CN102140969A - 液体燃料喷射发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于控制带有燃料的燃料系统的方法。该方法包括：响应于发动机关闭，增加燃料导轨与燃料箱之间的连通以增加燃料导轨中的燃料的沸腾，以及在燃料导轨冷却之后减少该连通。

Description

液体燃料喷射发动机
技术领域
背景技术
发动机可以使用各种燃料，包括液化丙烷(LPG)。然而，在任何LPG喷射发动机上，由于发动机余热和燃料管路中的压力衰减，在发动机被关闭之后保留在燃料导轨中的液化丙烷能够汽化。因为在丙烷的情况下，蒸气可以占用接近250倍的液体体积，因此燃料管路中的蒸气能够明显地替换液体。由于潜在的不正确供给燃料，燃料导轨内的液体燃料的这种替换能够使随后的发动机起动性能衰退。
解决这种情况的一种方法是在发动机起动过程中但在喷射燃料到发动机之前，抽取来自燃料管路的蒸气。然而，在采用该方法的一些车辆的情况下，这能够导致难以接受的长起动转动时间，例如长达9秒。
发明内容
这样，在一个方法中，提供用于控制带有燃料的燃料系统的方法。该方法包括：响应于发动机关闭，增加燃料导轨与燃料箱之间的连通(communication)以增加在燃料导轨中燃料的沸腾，以及随后在燃料导轨冷却之后减少该连通。这样，可能有利地利用发动机湿热(engine soak heat)来辅助冷却燃料导轨，同时能使燃料导轨的改善的蒸气抽取成为可能。注意可以以各种方式来调节连通，其中增加连通可以包括打开电磁阀或增加电磁阀的开口。这样，调节连通可以包括调节连通的程度。
应该理解的是提供上述发明内容从而以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步说明的概念的选择。不表示区分所声明的主题的关键的或重要的特征，主题范围通过说明书所附的权利要求唯一地确定。此外，声明的主题不限于解决任何上述或在本发明的任何部分提及的缺点的实施例。
附图说明
图1示出了系统图；
图2-4示出了系统的高级程序；以及
图5-6示出了不同结构的示例系统性能。
具体实施方式
图1示出了车辆2的发动机10的示例燃料系统。在这个示例中，液化丙烷(LPG)燃料喷射系统被示出为包括封入燃料泵14的燃料箱12，以及与控制器16相连的燃料和压力传感器，控制器16具有计算机可读存储介质，其上具有本文所描述的用来接收信号和发送控制信号的代码。液体燃料受到燃料泵的压力并通过燃料箱锁闭电磁阀(lock-off solenoid valve)和燃料导轨锁闭电磁阀被传送到燃料导轨。燃料导轨中的燃料与被连接到发动机的多个燃料喷射器连通。此外，燃料导轨被连接到压力调节器，压力调节器调节喷射器燃料导轨中的压力以保持特定压力高于燃料箱压力。如果燃料导轨压力上升为高于特定压力，为了减小导轨压力，调节器允许通过回流管路返回到燃料箱的连通。如果导轨压力低于特定压力，调节器阻止与回流管路的连通。经由压力旁通电磁阀和相关旁通管路提供附加旁通回路，其也选择性地允许燃料导轨与燃料箱之间经由回流管路的连通。
如本文描述的，例如在发动机起动过程中(例如，在致动燃料喷射器之前的发动机起动转动过程中)，如果需要，旁通管路可以在低于调节器的特定压力的压力下被打开，以能够改进蒸气抽取。此外，在发动机关闭过程中或之后，旁通管路可以在低于调节器的特定压力的压力下被打开以能够增加燃料沸腾，以便更快速地去除来自喷射器和燃料导轨的热量并且更好地冷却燃料系统。例如，在发动机关闭之后，旁通电磁阀可以打开(允许从燃料导轨回到燃料箱的连通)以有利地利用燃料汽化的潜热来冷却燃料导轨，并且一旦燃料被冷却到阈值温度以下，旁通电磁阀可以关闭以累积导轨压力从而即使在升高的燃料温度下也能够使更多燃料在导轨中处于液体状态。
注意除了带有旁通电磁阀的压力调节器，可替换的方法可以包括替代的高压变流量电磁阀。在发动机起动之后且在发动机关闭之前，可以调节电磁阀以将压力调节到预期的导轨压力。同样，在发动机关闭过程中，即使在较低的压力下，电磁阀也能保持打开以能够使燃料沸腾(热吸附)，并且在起动转动过程中进一步保持打开以抽取蒸气。
继续参考图1，系统可以进一步包括车辆座椅中的或车辆座椅的驾驶员传感器20，其被连接到确定驾驶员或乘客是否在驾驶员座椅上的主动座椅约束系统(active seat restraint system)。驾驶员传感器20包括座椅传感器和/或门传感器用来确定确定驾驶员或乘客是否在驾驶员座椅上。响应于驾驶员传感器，座椅约束系统可以被乘客约束驱动器致动。此外，如本文所描述的，驾驶员传感器可以与控制器16相连来调节燃料系统操作。如下所述，发动机控制器可以利用驾驶员传感器来致动连续的加注燃料以保证当驾驶员在车上时发动机将准备起动，并且因此减少不加区分的加注，不加区分的加注将没有必要地增加电负载并产生对更大的电池和交流发电机的需求。
现在参考图2-4，其描述了由控制器16执行的各种程序。尽管如流程图所示，但是程序可以被实施为被编入控制器16的计算机可读存储介质中的代码或指令。
图2示出了示例发动机关闭程序200。在步骤202处，响应于驾驶员请求的发动机关闭和/或响应于自动发动机关闭条件(例如，车辆速度为零并且存在驾驶员制动致动)的自动发动机起动-停止关闭，并且如果发动机被暖机(例如，发动机冷却剂温度高于或曾经高于阈值温度)，则程序打开旁通电磁阀，并保持电磁阀打开直到燃料导轨中的燃料被冷却至低于阈值。用旁通的调节器而减小的燃料导轨压力能够使燃料在燃料导轨中更容易沸腾，以便去除来自喷射器和燃料导轨的额外的热量从而更快速地冷却燃料系统。这使用燃料汽化的潜热以受益。因此，当燃料被冷却到低于阈值温度时，旁通电磁阀可以被关闭，并且燃料泵被操作，以累积导轨压力，从而即使处于升高的燃料保温温度(fuel soak temperature)，也能使燃料在燃料导轨中处于液体状态。这样，即使在热重新起动或冷机起动过程中，也可以实现快速的发动机起动。
注意在发动机关闭之后，可以使用多种方法来提供燃料导轨与燃料箱之间增加的连通。一种方法是通过燃料泵下游的管路绕过调节器，另一种方法是仅部分地绕过调节器或调节调节器本身以增加调节器的开口，如本文所提及的。在另一种情况下，燃料泵周围的旁路可以被打开。
在程序200中的步骤204处，如果在发动机关闭过程中(例如，发动机停止)，驾驶员在车上的时间长于第一阈值持续时间(例如，60秒)，或远程进入条件发生(例如，远程进入钥匙被致动表示驾驶员将很快进入车辆)。在一个示例方式中，响应于远程进入条件的发生，程序打开旁通电磁阀并操作燃料泵以用液体燃料连续地加注燃料导轨，并保持燃料导轨压力处于或大于选择的调节器压力一段选定的持续时间(例如，15分钟)，之后一旦导轨被加注就关闭旁通阀。例如，程序可以通过至少在加注操作过程的一部分中打开旁通电磁阀加注燃料系统，以使液体/蒸气燃料能够以最小限制被泵送通过燃料导轨，以增加经过燃料导轨的燃料量。此外，这样，在燃料沸腾之后在发动机关闭(和/或发动机停止)过程中，程序可以操作燃料泵以加注燃料系统，甚至在接通(key-on)请求之前。
在另一示例方式中，响应于远程进入条件的发生，程序基于各种发动机和燃料导轨操作参数可以选择性的加注燃料导轨。例如，程序取决于燃料导轨温度、燃料导轨压力和燃料导轨的先前加注事件(previous priming event)的持续时间中的一个或更多个，程序可以选择性地加注燃料导轨。例如，如果先前加注事件的持续时间小于临界值，则可以在当前起动前再次实施加注。然而，如果持续时间大于临界值，则可避免加注且发动机起动可继续而不需要额外的加注。这样，可只根据需要执行燃料加注。
用旁通调节器而减小的燃料导轨压力使燃料能够在燃料导轨中沸腾从而去除来自喷射器和燃料导轨的热量以冷却系统。这种方法使用燃料汽化的潜热得到很大的效果。一旦燃料被冷却到阈值以下，电磁阀被关闭以累积导轨压力，由此即使在升高的燃料温度下也能使燃料在燃料导轨中处于液体状态。此外，如以下关于图3所所述的，如果任何燃料蒸气保留在燃料导轨中，则在发动机起动转动过程中电磁阀还可以被打开。通过打开电磁阀，与液体燃料相比，蒸气将能够以较小的限制流过旁路，由此在发动机起动转动过程中在最需要时允许更多的液化丙烷流过燃料导轨。当蒸气经过旁路时管路压力也将较低，但当液体流过旁路时管路压力急剧地增加。这种方法提供何时停止加注操作(和关闭旁路)并允许发动机被起动转动的反馈(例如，经由燃料导轨压力传感器)。
现在具体参考图3，其示出了示例发动机起动程序300。在步骤302处，响应于发动机/车辆起动请求，程序确定燃料系统是否已经被加注(例如，响应于以上关于图2所述的远程钥匙进入或驾驶员传感器经由泵操作)。如果已经加注，则程序保持关闭或关闭旁通电磁阀，开始起动转动并致动喷射器，以给发动机提供燃料并开始发动机起动。如果没有，则程序通过打开旁通电磁阀和操作燃料泵来抽取燃料蒸气，以便快速地去除燃料导轨中的任何剩余蒸气，并且一旦蒸气被去除(例如，在导轨压力开始累积之后)，关闭旁通电磁阀以进一步累积压力(如果有必要)并致动燃料喷射器，从而给发动机提供燃料并开始发动机起动。这种方法使液体/蒸气燃料能够以最小限制被泵送通过燃料导轨，以增加经过燃料导轨的燃料量。注意在发动机重起过程中，电磁阀是否被打开可以取决于在关闭过程中是否所有蒸气被充分地抽取和在关闭过程中导轨是否被充分地加注。如果是这样，则在起动过程中电磁阀可以保持关闭。否则，在供给燃料之前电磁阀可以被暂时地打开，以完全抽取并加注燃料导轨，之后电磁阀被关闭以能够增加压力累积且给发动机供给燃料。
因此，此种系统允许燃料加注而驾驶员不在车内，或驾驶员在车内但没有将开关转动到接通和/或发动机起动位置。然而，由于该操作，例如图4所示，可以提供额外的诊断来监测当燃料系统可能性能衰退时(例如当系统中可能存在泄漏时)，燃料加注没有发生。例如，可以在诊断间隔中调节燃料管路连通，并且可以在燃料泵没有操作时响应于上述调节基于操作条件确定燃料系统性能衰退。如图4的程序400所示，控制器可以不通过泵操作来给电磁阀定序，并且监测参数以识别潜在的性能衰退。特别地，下述内容可以以下述顺序被使用：
1.在步骤402处，程序400包括以下内容：当控制器是有效的(live)，关闭所有电磁阀。检查燃料导轨压力。如果断开(key-off)之前最后读取的燃料导轨压降大于可接受的随时间变化的压降，则性能衰退被识别。
2.在步骤404处，程序400包括以下内容：打开入口燃料导轨电磁阀并关闭所有其它电磁阀。检查燃料导轨压力和燃料箱压力。如果燃料导轨压力小于燃料箱压力一个差额，则系统性能衰退被识别。
3.在步骤406处，程序400包括以下内容：打开旁通电磁阀并关闭所有其它电磁阀。检查燃料导轨压力和燃料箱压力。如果燃料导轨压力小于燃料箱压力一个差额，则系统性能衰退被识别。
然而，在在可替换的方法中，可以在将燃料箱连接到发动机的两个燃料管路中提供额外的压力传感器，并且这些传感器被监测以识别燃料系统的性能衰退。
这样，有可能减少发动机起动转动时间。特别地，在燃料加注过程中，可以通过致动旁通电磁阀以绕过燃料压力调节器来实现快速地冷却燃料导轨和喷射器。可以通过使用远程进入钥匙信号触发加注程序来实现在驾驶员进入车辆以前开始燃料加注操作。此外，系统可以通过驾驶员传感器允许驾驶员可能已经在车上等待行驶的情况，以允许操作燃料泵从而连续地循环冷却通过燃料导轨的燃料，从而保持导轨处于最佳的温度和压力。
注意此处包括的示例控制和评估程序可以被用于各种发动机和/或车辆系统结构。本文描述的具体程序可以表示任意数量的处理策略(例如事件驱动、中断驱动、多重任务、多重线程以及类似策略)中的一个或更多个。这样，图示说明的各种动作、操作或功能可以以图示说明的顺序、并列地形式或某些情况下被省略地实施。同样，不必要求处理顺序以实现本文描述的示例实施例的特征和优点，但是提供处理顺序以便于图示说明和描述。取决于所使用的具体策略，被图示说明的动作或功能中的一个或更多个可以被重复地执行。此外，被描述的动作可以通过图表表示代码，该代码将被编成微处理器指令并且被存入发动机控制系统中的计算机可读存储介质中。
应该意识到，本文公开的结构和程序实质上是示例性的，并且这些特定的实施例不被认为有限制的意思，因为可能有很多变化。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型以及燃料类型。本发明的主题包括本文公开的各种系统和结构以及其它特征、功能和/或特性的所有新的和非显而易见的组合和子组合。
现在参考图5，其示出了没有旁路操作的系统的示例数据。具体地，图5示出了LPG燃料作为时间(秒)的函数的抽取操作。在顶部的线上，当泵操作以使燃料流入燃料导轨中时，燃料导轨压力线上升。正下方的线示出了在进入点处(燃料导轨入口)和出口点处(燃料导轨出口)的燃料导轨的温度随着时间下降。燃料导轨出口温度始终较高，因为燃料沿燃料导轨流动时被加热。95％的丙烷LPG(饱和压力)的饱和压力示出在燃料泵操作之后40秒燃料在放气(gassing)(LPG饱和压力超过燃料导轨压力)。
图6示出了具有如本文描述的旁路操作的LPG燃料的示例数据。具体地，图3示出了示例抽取操作。在燃料导轨压力线上，由于旁通电磁阀的操作，可以实现较低的初始压力。当燃料充分冷却时，旁通阀被关闭，允许燃料导轨压力累积到正常操作压力。相比图5而言，底部的燃料导轨温度示出了快速的温度下降。此外，图6示出了95％丙烷LPG的饱和压力，其示出在燃料泵操作后6.5秒，燃料停止放气。注意，在T1处的压力波动是由燃料导轨锁闭电磁阀和旁通电磁阀的致动时间效应引起的。
所附权利要求特别地指出被认为是新的且非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应该被理解为包括一个或更多个这种元件的合并，不要求也不排除两个或更多个这种元件。公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可以通过对本权利要求的修改或通过在这个或相关的应用中的新的权利要求的陈述来声明。
这些权利要求，无论在范围上是否比原始权利要求更宽、更窄、相等或不同，均被认为是包含在本发明的主题以内。

Claims (17)

1.一种用于控制车辆中带有燃料的燃料系统的方法，其包括：
响应于发动机关闭，增加燃料导轨与燃料箱之间的连通以增加所述导轨中的燃料的沸腾，然后在所述燃料导轨冷却后减少所述连通。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述连通的减少响应于所述燃料导轨温度降至低于阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在发动机关闭过程中且在燃料沸腾之后，操作燃料泵以在接通请求之前加注所述燃料系统从而起动所述车辆。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括当发动机从所述关闭起动时，选择性地以减小的连通操作燃料泵以及给所述发动机供给燃料。
5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括当发动机从所述关闭起动时，选择性地暂时以增加连通操作燃料泵，然后以减小的连通操作燃料泵以及给所述发动机供给燃料。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在发动机关闭之后发动机停止过程中，以及当发动机温度高于阈值时，提供所述增加的连通。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料是液化丙烷燃料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中通过增加连接到调节器阀周围的旁通电磁阀的开口来提供所述增加的连通，所述旁通电磁阀和调节器阀经由在所述燃料导轨下游的回流管路都被连接在所述燃料导轨与燃料箱之间。
9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述连通减少过程中或之后以及在发动机关闭过程中，响应于驾驶员传感器操作燃料泵。
10.根据权利要求9所述的方法，其响应于所述驾驶员传感器进一步致动乘客约束驱动器，所述驾驶员传感器包括门传感器。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述连通减少过程中或之后以及在所述发动机关闭过程中，响应于远程进入条件操作燃料泵。
12.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在诊断间隔过程中调节所述连通，以及当燃料泵没有操作时响应于所述调节基于操作条件，确定所述燃料系统的性能衰退。
13.一种用于控制车辆中带有燃料的燃料系统的方法，其包括：
响应于发动机关闭和先前加注事件的持续时间，在发动机起动之前选择性地加注发动机，包括：增加燃料导轨与燃料箱之间的连通以增加所述导轨中的燃料的沸腾，然后在所述燃料导轨冷却后减少所述连通。
14.根据权利要求13所述的方法，其中当先前持续时间小于临界值时执行加注，而当先前持续时间大于所述临界值时不执行加注。
15.根据权利要求14所述的方法，其中加注包括在发动机关闭或发动机停止过程中且在燃料沸腾之后接通请求起动所述车辆之前操作燃料泵以加所述注燃料系统。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包含：当发动机从关闭或停止起动时，以减小的连通选择性地操作燃料泵且给发动机提供燃料。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述燃料是液体丙烷燃料。
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