CN102094706A - 具有流量控制的液化石油气发动机总成 - Google Patents

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Abstract

本文涉及具有流量控制的液化石油气发动机总成。具体地，提供了一种液化石油气(LPG)燃料组件，该燃料组件可包括：燃料轨和流量控制机构。该燃料轨可以具有：与加压的LPG燃料源相连通的进口、与进口和向发动机燃烧室提供燃料的燃料喷射器相连通的喷射通道、以及与燃料喷射通道相连通的出口。该流量控制机构可以与燃料轨的出口和LPG燃料箱相连通，并且可在第一模式和第二模式下运行。第二模式可以提供大于第一模式的流量限制，从而控制从燃料轨出口到燃料箱的燃料流量。

Description

具有流量控制的液化石油气发动机总成
技术领域
本发明涉及发动机总成，更具体地说涉及具有燃料流量控制的液化石油气发动机总成。
背景技术
本节中的陈述仅仅提供与本发明有关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
液化石油气(LPG)发动机总成可以包括附接到燃料喷射器的燃料轨，所述燃料喷射器将液体燃料喷射入燃烧室或与燃烧室相连通的喷射口中。LPG发动机总成还可以包括使燃料从燃料箱流经燃料轨的泵。在温热条件下，燃料轨中的燃料会被加热到蒸气状态。因此，所述泵可以在发动机起动前使燃料流经燃料轨以对燃料轨中的蒸气燃料进行吹扫（purge）。这种对燃料轨中的蒸气燃料进行的吹扫会增加发动机起动所需的时间。
在发动机运行期间，所述泵可以对向燃料轨所提供的燃料进行增压，以使燃料轨中的燃料保持在液体状态。所述泵的运行会增加燃料消耗并产生噪声。
发明内容
一种发动机总成，该总成可以包括限定燃烧室的发动机结构和液化石油气(LPG)燃料组件，该LPG燃料组件包括：燃料箱、燃料泵、燃料轨、燃料喷射器、和流量控制机构。燃料箱可以容纳LPG燃料，并且燃料泵可以与LGP燃料相连通。燃料轨可以具有与燃料泵相连通的进口、与该进口相连通的喷射通道、和与该燃料喷射通道相连通的出口。燃料喷射器可以与燃料喷射通道和燃烧室相连通。流量控制机构可以与燃料轨的出口和燃料箱相连通，并且可以在第一模式和第二模式下运行。第二模式与第一模式相比，可以提供从燃料轨到燃料箱的更大的流量限制，从而控制从燃料轨出口到燃料箱的燃料流量。
一种控制LPG燃料供给的方法，该方法可包括：向燃料轨的进口提供加压的LPG燃料；经过与进口相连通的燃料轨的喷射通道将LPG燃料分配到燃料喷射器；利用在第一模式和第二模式下的、与燃料轨的出口和燃料箱相连通的流量控制机构来控制通过燃料燃料轨出口离开燃料轨的LPG燃料的流量，其中第二模式与第一模式相比，可提供更大的流量限制，从而控制从燃料轨出口到燃料箱的燃料流量。
本发明还涉及以下技术方案。
方案1. 一种液化石油气燃料组件，包括：
燃料轨，其具有与加压的液化石油气燃料源相连通的进口、与所述进口和向发动机燃烧室提供燃料的燃料喷射器相连通的喷射通道、和与所述燃料喷射通道相连通的出口；以及
流量控制机构，其与所述燃料轨的出口和液化石油气燃料箱相连通，并且可在第一模式和第二模式下运行，所述第二模式提供大于所述第一模式的流量限制，从而控制从所述燃料轨的出口到所述燃料箱的燃料流量。
方案2. 如方案1所述的液化石油气燃料组件，其特征在于，所述第一模式提供从所述燃料轨吹扫液化石油气燃料。
方案3. 如方案2所述的液化石油气燃料组件，其特征在于，若所述燃料轨中的温度高于表示燃料从液体状态转变为蒸气状态的阈值温度，则所述流量控制机构在所述第一模式下运行。
方案4. 如方案3所述的液化石油气燃料组件，其特征在于，所述流量控制机构可在所述第二模式下运行，以获得将液化石油气燃料保持在液体状态的所述燃料轨中的压力。
方案5. 如方案4所述的液化石油气燃料组件，其特征在于，若所述燃料轨中的温度低于或等于所述阈值温度，则所述流量控制机构在所述第二模式下运行。
方案6. 如方案1所述的液化石油气燃料组件，其特征在于，所述流量控制机构设置成邻近所述燃料轨的出口。
方案7. 如方案1所述的液化石油气燃料组件，其特征在于，所述流量控制机构限定流动面积，并且在所述第一模式下调整到第一位置，在所述第二模式下调整到第二位置，其中所述第一位置提供的开度为所述流动面积的95%至100%，所述第二位置提供的开度为所述流动面积的0%至90%。
方案8. 一种发动机总成，包括：
发动机结构，其限定燃烧室；以及
液化石油气燃料组件，所述组件包括：
燃料箱，其容纳液化石油气燃料；
燃料泵，其与所述液化石油气燃料相连通；
燃料轨，其具有与所述燃料泵相连通的进口、与所述进口相连通的喷射通道、和与所述燃料喷射通道相连通的出口；
燃料喷射器，其与所述燃料喷射通道和所述燃烧室相连通；以及
流量控制机构，其与所述燃料轨的出口和所述燃料箱相连通，并且可在第一模式和第二模式下运行，所述第二模式与所述第一模式相比，提供从所述燃料轨到所述燃料箱的更大的流量限制，从而控制从所述燃料轨的出口到所述燃料箱的燃料流量。
方案9. 如方案8所述的发动机总成，其特征在于，所述第一模式提供从所述燃料轨吹扫燃料。
方案10. 如方案9所述的发动机总成，其特征在于，若所述燃料轨中的温度高于表示燃料从液体状态转变为蒸气状态的阈值温度，则所述流量控制机构在所述第一模式下运行。
方案11. 如方案10所述的发动机总成，其特征在于，所述流量控制机构可在所述第二模式下运行，以获得将燃料保持在液体状态的所述燃料轨中的压力。
方案12. 如方案11所述发动机总成，其特征在于，若所述燃料轨中的温度低于或等于所述阈值温度，则所述流量控制机构在所述第二模式下运行。
方案13. 如方案8所述的发动机总成，其特征在于，所述流量控制机构设置成邻近所述燃料轨的出口。
方案14. 如方案8所述的发动机总成，其特征在于，所述流量控制机构限定流动面积，并且在所述第一模式下调整到第一位置，在所述第二模式下调整到第二位置，其中所述第一位置提供的开度为所述流动面积的95%至100%，所述第二位置提供的开度为所述流动面积的0%至90%。
方案15. 一种方法，包括：
向燃料轨的进口提供加压的液化石油气燃料；
经过与所述进口相连通的所述燃料轨的喷射通道，将所述液化石油气燃料分配到燃料喷射器；以及
利用在第一模式和第二模式下的、与所述燃料轨的出口和燃料箱相连通的流量控制机构，来控制通过燃料轨出口离开所述燃料轨的液化石油气燃料的流量，其中所述第二模式提供大于所述第一模式的流量限制。
方案16. 如方案15所述的方法，还包括：通过使所述流量控制机构在所述第一模式下运行，来从所述燃料轨吹扫燃料。
方案17. 如方案16所述的方法，还包括：确定在所述燃料轨中的液化石油气燃料的温度；所述控制包括：若所述温度高于表示燃料从液体状态转变为蒸气状态的阈值温度，则使所述流量控制机构在所述第一模式下运行。
方案18. 如方案17所述的方法，还包括：使所述流量控制机构在所述第二模式下运行，以获得将燃料保持在液体状态的所述燃料轨中的压力。
方案19. 如方案18所述的方法，其特征在于，所述控制包括：若所述燃料轨中的温度低于或等于所述阈值温度，则使所述流量控制机构在所述第二模式下运行。
方案20. 如方案15所述的方法，其特征在于，将所述流量控制机构设置成邻近所述燃料轨的出口。
从本文提供的描述中，本发明的进一步的应用范围将会变得显而易见。应当理解的是，本发明的描述和具体实例仅仅是为了说明的目的，而不是意图限制本发明的范围。
附图说明
本文中所述的附图仅仅是为了说明的目的，而不是意图以任何方式限制本发明的范围。
图1是根据本发明的发动机总成的示意图。
图2是例示出根据本发明的发动机总成的运行的流程图。
具体实施方式
以下的描述在性质上仅仅是示例性的，而不是意图限制本发明、其应用或用途。应当理解的是，在所有附图中相应的附图标记表示类似的或相应的部件和特征。
现在参见图1，图中示意性示出了示例性的发动机总成10。发动机总成10可以构成液化石油气(LPG)发动机总成，该发动机总成包括：限定气缸孔14和喷射口16的发动机结构12、活塞18、进气歧管20、排气歧管22、和燃料组件23。发动机结构12可以包括：限定气缸孔14的气缸体、和限定喷射口16的气缸盖。虽然图中所示发动机总成10包括直列四缸发动机，但应当理解的是，本发明同样适用于具有任意气缸数量和排列的发动机，包括但不限于直列式发动机和V形发动机。
活塞18可以布置在气缸孔14内以在其中往复移动。进气歧管20可以与气缸孔14相连通，从而将空气流(由箭头A所指)提供至气缸孔14中。排气歧管22可以与气缸孔14相连通，从而将排气(由箭头E所指)运离气缸孔14。
燃料组件23可以构成LPG燃料组件，该组件包括：燃料箱24、燃料泵26、电动机28、燃料供给管路30、燃料轨32、燃料喷射器34、燃料回流管路44、和流量控制机构45。燃料泵26和电动机28可以位于燃料箱24内。燃料箱24可以构成LPG箱并且可以将LPG存储在其中。燃料泵26可以由电动机28驱动，并且可以产生自燃料箱24经过燃料供给管路30的燃料流(由箭头F所指)。
燃料轨32可以包括：与燃料供给管路30相连通的进口38、以及与燃料轨32的进口38和出口42相连通的喷射通道40。燃料喷射器34可以与喷射通道40相连通。燃料轨32可以接收来自燃料泵26的燃料流并且将燃料分配到燃料喷射器34。燃料喷射器34可以向气缸孔14提供燃料。作为非限制性实例，燃料喷射器34可以将燃料直接喷射入气缸孔14中。可替代地，燃料喷射器34可以将燃料喷射入喷射口16，并且活塞18在气缸孔14内的往复运动可以产生将燃料从喷射口36吸入气缸孔14中的真空。
燃料回流管路44可以与出口42和燃料箱24相连通，并且可以使燃料从燃料轨32返回至燃料箱24。流量控制机构45可以与出口42和燃料箱24相连通，并且位于出口42和燃料箱24之间。作为非限制性实例，流量控制机构45可以位于出口42和燃料回流管路44之间、位于燃料回流管路44和燃料箱24之间、或者位于燃料回流管路44内。
作为非限制性实例，流量控制机构45可以包括可变孔口，并且可以在出口42和燃料箱24之间提供可变流量限制。该可变流量限制可以在无限制、完全限制(即，没有流动)之间变化，并且可以是这两者之间的任何限制。
发动机总成10还可以包括：控制模块46、冷却剂温度传感器48、油温度传感器50、燃料轨压力传感器52、燃料箱温度传感器54、和燃料箱压力传感器56。本文中使用的术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的、或分组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适元件。控制模块46可以控制电动机28和流量控制机构45的运行。作为非限制性实例，控制模块46可以通过对向电动机28和流量控制机构45所发送的信号进行脉冲宽度调制(PWM)来控制它们的运行。
冷却剂温度传感器48和油温度传感器50可以向控制模块46提供分别指示发动机结构12中的油温度和发动机结构12中的冷却剂温度的信号。燃料轨压力传感器52、燃料箱温度传感器54、和燃料箱压力传感器56可以向控制模块46提供分别指示燃料轨32中的燃料压力、燃料箱24中的燃料温度、和燃料箱24中的燃料压力的信号。
在图2所示的控制逻辑中例示了燃料组件23的运行。在步骤100，控制模块46可以基于自点火系统接收到的信号来决定什么时候开始发动机起动。当驾驶员把点火钥匙转向起动位置时，可以开始发动机起动。在步骤102，当开始了发动机起动时，控制模块46可以启用电动机28来驱动燃料泵26并且经由燃料供给管路30向燃料轨32提供燃料流。相应地，燃料流可以流经燃料轨32、流量控制机构45、和燃料回流管路44。
在步骤104，控制模块46可以确定燃料轨32的温度是否高于温度阈值。该温度阈值可以是燃料轨32中的燃料从液体转变为蒸气的温度。该温度阈值可以是基于接收自燃料轨压力传感器52的燃料轨32中压力的预定值。
控制模块46可以基于来自冷却剂温度传感器48的冷却剂温度、来自油温度传感器50的油温度、和发动机停机时间段来确定燃料轨32的温度。发动机停机时间段可以是发动机总成10关闭的时段。控制模块46可以基于发动机总成10被最初关闭时冷却剂温度与油温度之间的预定关系、发动机停机时间段、和燃料轨32的温度来确定燃料轨32的温度。
若燃料轨32的温度高于温度阈值，则在步骤106，控制模块46可以使流量控制机构45在第一模式下工作。在步骤108，流量控制机构45可以调整到第一位置，以提供第一流量限制。作为非限制性实例，第一位置可以是完全打开的位置(例如，100%打开)、部分打开的位置(例如，95%打开)、以及这两者之间的任何位置。第一流量限制可以提供经过流量控制机构45的有限制或无限制的燃料流量。
若燃料轨32的温度高于温度阈值，则控制模块46可以继续使流量控制机构45在第一模式下工作。这样，本发明的LPG发动机总成可以最小化热起动(即，当外界温度较热时的发动机起动)期间和短暂停机再起动(short soak restart)(即，在较短的发动机停机时间之后的发动机起动)期间吹扫燃料轨中的蒸气LPG所需的时间。相应地，可以使在热起动或短暂停机再起动期间发动机起动所需时间最小化。
若燃料轨32的温度低于或等于温度阈值，则在步骤110，控制模块46可以使流量控制机构45在第二模式下工作。在第二模式下，流量控制机构45可以调整到第二位置，以提供大于第一流量限制的第二流量限制。作为非限制性实例，第二位置可以是完全关闭的位置(例如，0%打开)、部分关闭的位置(例如，90%打开)、以及这两者之间的任意位置。第二流量限制可以部分或完全地限制流经流量控制机构45的燃料流量，由此限制从燃料轨32到燃料箱24的燃料流量，这会增加燃料轨32中的压力。
在步骤112，控制模块46可以确定燃料轨32中的压力与燃料箱24中的压力之差是否小于期望的压力差。燃料箱24中的压力与燃料轨32中的压力之差被称为系统压头(system pressure head)。可以预先确定期望的压力差，以便保持以液体状态流经燃料轨32的燃料流。
控制模块46可以分别基于自燃料轨压力传感器52和燃料箱压力传感器56所接收到的信号来确定燃料轨32中的压力和燃料箱24中的压力。可替代地，可以利用有关于确定燃料轨32的温度的上述方法，并基于来自冷却剂温度传感器48的冷却剂温度、来自油温度传感器50的油温度、和发动机停机时间段，来确定燃料轨32中的压力。此外，燃料箱24中的压力可以是基于燃料温度和燃料类型的预定值。作为非限制性实例，若燃料温度在-10摄氏度到40摄氏度的范围并且燃料箱24中所容纳燃料的类型是丙烷，则燃料箱24中的压力可以在350 kPa到1400 kPa的范围。可以基于环境温度来确定燃料温度。
若系统压头大于期望的压力差，则在步骤114，控制模块46可以降低燃料泵26的输出量和/或调整流量控制机构45，从而降低对燃料流量的限制。控制模块46可以通过调整发送给电动机28的信号的占空比来调整燃料泵26的输出量。可以通过降低燃料泵26的输出量和/或对流经流量控制机构45的燃料流量的限制，来降低燃料轨32中的压力。可以降低燃料轨32中的压力，直至系统压头大于期望的压力差。
若系统压头小于期望的压力差，则在步骤116，控制模块46可以确定燃料泵26的输出量是否等于最大输出量。若发送给电动机28的PWM信号的占空比为100％，则燃料泵26的输出量可以等于最大输出量。若燃料泵26的输出量小于最大输出量，则在步骤118，控制模块46可以通过提高发送给电动机28的PWM信号的占空比来增加燃料泵26的输出量。此外，若燃料泵26的输出量小于最大输出量，则控制模块46可以将流量控制机构45保持在完全打开的位置、部分打开的位置、或者这两者之间的位置。
若燃料泵26的输出量等于最大输出量，则在步骤120，可以将流量控制机构45调整到部分关闭的位置或完全关闭的位置。控制模块46可以继续限制流经流量控制机构45的燃料流量，直至系统压头大于或等于期望的压力差。
这样，可以为燃料泵实现增加的系统压头。在某些情况期间，例如吹扫后(即，在轨道吹扫之后和发动机起动之前的时间段)以及正常行驶(即，发动机运行)期间，增加可实现的系统压头可能是期望的。这可使实现将液态LPG保持在轨道中的系统压头所需的泵功的量最小化，从而减少燃料消耗并消除了噪声。
此外，在吹扫后的期间系统压头的增加，对于可靠地起动发动机来说可能是有益的。本发明的LPG发动机总成能够使系统压头最大化并且使实现增加的系统压头所需的时间最小化。相应地，可以提高发动机起动的可靠性并且可以减少发动机起动所需的时间。
此外，将流量控制装置设置成邻近燃料轨的出口端，可使将被吹扫的燃料管路的长度最小化，从而使将被吹扫的燃料最少化。这可以进一步缩短发动机起动所需的时间。

Claims (7)

1.一种发动机总成，包括：
发动机结构，其限定燃烧室；以及
液化石油气燃料组件，所述组件包括：
燃料箱，其容纳液化石油气燃料；
燃料泵，其与所述液化石油气燃料相连通；
燃料轨，其具有与所述燃料泵相连通的进口、与所述进口相连通的喷射通道、和与所述燃料喷射通道相连通的出口；
燃料喷射器，其与所述燃料喷射通道和所述燃烧室相连通；以及
流量控制机构，其与所述燃料轨的出口和所述燃料箱相连通，并且可在第一模式和第二模式下运行，所述第二模式与所述第一模式相比，提供从所述燃料轨到所述燃料箱的更大的流量限制，从而控制从所述燃料轨的出口到所述燃料箱的燃料流量。
2.如权利要求1所述的发动机总成，其特征在于，所述第一模式提供从所述燃料轨吹扫燃料。
3.如权利要求2所述的发动机总成，其特征在于，若所述燃料轨中的温度高于表示燃料从液体状态转变为蒸气状态的阈值温度，则所述流量控制机构在所述第一模式下运行。
4.如权利要求3所述的发动机总成，其特征在于，所述流量控制机构可在所述第二模式下运行，以获得将燃料保持在液体状态的所述燃料轨中的压力。
5.如权利要求4所述发动机总成，其特征在于，若所述燃料轨中的温度低于或等于所述阈值温度，则所述流量控制机构在所述第二模式下运行。
6.如权利要求1所述的发动机总成，其特征在于，所述流量控制机构设置成邻近所述燃料轨的出口。
7.如权利要求1所述的发动机总成，其特征在于，所述流量控制机构限定流动面积，并且在所述第一模式下调整到第一位置，在所述第二模式下调整到第二位置，其中所述第一位置提供的开度为所述流动面积的95%至100%，所述第二位置提供的开度为所述流动面积的0%至90%。
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