基于阻塞流速率的增强燃料喷射的制作方法

基于阻塞流速率的增强燃料喷射的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于通过限制的声波阻塞流速率，调整喷射气体燃料量的方法。因为随着罐压力减小，所述声波阻塞流速率持续减小，所述方法包括基于系统变量计算通过所述限制的声波阻塞流速率，以及迫使CNG喷射速率小于通过所述限制的声波阻塞流速率。由此，到燃料喷射器的质量流速率可以被基本最大化，以基本最小化流空燃料罐的时间，尤其是在气体储存罐的含量为低时所述罐的最后量流空期间。
【专利说明】基于阻塞流速率的增强燃料喷射

【技术领域】
[0001] 本描述的领域涉及用气体燃料运行的车辆燃料系统。

【背景技术】
[0002] 机动车辆以压缩天然气（CNG)运行是已知的。CNG通过限制（restriction)和压 力调节器引导以向发动机燃料喷射器供应恒定压力的CNG。
[0003] 以CNG运行的机动车辆的问题是在气罐流空时，供应给发动机燃料喷射器的CNG 不再是恒定压力。因此，因为燃料罐流空导致差的驾驶性能和困难的排放控制，所以输送到 发动机的CNG量的精确控制变得困难。
[0004] 解决这个问题的一个方案是当CNG压力(例如罐压力或燃料喷射压力)下降到低于 预定值时，要求气罐再注满。这种类型的方案导致频繁的罐再注满和车辆运行范围的限制。
[0005] 在另一个方案中，由于车辆能够以CNG或汽油运行，当CNG罐压力下降到低于期望 值时，CNG输送被切断并且只有汽油供应给发动机。再次，在所述罐中的CNG保持不用直到 下次再注满再运行车辆。


【发明内容】

[0006] 本发明人已经发现上述方法的问题并解决了该问题。尤其是，通过限制 (restriction)的流速率是在阻塞声波流，而在阻塞区域的流速度以声波速度保持恒定。本 发明人进一步意识到在罐内压力减小时，声波阻塞流速率（以质量计）不断减小。本发明人 意识到的方案是计算声波阻塞质量流速率和控制总是低于这个值的平均气体喷射速率。接 着，因为当燃料喷射速率低于声波限制质量流速率时，发生压力调节，所以到发动机内的气 体燃料喷射的精确控制是可实现的。在进一步示例中，本发明人基本最大化到燃料喷射器 的质量流速率，以基本最小化燃料罐流空的时间，同时又维持燃料喷射器的平均质量流速 率小于通过限制输送到燃料喷射器的气体燃料的质量流速率，所述限制在一个实施例中位 于调节器中，但是在其他实施例中也可以位于燃料系统内的其他位置中。在另一个示例中， 本发明人通过液体燃料喷射器填加液体燃料到发动机中的喷射；以及控制气体燃料喷射器 和液体燃料喷射器，以基本实现期望的发动机操作-例如期望的空气/燃料控制或期望的 转矩控制。
[0007] 应当理解所提供的上述
【发明内容】
是以简化形式介绍本发明的精选构思，其将在具 体实施方式中进一步描述。然而，这并不意味着指明所要求保护主题的关键或基本特征，所 述发明主题范围由附属的权利要求唯一限定。而且，所要求的主题不限于解决上述或本公 开任何部分中的任何缺点的实施方式。

【专利附图】

【附图说明】
[0008] 通过单独参考【具体实施方式】或结合绘图参考【具体实施方式】，通过阅读在本文作为

【具体实施方式】的实施例示例，将更加全面理解本文描述的优点，其中：
[0009] 图1是发动机的示意图；
[0010] 图2是根据本公开的气体燃料系统的示例性实施例的示意图；
[0011] 图3示出图2的压力调节系统的详细视图；
[0012] 图4示出显示阻塞声波流的调节器排放的曲线图；
[0013] 图5是基于阻塞声波流调整气体燃料喷射的示例方法的流程图；
[0014] 图6是用于车辆上加压罐流空的示例方法的流程图；
[0015] 图7示出根据图5和6方法的模拟运行序列。

【具体实施方式】
[0016] 本说明涉及基于所计算的声波阻塞流速率，调整喷射的气体燃料量，并且与液体 燃料一起向发动机供应燃料，以便满足发动机的期望负荷。因为所述方法涉及发动机系统， 所以图1-3示出发动机内示例性系统的示意图。接着，图4示出在阻塞声波流阶段，通过限 制的示例流速率，其中所述流速度保持恒定。在图5和6中，用于调整流速率，以基本最小 化燃料罐流空的时间，同时又维持燃料喷射器的平均质量流速率小于通过限制输送到燃料 喷射器的气体燃料质量流速率的示例方法的流程图被包括以图示说明所述方法。接着，图7 示出当发动机具有端口气体燃料喷射器时，根据图5和6方法的模拟运行序列。因此，图7 的序列可以根据图5和6的方法，由解决图4的问题的图1-3的系统提供。如本文所使用， 基本最小化或最大化流包括分别增大或下降所述流到接近最大或最小水平。作为另一个示 例，基本实现期望的值可以包括收敛于期望值的5%内。
[0017] 参照图1，包括多个汽缸的内燃机10由电子发动机控制器12控制，其中所述多个 汽缸中的一个如图1所示。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32,以及被安置在其中并被 连接到曲轴40的活塞36。燃烧室30被示出经由相应的进气门52和排气门54连通进气歧 管44和排气歧管48。每个进气门和排气门可以由进气凸轮51和排气凸轮53操作。可替 代地，进气门和排气门的一个或多个可以由机电控制气门线圈和衔铁组件操作。进气凸轮 51的位置可以由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57 确定。
[0018] 直接液体燃料喷射器66被示出安置成将液体燃料直接喷射到燃烧室30中，其被 本领域的技术人员称为直接喷射。可替代地，液体燃料可以被喷射到进气口，其被本领域人 员称为端口喷射。直接液体燃料喷射器66输送与控制器12的脉冲宽度成正比的液体燃 料。液体燃料被燃料系统(未示出)输送到直接液体燃料喷射器66中，所述燃料系统包括燃 料罐、燃料泵和燃料轨(未示出）。
[0019] 端口气体燃料喷射器81被示出安置成将气体燃料喷射到进气歧管44中。仅供参 考，直接气体燃料喷射器80被示出安置成将气体燃料直接喷射到汽缸30中。在某些示例 中，端口气体燃料喷射器81可以被安置在汽缸盖的进气口中。在其他示例中，气体燃料喷 射器81可以将气体燃料喷射到进气歧管的中心区域中。端口气体燃料喷射器81和直接气 体燃料喷射器80均可以向发动机10提供气体燃料。然而在其他示例中，气体燃料可以经 由端口气体燃料喷射器81单独供应，而没有直接气体燃料喷射器80。此外，在又一示例中， 气体燃料可以经由直接气体燃料喷射器80单独供应，而没有端口气体燃料喷射器81。一般 来说，双燃料输送系统经配置，使得液体燃料被直接喷射到燃烧室30中，而气体燃料被端 口喷射到进气歧管44中。
[0020] 端口气体燃料喷射器81和直接气体燃料喷射器80经由燃料轨90和储存罐91接 收气体燃料。压力调节器86控制被储存罐91输送到燃料轨90的压力。在这里，储存罐91 中气体的压力经由传感器60感测，然而在某些实施例中，储存罐91中气体的压力可以经由 高压管线压力推断。燃料轨90中气体的压力经由压力传感器61感测。
[0021] 进气歧管44被示出连通可选的电子节气门62,所述电子节气门调节节流板64的 位置，以控制从进气口 42到进气歧管44的空气流。电子节气门62被示出安置在进气歧管 44与进气口 42之间。
[0022] 无分电器的点火系统88响应于控制器12经由火花塞92向燃烧室30提供点火火 花。通用排气氧（UEG0)传感器126被示出联接到催化变换器70上游的排气歧管48。可替 换地，双态排气含氧传感器可以代替UEG0传感器126。
[0023] 在一个示例中，变换器70可以包括多个催化剂砖。在另一个示例中，多个排放控 制装置可以被使用，其中每个排放控制装置具有多个砖。在一个示例中，变换器70可以是 三元催化剂。
[0024] 控制器12在图1中被示为常规的微型计算机，其包括：微处理器单元102、输入/ 输出端口 104、只读存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110以及常规数据总线。 控制器12被示出从被联接到发动机10的传感器接收各种信号，除了之前所述的那些信号 之外，所述信号和传感器包括：被联接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂 温度（ECT);被联接到加速踏板130,用于感测由脚132施加的力的位置传感器134 ;从被联 接到进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力（MAP)的测量；来自霍尔效应传感器 118感测曲轴40的位置的发动机位置传感器；来自传感器120的进入发动机的空气质量测 量结果；以及来自传感器58的节气门位置的测量结果。大气压力也可以被感测(传感器未 示出），供控制器12处理。在本说明的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴的每转产生 预定数量的等间隔脉冲，从所述脉冲可以确定发动机的速度（RPM)。
[0025] 在某些实施例中，发动机可以被联接到混合动力车辆中的电机/电池系统。混合 动力汽车可以具有并行配置、串联配置或者其变体或组合。进一步地，在某些实施例中，其 他发动机配置可以被采用，例如，柴油发动机。
[0026] 在运行期间，发动机10内的每个汽缸通常经受四个冲程循环：所述循环包括进气 冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程。通常，在进气冲程期间，排气门54关闭，而进气门 52打开。空气经由进气歧管44被引入燃烧室30,并且活塞36运动到所述汽缸的底部，以 便增大在燃烧室30内的容积。活塞36接近所述汽缸的底部并在其冲程结束的位置(例如， 当燃烧室30在其最大容积时）通常被本领域的技术人员称为下止点（BDC)。在压缩冲程期 间，进气门52和排气门54被关闭。活塞36向所述汽缸盖运动，以便压缩在燃烧室30内的 空气。在活塞36在其冲程末端并最接近汽缸盖的点(例如，当燃烧室30在其最小容积时） 通常被本领域的技术人员称为上止点（TDC)。在下文被称为喷射的过程中，燃料被引入所述 燃烧室。在下文被称为点火的过程中，被喷射的燃料通过已知的点火手段，例如火花塞92 被点火，产生燃烧进行点火。在膨胀冲程期间，膨胀的气体推动活塞36返回BDC。曲轴40 将活塞运动转换为旋转轴的可旋转转矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开，将被燃烧 的空气-燃料混合物释放到排气歧管48,并且活塞返回到TDC。需要指出，上述仅仅作为示 例示出，并且进气门和排气门的打开和/或关闭正时可以改变，以便提供例如正的或负的 气门重叠，延迟进气门关闭，或各种其他示例。
[0027] 图1和2示出发动机10的示意图。如上所述，发动机系统10包括控制器12和气 体燃料系统218。发动机系统10可以进一步包括具有多个汽缸30的发动机缸体11。在 高负荷条件期间，直接喷射提供多个优点。例如，利用直接喷射引入含氧的液体燃料，以及 在高负荷的高蒸发热量提供针对增大的空气充气的充气冷却、用于燃烧温度控制的稀释以 及抗爆震性能。另一方面，端口喷射可以提供在低负荷条件期间的优点。例如，在低负荷通 过进气喷射引入高挥发性燃料可以提供增强的起动性能、颗粒物减排以及更少未汽化的燃 料。此外，气体燃料可以降低置换空气的泵送损耗。因此，通过在速度-负荷图的各个区域 采用直接喷射或者端口喷射，由两种系统提供的益处可以最大化。
[0028] 气体燃料系统218可以包括一个或多个燃料罐。在示出的示例中，燃料系统包括 燃料罐91，所述燃料罐经配置沿第一燃料管线249输送具有第一化学和物理特性的第一燃 料，所述第一燃料管线249是高压燃料管线。存储在燃料罐91中的燃料可以经由燃料轨90 被输送到发动机汽缸30的喷射器81。在一个不例中，所述气体燃料系统可以进一步包括一 个或多个阀，所述一个或多个阀调节燃料罐91的燃料到喷射器81的供应。各种燃料系统 组件，例如阀、压力调节器、过滤器和传感器也可以沿燃料管线249联接。燃料罐91可以容 纳多个燃料或燃料混合物。例如，所述燃料可以是例如压缩天然气（CNG)或氢燃料的气体 燃料。在第二燃料罐(未示出）的示例中，第二燃料可以是液体燃料，例如汽油、液体丙烷、具 有一系列乙醇浓度的燃料、各种汽油-乙醇混合燃料(例如，EKKE85)以及上述的组合。
[0029] 在示出的示例中，燃料系统218和相关组件可以经配置向发动机汽缸输送气体燃 料。因此，燃料罐91可以被联接到压力调节器86和电磁阀236,以实现被提供给喷射器81 的燃料的固定低压。罐阀232 (例如，止回阀）可以被安置在燃料罐91与压力调节器86之 间，以确保正确的喷射压力。如已经指出，在某些实施例中，罐压力传感器60可以被包括， 以检测所述罐内的压力。然而在其他实施例中，罐输出管线压力传感器233可以被安置在 压力调节器86的上游和燃料罐91的下游，以便在压力调节器86的压力调节之前提供燃料 压力的估算。就是说，压力传感器233可以提供压力调节器86的较高压力侧的燃料压力输 入的估算。注油端口 237可以被安置在罐阀232的上游和压力调节器86的上游，以允许加 燃料。也被称为锁断阀或管线阀的电磁阀236可以被联接在也被称为低压燃料管250的压 力调节器86与燃料轨90之间。在另一个示例中，减压阀（未示出）可以被联接到压力调节 器86下游的燃料管线250。包括手动控制的减压阀可以提供运行优点，而由动力总成控制 模块（PCM)控制的减压阀可以提供在冷起动条件期间的优点。例如，在冷起动条件期间，当 例如点火后发动机还没有预热时，当高燃料轨压力存在时，向内打开喷射器可能不会打开。 因此，PCM可以被编程以致动减压阀，从而降低高燃料轨压力，以允许向内打开喷射器的开 口。在又一示例中，气体燃料系统218可以可选包括旁通管线251，所述旁通管线251被布 置，以便当罐压力低于预定压力时，围绕在压力调节器86中的限制引导罐91的气体燃料。 因此，所述方法可以包括当罐压力低于预定压力时，将所述罐的气体燃料围绕在调节器中 的限制联接。因此，在低燃料罐压力运行期间，所述压力调节器及其限制被旁通。在一个实 施例中，旁通阀可以被包括，所述旁通阀被设计当高压管线中存在高压(例如，超过250psi) 时被打开或保持打开，这阻止在所述喷射器出现非常高的压力。聚结过滤器(未示出）可以 被安置在压力调节器86的较低压力侧，使得燃料轨锁断阀236被联接在压力调节器86与 所述聚结过滤器之间。
[0030] 在一个示例中，燃料罐91可以存储压力范围在10-700巴(例如，对于CNG燃料，是 3000-6000psi，以及对于氢燃料，是5000-10, OOOpsi)的气体燃料，而压力调节器86可以将 燃料轨压力调节到10-40巴(例如，对于CNG燃料是2-10巴）的固定范围。应当明白，虽然 图2仅示出气体燃料系统218,但是发动机10也经配置运行来自附加燃料罐(未示出）的液 体燃料。
[0031] 发动机系统10可以进一步包括控制系统14,控制系统14包括控制器12,控制器 12被示出接收多个传感器16 (本文所述的各个示例）的信息和向多个致动器18发送控制 信号(本文所述的各个不例）。作为一个不例，传感器16可以包括进气中的MAP和MAF传感 器，位于排气中的排气传感器和温度传感器，被联接到燃料轨90和经配置提供燃料轨压力 的估算的压力传感器61，被联接到燃料轨90和经配置提供燃料轨温度的估算的温度传感 器203,被联接到燃料罐91和经配置提供燃料罐温度的估算的温度传感器214等。其他传 感器，例如压力、温度、燃料水平、空气/燃料比和成分传感器可以被联接到发动机系统10 中的各个位置。作为另一个示例，所述致动器可以包括燃料喷射器81、电磁阀236、压力调 节器86、节气门62、罐阀232以及减压阀（未示出）。所述控制器可以接收各种传感器的输 入数据、处理所述输入数据以及基于对应于一个或多个程序的指令或被程序化的代码，触 发所述致动器作为对被处理的输入数据的响应。示例程序在图5-6中示出。
[0032] 如图3的详细视图所示，压力调节器86包括高压室384、低压室386以及基准室 388,所述高压室384经由高压燃料管249接收燃料罐91的气体燃料，所述低压室386向燃 料轨90提供压力调节的气体燃料。在示出的示例实施例中，压力调节器86是包括膜片398 和阀300的机械压力调节器。阀300相对于将高压室384和低压室386隔开的壁304中的 孔口或小孔的位置确定从384到386通过限制的气体的质量流速率，其中所述限制被结合 到所述燃料压力调节器中。阀300的位置取决于基准室388和低压室386中的压力，并且 取决于弹簧396提供的弹簧力，所述弹簧396 -端与压力调节器86底部联接，另一端与膜 片398的底部联接。在某些实施例中，基准室388可以向大气打开，从而使用大气压力作为 基准压力。然而在其他实施例中，基准室388可以被联接到进气歧管压力。在又一实施例 中，所述基准压力可以被控制以调整可变压力调节器。如本文所述，压力调节器86是将基 准室压力控制到固定、恒定压力以实现低压室中的固定、恒定调节压力的机械压力调节器。
[0033] 被布置在燃料管250中的燃料轨锁断阀236可以被关闭，以阻止在到发动机的气 体燃料输送不是期望的条件期间(例如，在发动机停机条件期间，或在到发动机的单独液体 燃料输送是期望的条件期间），压力调节器86与燃料轨90之间的连通。除此以外，燃料轨 锁断阀236可以被打开，以便燃料可以从压力调节阀86被输送到燃料轨90。燃料轨锁断阀 236可以是简单的只能控制到全开或全闭状态并且不用作改变被输送到所述燃料轨的燃料 压力的阀。
[0034] 图4示出压力调节器86上游的限制入口的结果，其中所述调节器输出被绘制为两 种调节器排放类型的气体流速率的函数。在402处的第一曲线和阻塞声波流相对应，其进 一步示出对质量流速率没有增大的压力调节器86下游压力的减小。例如，接近191b/hr的 坚直线是声阻塞点的特性。这在罐压力下降到低水平，例如低于500psi时会发生，以便罐 91的气体燃料的质量流速率变得阻塞。因此，如果从喷射器81被输送到发动机的气体燃料 的平均质量流速率超过流过限制的气体燃料的质量流速率，则压力传感器61的燃料轨压 力和压力传感器60的罐压力（或来自高压燃料管线249中的压力传感器233)会急剧下降， 如图4所示。因此，由于所述调节器上游的流限制，气体燃料系统218不再向喷射器81输 送压力。作为参考，在404处的第二曲线示出在实际感兴趣的区域中没有阻塞声波流的罐 的气体燃料的质量流速率。这个曲线清楚表明储存罐具有可以根据本文所述的方法被用于 向发动机系统10提供动力的某些气体燃料剩余。例如，如下所述，发动机系统10可以通过 计算声波阻塞流速率或通过限制被输送到喷射器的质量流速率排出剩余在罐91中的气体 燃料的供应，以及进一步调整喷射速率低于声波阻塞流速率，以便执行CNG的最大使用量， 尤其是在储存罐中的压力是低时。
[0035] 转向所述方法的控制，图5和6示出两种方法的示例性流曲线图，控制器可以基于 所述声波阻塞流速率调整CNG喷射速率。在图5中，方法500基于所计算的取决于罐压力 的通过限制的声波阻塞流速率，使用CNG管道系统的物理特性计算最大质量流速率。接着， 在图6中，方法600感测期望的发动机负荷以及使用所计算的通过限制的声波阻塞流速率 调整CNG喷射量，以便基本最大化CNG输送量。最后，根据这里所述的方法，以及取决于和 可用CNG量相比的期望发动机负荷，控制器12进一步提供在车辆上的用于共同供应燃料的 第二燃料(例如汽油、电力等)，以便实现期望的发动机运行(例如期望的空气/燃料控制、期 望的转矩控制或怠速)。
[0036] 因为所描述的方法计算声波阻塞流速率以调整CNG喷射流速率，所以流计算的简 要描述是按次序的。当气体速度被阻塞时，除了上游压力（P〇)和温度（V以外，所述质量 流速率取决于所述气体燃料通过的压力调节器86中的孔或限制的横截面面积（A)。然而， 如上所述，所述速率不取决于下游压力。所述质量流速率的方程式由： 陶7]，，治产给出
[0038] 其中^ = ?是质量流速率（kg/s)，C是无量纲排出系数，A是排出孔横截面面积 (m2)，k是取决于气体(例如，对于甲烧，k=1.307)的同一性的指定热容比（cp/c v)，Ρ(ι是限 制上游的气体密度（kg/m3)，^是上游压力（Pa)，以及?；是气体的上游温度（Κ)。虽然SI单 位被设置用于所述方程式的每个变量，其他单位也是可能的。上述方程式可以基于在上游 压力源中存在的压力和温度，用于计算特定气体的稳定状态质量流速率。虽然温度被包括 在这里，但是在某些情况下，所述质量流速率可能取决于上游温度的程度较弱。
[0039] 在502处，方法500包括根据所测量的罐压力，确定各种上游系统变量，比如气体 燃料的密度、压力和温度，以及排出孔的横截面面积。接着在504处，基于所确定的上游系 统变量，方法500进一步包括例如通过使用刚才描述的方程式，计算CNG的声波流速率。因 为所述方法通过保持被喷射器输送的CNG的质量流速率小于被输送到喷射器的流过限制 的CNG的质量流速率，在506处，方法500包括确定被所述喷射器输送的CNG的平均质量 流速率。接着，在508处，方法500包括比较两种质量流速率并且基于声波阻塞流速率调整 CNG的喷射，以基本最大化所述喷射器的CNG量。这可以被完成以最小化液体汽油消耗，汽 油在某些情况下比CNG更贵。因此，通过最大化作为汽油的替代燃料的CNG的使用，运行车 辆的成本可以有利降低。如上所述，在某些情况下，所输送的CNG量可以提供用于期望发动 机负荷的动力的一部分。因此，虽然未在图5中明确指明，但是所述方法可以使用例如被直 接喷射到发动机系统的液体燃料进一步提供剩余部分。
[0040] 在图6中，说明方法600的流程图被示出，其中，控制器12基于所计算的声波阻塞 流速率在发动机系统内进行调整，以基本最大化所使用的CNG量。因此，方法600包括运行 发动机同时在通过限制将罐的气体燃料联接到燃料喷射器流空气体燃料罐；以及进一步控 制所述燃料喷射器至发动机的质量流速率平均小于通过限制被输送到所述燃料喷射器的 所述气体燃料的质量流速率。
[0041] 在602处，方法600包括监测发动机工况。例如，在某些工况下，发动机可以在例 如由位置传感器134所指示的低负荷下运行，所述位置传感器134被联接到加速踏板130 感测由脚部132施加的力。当是这种情况，并且控制器12基于所述声波阻塞流速率确定足 够的气体燃料可用于喷射时，控制器12可以只输送气体燃料向发动机提供动力。然而在其 他工况下，发动机可以在更高负荷运行，使得基于所述条件，被喷射的气体燃料可以供应用 于运行发动机的动力的仅一部分。因此，在这个时候，控制器12可以启动用于直接喷射到 汽缸中的第二液体燃料系统，以便基于检测到的发动机负荷共同向发动机供应燃料，同时 供应足够的液体燃料以弥补剩余差额。
[0042] 因为声波阻塞流速率通常取决于气体燃料系统的管道配置以及上游压力，在某些 实施例中，所述罐的质量流速率可以被校验为给定管道配置中的罐压力的函数。因此，由 于通过限制被输送到喷射器的所述气体燃料的质量流速率可以从气体燃料罐压力确定，在 604处，方法600包括确定罐中的气体燃料的压力。如上面详细描述的，所述罐压力在某些 实施例中可以由罐压力传感器60确定，或在某些实施例中由被安置在燃料罐91下游的罐 输出管线压力传感器233确定，以提供罐压力的估算。
[0043] 基于在图5中描述的所计算的声波阻塞流速率以及所检测到的发动机状况，在 606处，方法600包括比较被喷射到发动机的平均质量流速率和从气体罐压力计算的通过 限制的声波阻塞流速率。接着，基于所述比较，如果喷射器的平均质量流速率大于通过限制 的声波受限质量流速率，则在608处，方法600包括用于降低到发动机的CNG喷射速率的指 令，以便降低CNG喷射量。相反，如果控制器12确定喷射器的质量流速率小于通过限制的 质量流速率，则在610处，方法600包括例如通过增大被输送到发动机的气体燃料的量，调 整喷射量，以便基本最大化所述质量流速率，同时保持喷射器的平均质量流速率小于通过 限制的声波受限质量流速率。通过这种方式，控制系统14可以基于发动机工况和所检测到 的罐压力，使用在车上的气体燃料的平衡，同时又基本最小化燃料罐流空的时间。这对于在 当气体储存罐的含量是低时，所述罐的最后量流空阶段是特别有利的。
[0044] 图7示出当发动机具有端口气体燃料喷射器没有直接气体燃料喷射器时，根据图 5和6方法的模拟运行序列。图7的序列可以根据图5和6的方法由图1-3的系统提供。 坚直标记在时间T0-T5被示出，以识别在序列阶段感兴趣的特定时间。
[0045] 图7顶部的第一曲线表示发动机输入功率，其被示为进气歧管压力随时间的变 化。Y轴线表示发动机进气歧管压力并且进气歧管压力在Y轴线箭头方向增大。X轴线表 示时间以及时间从图7左侧到图7右侧增大。水平标记702表示环境空气压力。高于环境 压力的压力在水平标记702之上。低于环境压力的压力在水平标记702之下。
[0046] 图7顶部的第二曲线表示液体燃料喷射量随时间的变化。Y轴线表示被喷射到发 动机的液体燃料的量并且喷射液体燃料的量沿Υ轴线箭头方向增大。X轴线表示时间以及 时间从图7左侧到图7右侧增大。
[0047] 图7顶部的第三曲线表示经由端口气体燃料喷射器被喷射到发动机的气体燃料 喷射量随时间的变化。Υ轴线表示经由端口或中心喷射器喷射的气体燃料的量。喷射到发 动机的气体燃料的量在Υ轴线箭头的方向增大。X轴线表示时间以及时间从图7左侧到图 7右侧增大。将在下面描述并且通常取决于气体罐压力的阻塞声波流706的一部分也在第 三曲线中示出，以便说明所述方法。
[0048] 在根据本公开的方法中，气体燃料的能量速率(或功率）和液体燃料的能量速率 (或功率)可以例如响应于踏板位置传感器134被添加，以达到供应给发动机的总输入功率。 因此，根据本方法的一个实施例，低成本燃料(例如，气体燃料）可以被优选使用，同时高成 本燃料(例如，液体燃料)被保存。例如在图7中，由图7顶部的第一曲线中的进气歧管压力 指示的发动机输入功率可以通过将液体燃料喷射量添加到气体燃料喷射量进行估算，其中 所述液体燃料喷射量和图7顶部的第二曲线中液体燃料的能量速率成正比，所述气体燃料 喷射量和图7顶部的第三曲线中气体燃料的能量速率成正比。因此，如图所示，所述方法可 以在车辆运行期间运行以优选使用便宜的气体燃料，而保存较贵的液体燃料。
[0049] 图7顶部的第四曲线表示阻塞声波流706与在刚才描述的第四曲线中示出的气体 燃料喷射量之间的差异的曲线。Υ轴线表示两个质量流之间的差异，其中在水平线之上的 值表示正的差异(例如，阻塞声波流大于气体燃料喷射量）以及在水平线之下的值表示负的 差异(例如，阻塞声波流小于气体燃料喷射量)。X轴线表示时间以及时间从图7左侧到图7 右侧增大。
[0050] 因为所述方法取决于确定到喷射器的质量流速率，以便调整当优化CNG使用时的 喷射速率，在一个实施例中，阻塞声波流706对气体燃料喷射量的简单对比提供了 CNG的喷 射是要增大还是减小的指示。例如，在710处，喷射的气体燃料量大于阻塞声波流706,这以 已经描述的方式存在问题，由于当这个情况发生时，压力传感器的读数将急剧下降。响应于 所述条件的高喷射速率，控制器12可以降低喷射器81喷射的CNG量，其中控制器12降低 CNG喷射的量进一步从第三绘图中的两个曲线的简单对比确定。根据所述方法，在712处示 出的CNG降低的量刚刚超出所指示的差值。虽然在这里被示为时间的曲线，控制器12还可 以包括用于计算平均CNG喷射速率的指令，当执行最大平均CNG喷射速率时，所述平均CNG 喷射速率和通过限制的声波阻塞流速率比较。例如，在某些实施例中，喷射的平均CNG速率 可以指的是在若干发动机事件上的平均CNG速率(或许曲柄旋转720° )，而不是在时间上 的平均，由于燃料喷射是不连续的过程。作为另一个示例，在720处，喷射的气体燃料量小 于阻塞声波流706,这表示在罐的含量流空时，喷射的气体燃料的量不是基本最大化的CNG 的使用。因此，CNG喷射的速率可以增大，以便增大CNG的使用并更快使所述气体燃料罐的 含量流空。例如，所述控制系统可以被编程，以增大CNG的使用到阻塞声波流706的85%，以 便保持线720在线706之下，以调节燃料喷射的压力又适应燃料系统可变性。基于这种差 异，722示出基于已经描述的两个质量流速率的对比，CNG喷射被增大的量的示例上限。因 为所述方法被设计保持喷射速率低于如果阀300完全打开时可用的最大声波速率，在另一 个实施例中，控制器12可以被编程，将气体燃料流安全地保持在与运行在线402上相对的 线402的左边，这基本最大化被用于这个过程中的气体燃料的量。通过这种方式，压力调节 器86基本不会达到极限或饱和，并且因此可以在燃料管理过程期间实现压力控制。
[0051] 图7顶部的第五曲线表示气体燃料轨/储存罐压力随时间的变化。Y轴线表示气 体燃料储存罐内的燃料压力并且燃料压力在Y轴线箭头方向增大。X轴线表示时间以及时 间从图7左侧到图7右侧增大。水平标记704表示气体燃料罐的含量被耗尽到喷射器的质 量流速率例行超出通过限制的声波阻塞流速率的点的第一阈值(例如，400psi )。因此，在 这期间，控制器12可以在发动机上的负荷是低时调整CNG到发动机的流量。水平标记708 表示液体燃料喷射被启动提供在发动机中的期望燃烧的第二阈值压力。在一个示例中，水 平标记708表示比设计提供期望水平的发动机转矩更少的到发动机的气体燃料期望流量 的气体燃料压力。虽然液体燃料喷射被示出在与气体燃料罐的含量下降到低于第一水平标 记704相比更晚的时间被启动，但是在某些实施例中，液体燃料喷射可以变成基本同时被 启动。而且，控制器可以经配置基于发动机负荷输送液体和气体燃料(例如，通过共同加燃 料)的组合，以便始终提供期望水平的发动机转矩。气体燃料压力在所述气体燃料压力达到 X轴线时是环境压力。除了这点外，气体燃料罐可以被停用直到该罐下次被填满。
[0052] 至于在时间I表示不同运行阶段的坚直标记，发动机进气歧管压力是相对低的， 表示低的发动机负荷。液体燃料喷射量基本是零，以及发动机仅仅以气体燃料运行，虽然发 动机可以在较早时间用液体燃料运行(例如，在发动机起动阶段)。气体燃料喷射器被启动 以及存储在气体燃料罐中的气体燃料处于较高水平。
[0053] 在时间?；与时间?\之间，发动机进气歧管压力增大，表示发动机以较高发动机负 荷运行。在发动机进气歧管压力增大时，喷射到发动机进气歧管或汽缸进气口的气体燃料 量增大，以便可以提供期望的发动机转矩。在气体燃料在由发动机消耗时，端口气体燃料喷 射器保持启动以及气体燃料罐中的压力减小。
[0054] 在时间?\处，发动机输入功率超出阈值，例如由达到较高压力的进气歧管压力表 示，在此液体燃料喷射器被启动。因此，当发动机功率是高时，液体燃料喷射器可以供应与 气体燃料组合的被输送到汽缸中的燃料的至少一部分。因此，喷射的液体燃料量在时间Τ1 与时间Τ2之间增大，以增大发动机输出以满足期望的发动机转矩。然而，在气体燃料被消 耗时，气体燃料罐压力继续降低。
[0055] 在时间Τ2处，发动机进气歧管压力下降到液体燃料喷射器被停用的水平。在气体 燃料被消耗时，气体燃料喷射器保持启动以及气体燃料罐压力继续减小。
[0056] 在时间Τ2与时间Τ3之间，进气歧管压力可以增大以及随着发动机负荷减小。例 如，发动机负荷可以响应于驾驶员要求转矩增大或减小。因此，在气体燃料被喷射到发动机 时，气体燃料喷射器保持启动。在气体燃料在由发动机消耗时，存储在气体燃料储存罐中的 气体燃料量继续减小。
[0057] 在时间Τ3处，存储在气体燃料罐中的气体燃料的压力减小到低于由水平标记704 表示的预定阈值的水平。在低于由水平标记704表示的阈值压力的压力，少于期望量的燃 料可以从气体燃料储存罐流向发动机。因此，以早已描述的方式，CNG喷射量可以被调整以 基本最大化CNG的使用。阈值压力704可以针对不同工况改变。例如，在发动机进气歧管 压力增大时，阈值压力704可以增大。在时间Τ 3处，端口或中心气体燃料喷射器保持启动， 并且气体燃料继续流向发动机。
[0058] 在时间T3与时间T4之间，供应给发动机的气体燃料量通过向发动机喷射液体燃料 扩大。因此，当气体燃料压力下降到低于水平标记708时，液体燃料喷射器被启动，以便向 发动机汽缸供应燃料。通过这种方式，燃烧稳定性和空气-燃料比控制可以被控制到期望 的水平。另外，在进气歧管压力随着增大的发动机负荷增大时，较少的气体燃料能够被引入 到发动机进气歧管中。因此，在进气歧管压力增大时，作为进入发动机的两种燃料的比例的 液体燃料量增大。在进气歧管压力随着发动机负荷减小时，更多的气体燃料可以被引入到 发动机中，因此，被喷射到发动机中的液体燃料的比例减小。发动机排气系统中的氧传感器 可以被用于校正液体燃料量，以便在气体和液体燃料的组合混合物与空气进入发动机汽缸 时提供期望的空气-燃料混合物。在气体燃料在由发动机消耗时，存储在气体储存罐中的 气体燃料压力继续减小。
[0059] 在时间Τ4处，发动机进气歧管压力增大到大于环境空气压力的水平，因此在端口 或中心气体燃料喷射器临时增大供应的液体燃料量时，所述端口或中心气体燃料喷射器减 少流入到发动机中的气体燃料量。根据所述方法，当气体燃料降低，使得其下降到低于所计 算的阻塞声波流速率时，控制器12可以增大喷射的CNG量，以便更快使燃料喷射器的含量 流空。然而，在某些实施例中，当歧管压力是高时，气体燃料喷射器还可以在这期间被停用， 这是因为停用所述气体燃料喷射器减小了环境空气进入气体储存罐的可能性。通过这种方 式，在较高的进气歧管压力和较低的储存罐压力时，可以阻止空气进入储存罐。当压缩机加 压进入发动机的空气时，所述进气歧管压力可以达到高于环境压力的压力。
[0060] 在时间τ4后不久，发动机进气歧管压力减小到低于环境压力的水平。由于所述进 气歧管压力低于环境压力，所以只要喷射器的质量流速率下降到低于通过限制到喷射器的 质量流速率，所述进入进气歧管可以有助于储存罐的气体燃料到发动机的流动。因此，通过 发动机进气歧管中的低压提供的帮助，在气体储存罐中的燃料压力可以下降。在气体燃料 量继续减小时，液体燃料喷射器继续向发动机提供燃料。
[0061] 在时间1~5处，气体储存罐中的压力下降到环境压力以及气体燃料喷射器停用，以 便阻止环境空气进入气体储存罐。进一步地，当气体燃料罐的压力达到环境压力时，所述停 用气体燃料喷射器阻止真空在气体储存罐中的形成，以便在大气层与气体燃料罐之间没有 流量被引入。在时间1~ 5后，液体燃料喷射器向发动机单独提供燃料，以及液体燃料量与可 以由发动机进气歧管压力反映的发动机负荷相关。在其他示例中，如果需要，气体储存罐可 以降低到预定的真空度。通过这种方式，气体燃料罐中的压力可以下降，以便气体储存罐中 的所有燃料可以被用于提供运行发动机的能量。进一步地，只使用气体燃料运行发动机到 只使用液体燃料运行发动机之间的平滑运行过渡以这种方式提供。
[0062] 所描述的方法的优点包括到发动机的气体燃料喷射的精确控制，尤其是当储存罐 的含量为低时。由此，喷射出的质量流速率可以被最大化，以基本最小化使燃料罐流空的时 间。进一步地，通过限制喷射器的CNG的平均质量流速率小于通过限制(或到喷射器）的质 量流速率，以及与液体燃料共同加燃料以实现期望的发动机运行-例如期望的空气/燃料 控制或期望的转矩控制，气体燃料系统的平衡可以被耗尽。
[0063] 在一个示例中，用于在使气体燃料罐流空时运行发动机的方法包括，将来自罐的 气体燃料通过具有限制的压力调节器联接到燃料喷射器，以及仅在选定的低罐压力条件期 间(例如，低于阈值)，调整从所述燃料喷射器的气体燃料到发动机的喷射，以生成低于所述 气体燃料通过所述限制的阻塞声波质量流速率的质量流速率，以及在气体燃料喷射的调整 期间，基于所调整的气体喷射量和期望的空气-燃料比，进一步调整到发动机的液体燃料 喷射，以便保持在期望空气-燃料比周围摆动的燃烧。气体燃料喷射的调整可以基于保持 质量流速率低于阈值量的声波水平，以便在燃料罐压力下降到相对低的水平直到更充分使 罐流空时，保持气体燃料喷射继续。尤其是，在燃料罐压力下降时，喷射可以被调整，以对应 降低与声波流水平成正比的通过小孔的流速率。
[0064] 本领域的普通技术人员应当明白，本文所述的例行程序可以表示任意数量的燃料 喷射调整控制中的一个或多个。因此，示出的各个步骤或行动可以以示出的顺序执行，并行 执行，或在某些情况下可以省略。同样，控制命令不一定是实现本文描述的目标、特征和优 点所需要的，提供在本文中的目的是为了便于说明和描述。本领域中的普通技术人员应当 意识到，一个或多个示出的步骤或行动可以根据所使用的特定策略被重复执行，以及可以 表示存储在控制器的存储器中的代码。
[〇〇65] 这样就完成了描述。本领域的技术人员通过阅读将会想到很多没有偏离本发明的 精神和范围的变体和更改。例如，以天然气、汽油、柴油或替代燃料配置运行的13、14、15、 V6、V8、V10和V12发动机可以使用本发明的优点。
【权利要求】
1. 一种用于在流空气体燃料罐时运行发动机的方法，所述方法包括： 将来自所述罐的气体燃料通过限制联接到燃料喷射器；以及 控制从所述燃料喷射器到所述发动机的质量流速率平均小于所述气体燃料通过所述 限制的阻塞声波质量流速率。
2. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包括基本最大化所述燃料喷射器的所述质量 流速率，以基本最小化燃料罐流空的时间，同时保持所述燃料喷射器的所述质量流速率平 均小于所述气体燃料通过所述限制的所述阻塞声波质量流速率。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述气体燃料通过所述限制的所述质量流速率由 气体燃料罐压力确定。
4. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包括确定所述气体燃料通过所述限制的质量 流速率是基于所述气体燃料以基本恒定速度的基本阻塞声波流速率和相关于气体燃料罐 压力的质量流速率流过所述限制。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料喷射器被联接到发动机进气歧管。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料喷射器被直接联接到发动机燃烧室。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述限制被结合在燃料压力调节器中。
8. 根据权利要求7所述的方法，其进一步包括当罐压力低于预定压力时，围绕所述限 制并且围绕所述调节器联接所述罐的气体燃料。
9. 一种用于在流空气体燃料罐时控制发动机的方法，所述方法包括： 将来自所述罐的气体燃料通过限制联接到气体燃料喷射器； 控制从所述燃料喷射器到所述发动机的质量流速率平均小于所述气体燃料通过所述 限制的阻塞声波质量流速率； 通过液体燃料喷射器将液体燃料喷射到所述发动机中；以及 控制所述气体燃料喷射器和所述液体燃料喷射器以基本实现期望的发动机运行。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述期望的发动机运行是以期望的空气/燃料比 的发动机运行。
11. 根据权利要求9所述的方法，其中所述期望的发动机运行是实现期望的发动机转 矩的发动机运行。
12. 根据权利要求9所述的方法，其进一步包括基本最大化所述燃料喷射器的所述质 量流速率，以基本最小化燃料罐流空的时间，同时基本保持所述燃料喷射器的所述质量流 速率小于所述气体燃料通过所述限制的阻塞声波质量流速率。
13. 根据权利要求9所述的方法，其中所述气体燃料喷射器被连接到发动机进气歧管， 以通过发动机进气门向所述发动机输送气体燃料。
14. 根据权利要求9所述的方法，其中所述气体燃料喷射器被连接到发动机燃烧室，以 将气体燃料直接输送到所述燃烧室中。
15. 根据权利要求9所述的方法，其中所述限制被结合在燃料压力调节器中。
16. 根据权利要求15所述的方法，其进一步包括当罐压力低于预定压力时，围绕所述 限制和所述调节器联接所述罐的所述气体燃料。
17. -种用于在流空气体燃料罐时控制发动机的方法，所述方法包括： 将来自所述罐的气体燃料通过限制和压力调节器联接到气体燃料喷射器； 基本最大化所述燃料喷射器的所述质量流速率，以基本最小化燃料罐流空的时间，同 时基本保持所述燃料喷射器的所述质量流速率小于所述气体燃料通过所述限制的声波受 限质量流速率； 通过液体燃料喷射器将液体燃料喷射到所述发动机中；以及 控制所述液体燃料喷射器以基本实现期望的发动机运行。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述期望的发动机运行是以期望的空气/燃料 比的发动机运行。
19. 根据权利要求17所述的方法，其中所述期望的发动机运行是实现期望的发动机转 矩的发动机运行。
20. 根据权利要求17所述的方法，其中所述期望的发动机运行是实现期望的怠速的发 动机运行。
【文档编号】F02D19/02GK104110328SQ201410160162
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2013年4月19日
【发明者】R·D·皮尔西弗, S·吉多, E·巴迪罗, D·萨伯瓦尔 申请人:福特环球技术公司