括通过发动机转速和发动机负载而划分的四个区域，并且在四个划分的区域中分别设定不同的目标压力ΔP_目标。

通常地，发动机转速被定义为RPM，且发动机负载被定义为指示平均有效压力(IMEP)。

在用于确定目标压力ΔP_目标的逻辑中，发动机负载具有从较小值至较大值的量值范围，并且发动机转速也具有从较小值至较大值的量值范围(S600)。

图4B显示了发动机负载和发动机转速之间的关系。从图4B中可以清楚看到，当发动机转速(RPM)具有小值时，发动机负载也具有小值，当发动机转速(RPM)具有相对较大值时，发动机负载也具有较大值。

因此，基于如下事项(items)限定目标压力ΔP_目标，所述事项包括发动机在低速、低发动机负载的情况下的转速(RPM)，发动机在高速、高发动机负载的情况下的转速(RPM)，其中基于任何燃料压力映射的概念将这四个事项之间的关系设定成至少四个彼此不同的目标压力ΔP_目标。

通常地，由于可以根据发动机的规格不同地限定发动机负载和发动机转速，其不限于任何具体的值。

鉴于最低区域1判断发动机转速(RPM)和发动机负载，其中，当发动机的转速(RPM)和发动机的负载在其检查过程中满足区域1的条件时，将其限定为设定的压力P₁，并且设定从而具有如ΔP_目标＝P₁＝P_运转的关系(S601)。

然后，鉴于区域2判断发动机转速(RPM)和发动机负载，所述区域2比区域1相对更大，其中，当发动机转速(RPM)和发动机负载在其检测过程中满足区域2的条件时，将其限定为设定的压力P₂，并且设定从而具有如ΔP_目标＝P₂＝P_运转的关系(S602)。

鉴于区域3判断发动机转速(RPM)和发动机负载，所述区域3比区域2相对更大，其中，当发动机转速(RPM)和发动机负载在其检测过程中满足区域3的条件时，将其限定为设定的压力P₃，并且设定从而具有如ΔP_目标＝P₃＝P_运转的关系(S603)。

然后，鉴于区域4判断发动机转速(RPM)和发动机负载，所述区域4比区域3相对更大，其中，当发动机转速(RPM)和发动机负载在其检测过程中满足区域4的条件时，将其限定为设定的压力P₄，并且设定从而具有如ΔP_目标＝P₄＝P_运转的关系(S604)。

总之，设定压力的量值优选具有如P₁<P₂<P₃<P₄<P_高的关系。

同样地，图4B概念图，其显示了区域1(A)、区域2(B)、区域3(C)和区域4(D)基于燃料压力映射概念而设定出分别具有如下关系：P₁＝P_运转、P₂＝P_运转、P₃＝P_运转和P₄＝P_运转，且它们被分别设定为ΔP_目标。

然后，比较预先检测的压差ΔP和目标压力ΔP_目标以通过ECU反馈控制燃料泵2，从而可以通过基于统一的压力控制方案控制燃料泵在恒定的压力下维持从燃料泵排放的流速(S70)。

作为一个例子，根据用这种统一的压力控制方案控制的燃料泵，有可能恒定地将排放压力维持在约5bar。

在本发明的一个具体实施方案中，为了进行统一的压力控制方案，压差ΔP和目标压力ΔP_目标之间的比较过程包括三个步骤。

然后，当ΔP等于ΔP_目标时，基于脉冲宽度调制(PWM)法通过ECU控制燃料泵2的功率，恒定地维持燃料泵2而不降低或升高功率(S80)。

并且，当ΔP小于ΔP_目标时，基于PWM法通过ECU控制燃料泵2的功率，以功率升高的方向控制燃料泵2(S90)。

并且，当ΔP大于ΔP_目标时，基于PWM法通过ECU控制燃料泵2的功率，以功率降低的方向控制燃料泵2(S100)。

如上所述，根据本发明具体实施方案的使得回流燃料最小化逻辑，在通过发动机的钥匙接通(IG ON)而驱动燃料泵之后，检测压差ΔP(＝气罐燃料压力P_气罐–燃料喷射压力P_喷射器)，然后将目标压力ΔP_目标设定为发动机起动压力P_起动或至少四个不同的发动机运转压力P_运转，从而可以考虑到压差ΔP和目标压力ΔP_目标之间的量值差异通过控制燃料泵而维持、升高或降低功率以优化从泵排放的流速，由此降低受发动机热和空气温度影响的回流流速。

图2显示了LPI燃料系统，所述LPI燃料系统采用了根据本发明的一个具体实施方案的回流燃料最小化方案。

如图所示，LPI燃料系统包括：燃料泵2，所述燃料泵2安装在气罐1中，所述气罐1具有压力传感器1a；燃料供应管线10，所述燃料供应管线10从燃料泵2连接至发动机30的喷射器31；减压阀12，所述减压阀12在燃料供应管线10离开气罐1之前安装在气罐1内部的燃料供应管线10中；切断阀11，所述切断阀11设置在喷射器31和连接至燃料供应管线10的气罐1之间；燃料回流管线20，所述燃料回流管线20从喷射器31连接至燃料供应管线10；回流阀21，所述回流阀21安装在气罐1内部的燃料回流管线20中；和发动机控制单元(ECU)，所述发动机控制单元(ECU)具有逻辑方法，所述逻辑方法通过脉冲宽度调制(PWM)方案功率控制排放流速，从而最小化从燃料回流管线20回流至气罐1的燃料。

燃料泵2配置有驱动器2a，所述驱动器2a通过ECU控制。

燃料回流管线20具有比通常的燃料回流管线(具有约6mm的内径)更小的约2mm的内径，其中移除了配置在燃料回流管线20中的现有的调压器。

回流阀21包括主体外壳22，所述主体外壳22接合至气罐1；孔口24，所述孔口24设置在燃料路径23上，回流燃料通过所述孔口24流至主体外壳22；阀体25，所述阀体25与主体外壳22联接并且连接至燃料路径23；止回阀26，所述止回阀26用于打开或关闭阀体25内部的燃料路径23；和活塞27，所述活塞27与阀体25联接从而排放穿过止回阀26的回流燃料。

孔口24具有约0.2mm的内径且设置在燃料路径23上。止回阀26优选为隔膜类型的止回阀。ECU中建立的回流燃料最小化逻辑通过S10至S100进行。

根据如上所述而进行构造的LPI燃料系统，当在发动机在钥匙接通(IG ON)状态下通过ECU来驱动燃料泵2时，可以基于压差ΔP(＝气罐燃料压力P_气罐–燃料喷射压力P_喷射器)和目标压力ΔP_目标(发动机起动压力P_起动或至少四个不同的发动机运转压力P_运转)之间的量值差异使用燃料泵2排放最佳的流速。

从燃料泵2排放的燃料通过燃料供应管线10供给入喷射器31，然后喷射器31将燃料喷射至发动机30从而驱动发动机30。

在该过程中，未被发动机消耗的燃料通过燃料回流管线20回流至回流阀，通过穿过回流阀的燃料路径上的孔口而回流至气罐1的回流燃料通过隔膜类型的止回阀供给至活塞27。

可以通过燃料回流管线20实现回流燃料的流速，所述燃料回流管线20具有约2mm的内径，由于通过适应发动机转速将从燃料泵2排放的流速控制在最低量，因此发动机负载和未被发动机消耗的回流燃料达到最小化。

因此，由于可以将流至燃料回流管线20(产生的热传递至所述燃料回流管线20)的回流燃料的流速降低至较小的量，并且可以降低回流至气罐的回流燃料的流速和温度，有可能基本上抑制在气罐1中由于回流燃料而产生的温度升高和压力升高。

因此，即使当在气罐燃料中(其中具有高蒸发压力的丙烷部分大于丁烷部分)使用LPG燃料时，有可能恒定地维持LPG燃料的填充性能。

如上所述，根据本发明的一个具体实施方案的LPI燃料系统，由于可以将流至燃料回流管线20(产生的热传递至所述燃料回流管线20)的回流燃料的流速降低至较小的量，可以通过约2mm的小直径实现从发动机至气罐的燃料回流管线20。

根据本发明的示例性具体实施方案，由于燃料回流管线的直径变得更小并且可以通过降低回流流速移除调压器，有可能以相对便宜的成本建立该系统。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上方”、“下方”、“内部”和“外部”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性具体实施方案的特征。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性具体实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性具体实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。