用于供應(yīng)氣體燃料至發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于供應(yīng)氣體燃料至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)和方法。該方法對(duì)于將加壓氣體燃料儲(chǔ)存在儲(chǔ)存容器中的車(chē)輛會(huì)特別有用。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，氣體燃料比液體燃料可以提供若干優(yōu)點(diǎn)。例如，氣體燃料可以是便宜的，其可以具有高辛烷值并可以在寒冷的環(huán)境溫度下更容易與空氣混合。改善的燃料-空氣混合可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放并還可以改善在較低環(huán)境溫度下的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。然而，氣體燃料對(duì)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力還可能存在挑戰(zhàn)。例如，氣體燃料可以被進(jìn)氣道噴射至發(fā)動(dòng)機(jī)，但與如果使用液體燃料運(yùn)轉(zhuǎn)的相同發(fā)動(dòng)機(jī)相比，該發(fā)動(dòng)機(jī)可以呈現(xiàn)輸出功率的損失。另一方面，如果氣體燃料被直接噴射，其必須在較高壓力下被儲(chǔ)存，使得在汽缸的壓縮沖程期間其可以被噴射入汽缸。被供應(yīng)直接噴射氣體燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)可以提供改善的功率輸出，但是在壓力之下儲(chǔ)存在燃料儲(chǔ)存容器中的大量的燃料可能不可用，因?yàn)殡S著發(fā)動(dòng)機(jī)消耗燃料，儲(chǔ)存容器中的壓力降低。因此，車(chē)輛的駕駛范圍可以被減小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在此發(fā)明人已經(jīng)意識(shí)到上述缺點(diǎn)并已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方法，所述方法包含:響應(yīng)于儲(chǔ)存在燃料箱中的氣體燃料的壓力超過(guò)閾值壓力，向發(fā)動(dòng)機(jī)直接噴射氣體燃料；以及僅當(dāng)儲(chǔ)存在燃料箱中的氣體燃料的壓力小于或等于閾值水平時(shí)，激活氣體燃料栗。
[0004]通過(guò)選擇性地激活氣體燃料栗，擴(kuò)展車(chē)輛的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍是有可能的，即使儲(chǔ)存在燃料儲(chǔ)存箱中的氣體燃料處于較低壓力。具體地，當(dāng)容器的氣體燃料儲(chǔ)存箱中的壓力不能可靠地支持直接噴射氣體燃料至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸時(shí)，氣體燃料栗可以被激活。然而，如果氣體燃料箱中的壓力支持直接噴射氣體燃料至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸，氣體燃料栗可以被停用且氣體燃料可以從燃料箱被引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸。以此方式，僅當(dāng)儲(chǔ)存在燃料箱中的氣體燃料的壓力小于支持直接噴射氣體燃料至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的壓力時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)氣體燃料栗。此外，如果氣體燃料栗具有低于在所有轉(zhuǎn)速和需求扭矩下運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的期望值的流量能力時(shí)，變速裝置換擋安排和液力變矩器鎖定可以被調(diào)整。
[0005]本描述可以提供若干優(yōu)點(diǎn)。例如，本方法可以改善車(chē)輛的駕駛范圍。另外，該方法可以允許僅通過(guò)與使用進(jìn)氣道和直接噴射的系統(tǒng)不同的直接噴射器氣體噴射氣體燃料。此夕卜，該方法可以調(diào)整車(chē)輛運(yùn)轉(zhuǎn)以適應(yīng)較低流率氣體燃料栗，使得降低系統(tǒng)成本。
[0006]當(dāng)單獨(dú)或結(jié)合附圖考慮時(shí)，本描述的以上優(yōu)點(diǎn)和其他優(yōu)點(diǎn)，以及特征從以下【具體實(shí)施方式】中將易于理解。
[0007]應(yīng)當(dāng)理解，提供以上概述是為了以簡(jiǎn)化的形式介紹一些概念，這些概念在【具體實(shí)施方式】中被進(jìn)一步描述。這并不意味著確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，要求保護(hù)的主題的范圍由隨附于【具體實(shí)施方式】的權(quán)利要求唯一地限定。此外，要求保護(hù)的主題不限于解決在上面或在本公開(kāi)的任何部分中提及的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【附圖說(shuō)明】
[0008]通過(guò)閱讀實(shí)施例的示例(本文稱(chēng)為【具體實(shí)施方式】)，單獨(dú)參考或與附圖結(jié)合參考，將更充分的理解本文描述的優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0009]圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；
[0010]圖2示出了示例車(chē)輛傳動(dòng)系配置；
[0011]圖3和圖4示出了示例燃料系統(tǒng)的示意圖；
[0012]圖5和圖6示出了示例車(chē)輛運(yùn)轉(zhuǎn)順序；以及
[0013]圖7和圖8示出了用于運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)輛的示例方法。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本描述涉及運(yùn)轉(zhuǎn)包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛。發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置為如圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)可以被機(jī)械地耦接至其他車(chē)輛部件以形成如圖2所示的傳動(dòng)系?？梢越?jīng)由圖3和圖4所示的系統(tǒng)之一向發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)氣體和/或液體燃料。車(chē)輛可以根據(jù)圖5和圖6所示的模擬/仿真運(yùn)轉(zhuǎn)順序運(yùn)轉(zhuǎn)。圖7和圖8所示的方法可以被包括在圖1-4的系統(tǒng)中并可以提供圖5和圖6中的順序。
[0015]參考圖1，包含多個(gè)汽缸的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10由電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器12控制，圖1示出了其中一個(gè)汽缸。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括燃燒室30和汽缸壁32，活塞36被設(shè)置在汽缸壁中并且被連接至曲軸40。飛輪97和環(huán)形齒輪99被耦接至曲軸40。啟動(dòng)器96包括小齒輪軸98和小齒輪95。小齒輪軸98可以選擇地推進(jìn)小齒輪95與環(huán)形齒輪99嚙合。啟動(dòng)器96可以被直接地安裝至發(fā)動(dòng)機(jī)的前方或發(fā)動(dòng)機(jī)的后方。在一些示例中，啟動(dòng)器96可以選擇地經(jīng)由帶或鏈向曲軸40供應(yīng)扭矩。在一種示例中，當(dāng)未接合至發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸時(shí)，啟動(dòng)器96處于基礎(chǔ)狀態(tài)。燃燒室30被示為經(jīng)由各自的進(jìn)氣門(mén)52和排氣門(mén)54與進(jìn)氣歧管44和排氣歧管48連通。每個(gè)進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)可以通過(guò)進(jìn)氣凸輪51和排氣凸輪53運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)氣凸輪51的位置可以由進(jìn)氣凸輪傳感器55確定。排氣凸輪53的位置可以由排氣凸輪傳感器57確定。
[0016]液體燃料噴射器66被示出經(jīng)定位將燃料直接噴入汽缸30，這被本領(lǐng)域的技術(shù)人員稱(chēng)為直接噴射?？商娲?，液體燃料可以被噴射至進(jìn)氣道，這被本領(lǐng)域的技術(shù)人員稱(chēng)為進(jìn)氣道噴射。氣體直接燃料噴射器68直接供應(yīng)氣體燃料至燃燒室30。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣噴射器(例如，歧管中央氣體噴射器)67a將氣體噴入進(jìn)氣歧管44?？商娲?，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣噴射器(例如，進(jìn)氣道氣體噴射器)67b將氣體燃料噴入汽缸進(jìn)氣道49。噴射器67b被示出為噴射器67a的擴(kuò)展版本，但是在一些示例中，噴射器67b可以直接進(jìn)入汽缸進(jìn)氣道49而不進(jìn)入進(jìn)氣歧管44。燃料噴射器66、67a、67b和68輸送與來(lái)自控制器12的脈沖寬度成比例的液體或氣體燃料。燃料由包括燃料箱、燃料栗和燃料軌道(未示出)的燃料系統(tǒng)(未示出)輸送至燃料噴射器66。如圖3和圖4示出供應(yīng)燃料至噴射器66、67a、67b和68的燃料系統(tǒng)。
[0017]進(jìn)氣歧管44被示出與可選電子節(jié)氣門(mén)62連通，可選電子節(jié)氣門(mén)62調(diào)節(jié)節(jié)流板64的位置以控制從空氣進(jìn)氣裝置42至進(jìn)氣歧管44的空氣流。在一些示例中，節(jié)氣門(mén)62和節(jié)流板64可以被放置在進(jìn)氣門(mén)52和進(jìn)氣歧管44之間，使得節(jié)氣門(mén)62是進(jìn)氣道節(jié)氣門(mén)。
[0018]無(wú)分電器點(diǎn)火系統(tǒng)88響應(yīng)于控制器12經(jīng)由火花塞92向燃燒室30提供點(diǎn)火火花。通用排氣氧(UEGO)傳感器126被示出耦接至催化轉(zhuǎn)化器70上游的排氣歧管48?？商娲?，雙態(tài)排氣氧傳感器可以代替UEGO傳感器126。
[0019]在一種示例中，轉(zhuǎn)化器70能夠包括多塊催化劑磚。在另一種示例中，能夠使用每個(gè)都具有多塊磚的多個(gè)排放控制裝置。在一種示例中，轉(zhuǎn)換器70能夠是三元型催化劑。
[0020]控制器12在圖1中示為常規(guī)微型計(jì)算機(jī)，其包括:微處理器單元(CPU) 102、輸入/輸出端口(I/o) 104、只讀存儲(chǔ)器(ROM) 106、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 108、?；畲鎯?chǔ)器(KAM) 110以及常規(guī)數(shù)據(jù)總線。控制器12被示出接收來(lái)自耦接至發(fā)動(dòng)機(jī)10的傳感器的各種信號(hào)，除了之前討論的那些信號(hào)以外，所述信號(hào)還包括:來(lái)自耦接至冷卻套管114的溫度傳感器112的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度(ECT);來(lái)自耦接至進(jìn)氣歧管44的壓力傳感器122的發(fā)動(dòng)機(jī)歧管壓力(MAP)的測(cè)量值；來(lái)自感測(cè)曲軸40位置的霍爾效應(yīng)傳感器118的發(fā)動(dòng)機(jī)位置傳感器的信號(hào)；來(lái)自傳感器120的進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量的測(cè)量值；以及來(lái)自傳感器58的節(jié)氣門(mén)位置的測(cè)量值。大氣壓力也可以被感測(cè)(傳感器未示出)以用于由控制器12處理。在本描述的一個(gè)優(yōu)選方面，曲軸每旋轉(zhuǎn)一次，發(fā)動(dòng)機(jī)位置傳感器118產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的等距脈沖，根據(jù)該脈沖能夠確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(RPM)。
[0021]在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的每個(gè)汽缸通常經(jīng)歷四個(gè)沖程循環(huán):該循環(huán)包括進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。一般來(lái)說(shuō)，在進(jìn)氣沖程期間，排氣門(mén)54關(guān)閉而進(jìn)氣門(mén)52打開(kāi)?？諝饨?jīng)由進(jìn)氣歧管44被引入燃燒室30，并且活塞36移動(dòng)至汽缸的底部，以增加燃燒室30內(nèi)的容積?；钊?6靠近汽缸的底部并在其沖程結(jié)束的位置(例如，當(dāng)燃燒室30處于其最大容積時(shí))通常被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱(chēng)為下止點(diǎn)(BDC)。在壓縮沖程期間，進(jìn)氣門(mén)52和排氣門(mén)54都關(guān)閉。活塞36朝向汽缸蓋移動(dòng)，以壓縮燃燒室30內(nèi)的空氣?；钊?6在其沖程結(jié)束并最靠近汽缸蓋的點(diǎn)(例如，當(dāng)燃燒室30處于其最小容積時(shí))通常被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱(chēng)為上止點(diǎn)(TDC)。在下文中被稱(chēng)為噴射的過(guò)程中，燃料被引入燃燒室中。在下文中被稱(chēng)為點(diǎn)火的過(guò)程中，被噴射的燃料通過(guò)已知的點(diǎn)火手段(諸如火花塞92)點(diǎn)燃，導(dǎo)致燃燒。在膨脹沖程期間，膨脹的氣體將活塞36推回至BDC。曲軸40將活塞運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)扭矩。最后，在排氣沖程期間，排氣門(mén)54打開(kāi)，以便將已燃燒的空氣-燃料混合物釋放至排氣歧管48，并且活塞返回至TDC。注意，以上僅作為示例示出，并且進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)打開(kāi)和/或關(guān)閉正時(shí)可以改變，諸如提供正或負(fù)氣門(mén)重疊、進(jìn)氣門(mén)延遲關(guān)閉或各種其他示例。
[0022]圖2是車(chē)輛傳動(dòng)系200的框圖。傳動(dòng)系200可以由車(chē)輛290中的發(fā)動(dòng)機(jī)10供應(yīng)動(dòng)力?？梢允褂脠D1中示出的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)10。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)10可以經(jīng)由扭矩致動(dòng)器204(諸如燃料噴射器、節(jié)氣門(mén)等等)產(chǎn)生或調(diào)節(jié)扭矩。
[0023]發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩可以經(jīng)由軸275和葉輪285被傳遞至液力變矩器206。液力變矩器206包括渦輪286以將扭矩輸出至變速裝置輸入軸270。輸入軸270將液力變矩器206機(jī)械地耦接至自動(dòng)變速裝置208。液力變矩器206也包括液力變矩器旁路鎖止離合器(TCC) 212。當(dāng)TCC被鎖定時(shí)，扭矩從葉輪285直接輸送至渦輪286。TCC由控制器12電氣地運(yùn)轉(zhuǎn)?？商娲?，TCC可以被液壓地鎖定。在一種示例中，液力變矩器可以被稱(chēng)為變速裝置的部件。
[0024]當(dāng)液力變矩器鎖止離合器212被完全分離時(shí)，液力變矩器206經(jīng)由液力變矩器渦輪286和液力變矩器葉輪285之間的流體輸送將發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩傳遞至自動(dòng)變速裝置208，因此使得扭矩倍增。相反，當(dāng)液力變矩器鎖止離合器212被完全接合時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩經(jīng)由液力變矩器離合器被直接輸送至變速裝置208的輸入軸270。可替代地，液力變矩器鎖止離合器212可以被部分接合，因此使得直接中繼至自動(dòng)變速裝置208的扭矩的量能夠被調(diào)節(jié)?？刂破?2可以被配置為通過(guò)響應(yīng)于各種發(fā)動(dòng)機(jī)工況或者基于駕駛員的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)請(qǐng)求調(diào)節(jié)液力變矩器鎖止離合器來(lái)調(diào)節(jié)液力變矩器212傳遞的扭矩量。
[0025]自動(dòng)變速裝置208包括檔位離合器(例如，檔位1-6) 211和前進(jìn)離合器210。