CN102213144B - 重整燃料储存箱的泵控制 - Google Patents

Abstract

本发明说明了用于控制燃料系统中的重整燃料流的多种系统和方法，该燃料系统包括联接到车辆发动机的重整装置和储存箱。该系统包括位于重整装置和储存箱之间的泵，该泵被选择性地运行以降低对系统造成的寄生损失。

Description

重整燃料储存箱的泵控制

技术领域

本申请涉及储存在重整装置中产生的供内燃发动机使用的气态燃料。

背景技术

乙醇重整装置可以用来将乙醇转化为对内燃发动机中的燃烧有利的性质的重整气体(例如，气态燃料)。例如，利用重整燃料可以减少氮氧化物(例如，NO_x)排放物并且可以提高发动机效率。然而，重整装置可能无法向发动机持续供应期望量的重整燃料，所以，可以利用储存箱储存产生后并被喷射到发动机前的重整燃料。

为了储存大量重整燃料，同时使储存箱的尺寸和重量最小化，可以将重整燃料储存在高压下。但是，重整装置的运行压力相比储存箱的高压可能较低，所以在某些环境下可能难以将重整燃料传送到储存箱。因此，可以利用泵使重整燃料易于从重整装置传送到储存箱。但是利用泵可对系统造成寄生损失，例如其可以导致燃料效率降低。

发明内容

本发明人已意识到上述问题，并设计了至少部分地解决它们的方法。因而，公开了包括联接到车辆发动机上的重整装置和储存箱的燃料系统的方法。方法包括：在重整装置中产生气态燃料；在第一条件下打开阀门使气态燃料从重整装置传送到储存箱；以及在第二条件下运行泵使气态燃料从重整装置传送到储存箱。

在一个示例中，当重整装置中的压力大于储存箱中的压力时打开阀门。此外，当阀门打开时，可以调节发动机工况，如点火正时，从而进一步增大重整装置中的压力并使重整燃料(例如，气态燃料)易于从重整装置传送到储存箱。但是，当储存箱中的压力大于重整装置中的压力时，可以利用泵使重整燃料传送到储存箱中。

通过在储存箱中压力较低时打开阀门从而使重整燃料传送到储存箱，可以减少泵的运行从而降低对系统造成的并生损失，同时仍然实现储存箱中增加的重整燃料的传送和储存。因此，可以利用较小箱在高压下储存较大量的重整燃料而不显著地降低系统效率。

根据另一方面，提供了包括联接到车辆发动机上的重整装置和储存箱的燃料系统的方法。方法包括在重整装置中产生气态燃料；在第一条件下打开阀门从而使气态燃料从重整装置传送到储存箱，并在阀门打开时调节发动机运行参数从而使气态燃料易于从重整装置流向储存箱；以及在第二条件下运行泵从而使气态燃料从重整装置传送到储存箱。

在一个实施例中，第二条件包括当重整装置中的压力超过阈值压力，和当该储存箱中的压力超过阈值时关闭泵。

在另一个实施例中，方法进一步包括，在第三条件下，打开阀门并运行泵从而将气态燃料传送到储存箱。

在另一个实施例中，方法进一步包括，在第三条件下，打开阀门并运行泵从而使气态燃料传送到储存箱，其中第三条件包括当重整装置中的压力超过阈值压力，并且储存箱中的压力小于重整装置中的压力时。

在另一个实施例中，方法进一步包括，当储存箱中的压力超过阈值压力时，增大气态燃料从储存箱到发动机至少一个气缸的喷射。

根据另一个方面，提供了一种车辆发动机的系统。系统包括重整装置；储存由重整装置产生的气态燃料的储存箱；设置在重整装置和储存箱之间的泵；设置在重整装置和储存箱之间的阀门；以及包括计算机可读存储媒介的控制系统，媒介包括以下指令：在第一条件下打开阀门从而使气态燃料从重整装置传送到储存箱，并在阀门打开时调节发动机运行参数从而使气态燃料易于从重整装置流向储存箱；在第二条件下运行泵从而使气态燃料从重整装置传送到储存箱；以及在第三条件下打开阀门并运行泵从而使气态燃料传送到储存箱。

在一个实施例中，第一条件包括当重整装置中压力大于储存箱中压力的时候，并且第二条件包括当重整装置中压力大于阈值压力的时候。

在另一个实施例中，第三条件包括当储存箱中的压力超过阈值压力的时候。

在另一个实施例中，除第二燃料外，将气态燃料喷射到发动机中，气态燃料来源于醇。

在另一个实施例中，系统进一步包括当储存箱中的压力超过阈值压力时增大到发动机中的气态燃料喷射的指令。

在另一个实施例中，该第一、第二和第三条件是基于在预定周期内检测到的估计值或变化率的预测条件。

应当注意，提供上述概要是为了以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的选择的概念。这并不表示确定要求保护的主题的关键或重要特征，所要求保护的主题的范围仅由权利要求书限定。此外，所要求保护的主体不限于解决上面提到的或者本公开任何部分中指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1显示包括重整装置的发动机的示意图。

图2显示说明用于控制重整燃料流的程序的流程图。

图3显示用于确定在图2程序中使用哪种条件的程序的流程图。

具体实施方式

以下描述涉及基于重整装置和储存箱中的压力来控制气态燃料(例如，重整燃料)从重整装置到储存箱的传送的方法。在一个示例中，在重整装置中的压力小于储存箱中的压力的条件下，利用泵使气态燃料从重整装置传送到储存箱。当重整装置中的压力大于储存箱中的压力时，可以打开阀门从而使气态燃料传送到储存箱中。此外，在一些示例中，当阀门打开时，可以调节(例如，推迟)发动机运行参数如点火正时，从而增大重整装置中的压力从而进一步促进气态燃料流向储存箱。因而，可以减少使气态燃料传送到储存箱中的泵的使用，使得对系统造成的并生损失减小。

参考图1，包括多个气缸的内燃发动机10由发动机电子控制器12控制，图1中示出了其中一个气缸。发动机10包括燃烧室30和气缸壁32，活塞36被设置在其中并被连接至曲轴40上。示出燃烧室30经由对应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气和排气门可以通过进气凸轮51和排气凸轮53运行。可替换地，进气和排气门中的一个或多于一个可以通过机电控制的阀门线圈和衔铁组件运行。进气凸轮51的位置可以通过进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。

还示出，进气歧管44被联接至发动机气缸，发动机气缸具有联接其上的燃料喷射器66，燃料喷射器66用于根据来自控制器12的信号FPW的脉冲宽度按比例输送液体燃料。燃料通过燃料系统输送给燃料喷射器66，燃料系统包括燃料箱91、燃料泵(未示出)、燃料管路(未示出)，和燃料轨道(未示出)。图1中的发动机10被配置为使得燃料直接喷射到发动机气缸中，这是本领域技术人所知的直接喷射。可替换地，液体燃料可以是进气道喷射。燃料喷射器66由响应控制器12的驱动器68供给运行电流。另外，示出进气歧管44与任选的电子节气门64连通。在一个示例中，可以使用低压直接喷射系统，其中燃料压力可以升高至约20-30巴。可替换地，可以利用高压双级燃料系统产生较高的燃料压力。

气态燃料可以通过燃料喷射器89被喷射到进气歧管44中。在另一个实施例中，气态燃料可被直接喷射到气缸30中。气态燃料从储存箱93通过泵96和止回阀82被供给至燃料喷射器89。泵96对储存箱93中由燃料重整装置97供应的气态燃料加压。当泵96的输出端压力比储存箱93的压力低时，止回阀82限制气态燃料从储存箱93流向燃料重整装置97。在一些实施例中，止回阀82可以设置在泵96的上游。在其他实施例中，止回阀82可以设置成与泵96并联。此外，止回阀82可被更换为主动控制阀。在这种实施例中，当运行泵时可以打开主动控制阀。对泵96的控制信号可以是例如简单的开/关信号。在其他实施例中，控制信号可以是连续可变的电压、电流、脉冲宽度、期望的速度，或期望的流速等。此外，泵96可以利用一个或多于一个旁通阀(未示出)关闭、减慢，或使之不可用。

燃料重整装置97包括催化剂72，并可以进一步包括用于重整由燃料箱91供给的醇的任选的电加热器98。示出燃料重整装置97联接到催化器70和排气歧管48的下游的排气系统上。然而，燃料重整装置97可被联接到排气歧管48并被定位在催化器70的上游。燃料重整装置97可以利用排气热量驱动由燃料箱91供给的醇的吸热脱氢并且促使燃料重整。

无分电器点火系统88经由响应控制器12的火花塞92向燃烧室30提供点火火花。通用或宽域排气氧(UEGO)传感器126被示出联接到催化转化器70上游的排气歧管48上。可替换地，可用双态(two-state)排气氧传感器代替UEGO传感器126。

在一个示例中，转化器70可以包括多个催化剂砖。在另一个示例中，可以使用每个均带有多个催化剂砖的多个排放控制装置。在一个示例中，转化器70可以为三元催化器。

控制器12在图1中被示为传统的微型计算机，它包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机读取存储器108、保活存储器110和传统的数据总线。控制器12被示出从联接到发动机10的传感器接受多个信号，除了先前讨论的那些信号之外，还包括：来自联接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)、联接至加速踏板130的位置传感器134用于感测由足部132施加的力、来自联接至进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值、来自感测曲轴40的位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器、来自压力传感器85的重整装置箱压力的测量值、来自温度传感器87的重整装置箱温度的测量值、来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量值，和来自传感器62的节气门位置的测量值。还可感测大气压力(传感器未示出)用于控制器12处理。在本说明书的优选方面，曲轴每旋转一圈，发动机位置传感器118产生预定数量的等间隔脉冲，发动机转速(RPM)可由此确定。

在一些实施例中，发动机可被联接至混合动力车辆中的电动机/电池系统上。混合动力车辆可以具有并行结构、串行结构，或关于其的变化或组合。

在运行期间，发动机10中的每个气缸典型地经历四冲程循环：循环包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。在进气冲程期间，一般地，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移动至气缸的底部以便增大燃烧室30内的体积。活塞36接近气缸底部并在其冲程结束时所处的位置(例如，当燃烧室30处于其最大体积时)被本领域技术人员典型地称作下止点(BDC)。在压缩冲程期间，关闭进气门52和排气门54。活塞36朝向气缸盖移动以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36在其冲程结束时并接近气缸盖(例如，当燃烧室30处于最小体积时)所处的点被本领域技术人员典型地称作上止点(TDC)。在下文称作喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在下文称作点火的过程中，所喷射的燃料通过已知的点火工具如火花塞92引起燃烧。在做功冲程期间，膨胀的气体推动活塞36返回至BDC。曲轴40将活塞运动转化成旋转轴的旋转力矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开从而使被燃烧的空气-燃料混合物释放到排气歧管48中，并且活塞回到TDC。注意上面仅被显示为示例，并且进气和排气门打开和/或关闭正时可以改变，以便提供正或负气门重叠、进气门推迟关闭，或各种其他示例。

在一个实施例中，停止/启动曲轴位置传感器具有零速度和双向功能。在一些应用中可以使用双向霍尔传感器，在其他中可以将磁体安装到目标物上。可以将磁体安置在目标物上，并且如果传感器能够检测到信号振幅的变化，则可以潜在地消除“缺齿隙(missingtoothgap)”(例如，利用较强或较弱的磁体从而确定轮子上的具体位置)。此外，利用双向霍尔传感器或等同物，可以通过停止(shut-down)保持发动机位置，但在重启动期间，可使用替换的策略来确保发动机朝正向旋转。

现在继续至图2，示出控制重整装置和储存箱之间的气态燃料流的程序200。具体地，程序200基于重整装置和储存箱中的压力控制泵的运行。例如，如果重整装置中的压力大于储存箱中的压力，则可以关闭泵。以这种方式，可以减少泵的使用，从而降低对系统造成的并生损失并且提高重整装置的效率。

在程序200的210处，确定运行参数。这些运行参数可以包括重整装置中压力(P_r)和储存箱中压力(P_st)的当前值、估计值，和/或变化率。例如，这些压力可以通过设置在重整装置和储存箱中的压力传感器确定。在一些实施例中，这些压力可以基于乙醇喷射到重整装置中的速率、重整燃料从储存箱喷射到发动机的速率，重整装置和储存箱内部的温度等估计。可替换地，在其他实施例中，可以使用除压力外的参数，如重整装置和/或储存箱内部的估计质量或摩尔数。随后参考图3描述确定哪个压力值(当前值、估计值，或变化率)的示例方法。

一旦压力被确定，程序200进行至212，在此确定重整装置中的压力是否大于重整装置的第一组压力条件。该压力条件可以包括，例如对于当前和估计的压力值中每个的阈值压力。在另一个实施例中，该压力条件可以包括重整装置中压力的阈值变化率。阈值压力可以为，例如接近重整装置中的最大容许压力的值。在一些示例中，阈值压力可随各种温度(例如，排气温度、重整装置内部的温度等等)、系统寿命、检测到的系统退化等因素变化。

如果确定重整装置中的压力大于第一组压力条件，则程序200移动到226，在此暂停向重整装置喷射乙醇并开启泵，或者如果泵已经开启则增大泵的运行。在没有乙醇喷射到重整装置的情况下，生成重整燃料的反应可被抑制。因此，重整装置中的压力不会继续增大。而且，开启泵允许重整燃料从重整装置中被移除并传送到储存箱中，从而进一步降低重整装置中的压力。

在暂停向重整装置喷射乙醇之后，在228处确定重整装置中的压力是否大于储存箱中的压力。例如，储存箱可能仅储存少量的重整燃料，因而储存箱中的压力可能较低。如果重整装置中的压力大于储存箱中的压力，则重整燃料在没有泵的协助下就可以流向储存箱并且在232处打开阀门。如果重整装置中的压力小于储存箱中的压力，则在程序200的230处关闭阀门。在此示例中，当泵在运行从而使来自重整装置的重整燃料流最大时，打开阀门或将其维持在打开位置以便将重整装置中的压力迅速降低至阈值以下。

如果在212处确定重整装置中的压力不大于重整装置的第一组压力条件，则程序200继续到214，在此确定储存箱中的压力是否大于储存箱的第一组压力条件。例如，该压力条件可以包括对于储存箱中的当前压力和估计压力中的每个的阈值压力。作为另一个示例，该压力条件可以包括重整装置中压力的阈值变化率。例如，当重整燃料的生成量超过发动机的消耗量时，重整装置和储存箱中的压力可增大。如上所述，例如，阈值压力可以是接近储存箱中最大容许压力的值。在一些示例中，阈值压力可以基于这些因素变化，如各种温度、储存箱的尺寸、储存箱的寿命、检测到的储存箱退化等等。

如果确定储存箱中的压力超过第一组压力条件，则程序200移动到254，在此减少或暂停向重整装置中喷射乙醇，减小泵的运行或关闭泵，并增大至发动机的重整燃料喷射(或者如果先前没有喷射则开始喷射)。以此方式，可以迅速降低储存箱中的压力。

根据各种工况，在一些示例中仅可以采取上面操作中的一种或两种来降低储存箱中的压力。例如，如果重整燃料产量较低并且重整装置中的压力变化率较小，则可不暂停乙醇的喷射。替代地，可以关闭泵并且增大到发动机的重整燃料喷射。在这种示例中，喷射到发动机中的重整燃料量可以小于其中重整装置中的压力或压力增加率较高的示例。例如，如果重整装置中的压力接近阈值压力并且重整装置到储存箱的泵送没有减少或暂停，则可以将更多量的重整燃料喷射到发动机中以便降低储存箱中的压力。

另一方面，如果储存箱中的压力小于第一组压力条件，则程序200进行至216，在此确定储存箱是否装满。如果储存箱装满，则储存箱可能无法有效容纳额外的重整燃料。因此，在236处关闭泵或减小泵的运行，并暂停或减少到重整装置的乙醇喷射。如果确定储存箱没有装满并且储存箱可以容纳更多的重整燃料，则程序200继续到218。

在程序200的218处，确定重整装置中的压力是否大于重整装置的第二组压力条件，例如期望的压力当前值、估计值，或变化率。相似于阈值压力，第二组压力条件可以基于各种温度(例如，排气)、重整装置寿命、检测到的重整装置退化等等。如果重整装置中的压力大于期望值，则在238处可以增大重整装置到储存箱的泵送。例如，如果泵已经开启，则可以增大泵送速率，而如果泵是关闭的，则可以开启该泵。在例如车辆为混合动力车辆并且泵为电子泵的一些实施例中，如果电池的电荷状态较低则泵增加的量可能较小，而如果电荷状态较高则泵增加的量可能较大并且存在可以利用的更多能量。作为另一示例，与重整装置中的压力变化率较低的情形相比，在压力变化率较高的情形下，可以使泵送增加更大的量。

如果确定重整装置中压力的当前值、估计值，和/或变化率小于期望值，则程序200继续到220，在此关闭或减小泵。通过关闭泵，从重整装置中移除重整燃料被暂停并且重整装置中的压力变化率可能减小，而在一些实施例中，重整装置中的压力没有进一步减小。

在程序200的222处，确定重整装置中的压力是否大于或等于储存箱中的压力。例如，储存在储存箱中的重整燃料量可能较小，导致储存箱中的压力较小并且经由阀门将重整燃料传送到储存箱的可能性较大。如果重整装置中的压力小于储存箱中的压力，则程序200进行至224并且关闭阀门。

另一方面，如果确定重整装置中的压力大于或等于储存箱中的压力，则图2中的程序200移动到240，在此打开阀门。如上所述，一旦阀门打开，重整燃料可以从重整装置流向储存箱。

一旦阀门打开，则程序200进行至242，在此可以调节发动机运行参数。调节发动机运行参数可能有助于增大重整装置中的压力，从而协助重整燃料从重整装置流向储存箱。在一个示例中，发动机运行参数可以为点火正时，并且点火正时可被推迟。例如，推迟发动机中至少一个气缸中的点火正时可以升高排气温度。因为重整装置依赖于来自排气的热量，所以排气温度的升高可以增加重整装置中的反应速率，导致重整装置中的压力增大。

如上所述，可以基于重整装置和储存箱中压力的当前值、估计值或变化率选择性地运行该泵。通过利用其他方式将重整燃料从重整装置传送到储存箱并且仅在选择的条件(如当重整装置中的压力大于阈值压力时)下使用泵，可降低对系统造成的并生损失并可维持或提高系统的效率。

参考图3，用于确定是否使用在图2的程序中的当前或预测的运行参数的程序300被示出。具体地，程序300决定是否使用当前的运行参数，或基于发动机和重整装置的当前工况预测的运行参数。

在程序300的310处，确定发动机和重整装置工况。发动机工况可以包括例如发动机负载和排气温度。重整装置工况可以包括重整装置温度、重整燃料生成速率，等等。

一旦确定了工况，程序300进行至312，在此确定当前发动机工况是否有可能影响重整装置工况。例如，如果当前发动机条件导致重整装置条件迅速改变，则程序300移动到316，在此使用预测的运行参数。在这样的示例中，重整装置中的波动条件可以引起重整装置中的压力波动。因此，使用估计的压力值或预定周期内的压力变化率与使用重整装置中的当前压力相比，可允许图2中的程序200更有效地进行。

作为另一示例，如果发动机当前运行在高负载下，但排气还尚未变热，则一旦排气变热可以优选估计重整装置中压力的大小。例如，以此方式可以减少或暂停泵的运行，而不是在使用当前压力值时可发生的增大或开始泵运行，并且可以保存能量。因而，程序300移动到316并且使用预测的运行参数。

相反，如果重整装置中的条件稳定，并且发动机工况不可能显著地改变它们，则程序300移动到314并使用当前的运行参数。

因而，通过在程序300中决定使用当前的运行参数还是预测的运行参数，可以使图2中的程序200的效率达到最大。

应注意本文包括的示例控制和估计程序可以用于各种发动机和/或车辆系统配置中。本文描述的具体程序可以表示一个或多于一个任意数量的处理策略，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程以及类似物。因此，所说明的各种步骤、操作，或功能可以所说明的顺序执行、并行执行，或在一些情况下被省略。同样地，处理的顺序并不是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而仅为了便于说明和描述而提供。根据所使用的特定策略，可重复执行所示步骤或功能中的一个或多于一个。此外，所描述的步骤可以图表性地表示为编程到发动机控制系统中计算机可读存储介质内的代码。

应当理解，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为可能存在许多变型。例如，以上技术可应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4，和其他发动机类型中。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置，以及其他特征、功能，和/或特性的所有新的且非显而易见的组合和子组合。

随附的权利要求特别指出视为新颖且非显而显见的某些组合及子组合。这些权利要求可能提到“一个”元件或“第一”元件或其等价形式。此类权利要求应当理解为包括一个或多个此种元件的结合，既不要求也不排除两个或多于两个此种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合，可以通过当前权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求来要求保护。

无论在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等同或不同，这种权利要求都应视为包括在本公开的主题内。

Claims (10)

1.一种用于燃料系统的方法，所述燃料系统包括联接至车辆中的发动机的重整装置和储存箱，所述方法包括：

在所述重整装置中产生气态燃料；

在第一条件下打开阀门将所述气态燃料从所述重整装置传送到所述储存箱，而不需要泵的协助；以及

在第二条件下运行所述泵将所述气态燃料从所述重整装置传送到所述储存箱。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一条件包括当所述储存箱中的压力小于所述重整装置中的压力的时候。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二条件包括当所述重整装置中的压力大于阈值压力的时候，和

当所述储存箱中的气态燃料量达到最大值时关闭所述泵。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在所述第一条件期间并且所述阀门打开时，推迟所述发动机中一个或多于一个气缸中的点火正时从而增加从所述重整装置到所述储存箱的流量。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括当所述储存箱中的压力大于阈值压力时，增大从所述储存箱到所述发动机的所述气态燃料的喷射。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述气态燃料来源于醇，并且所述气态燃料被喷射到所述发动机的气缸中。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在第三条件下，其中所述重整装置中的压力大于阈值压力并且所述重整装置中的压力大于所述储存箱中的压力，打开所述阀门并运行所述泵从而使气态燃料传送到所述储存箱中。

8.一种用于燃料系统的方法，所述燃料系统包括联接到车辆发动机的重整装置和储存箱，所述方法包括：

在所述重整装置中产生气态燃料；

在第一条件下打开阀门从而将所述气态燃料从所述重整装置传送到所述储存箱，而不需要泵的协助，并在所述阀门打开时调节发动机运行参数从而使气态燃料易于从所述重整装置流向所述储存箱；和

在第二条件下运行所述泵从而将所述气态燃料从所述重整装置传送到所述储存箱。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述运行参数包括点火正时，并且推迟所述点火正时从而增大流量。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一条件包括当所述重整装置中的压力大于所述储存箱中的压力的时候。