CN102400800A

CN102400800A - 液化石油气（lpg）泵控制系统和方法

Info

Publication number: CN102400800A
Application number: CN2011102671990A
Authority: CN
Inventors: N.卡特
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: US8443785B2; DE102011111390A1; DE102011111390B4; US20120060796A1; CN102400800B

Abstract

一种用于液化石油气（LPG）车辆的控制系统包括组分确定模块和泵控制模块。所述组分确定模块基于LPG箱压力和LPG箱中的LPG温度来确定LPG车辆的LPG箱中的LPG组分。泵控制模块基于所述组分来控制LPG泵的操作。

Description

液化石油气(LPG)泵控制系统和方法

技术领域

本发明涉及内燃机，且更具体地涉及液化石油气（LPG）车辆控制系统和方法。

背景技术

在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作（在背景技术部分描述的程度上）和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。

内燃机在气缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞，从而产生驱动扭矩。进入汽油发动机的空气流量可经由节气门调节。节气门可调节节气门面积，其增加或减少进入发动机的空气流量。当节气门面积增加时，进入发动机的空气流量增加。

燃料控制系统控制液化石油气（LPG）供应给发动机的速率，以给气缸提供期望空气/LPG混合物。增加提供给气缸的空气和LPG的量通常增加发动机的扭矩输出。

在提供给发动机之前，LPG存储在LPG箱中。LPG泵从LPG箱抽吸LPG且在燃料轨道中加压LPG。燃料喷射器将LPG从燃料轨道提供给发动机。在一些发动机系统中，LPG泵在车辆操作期间的所有时间以最大占空因子（DC）操作以确保LPG在燃料轨道中充分地增压以将LPG保持在液体形式。

发明内容

一种用于液化石油气（LPG）车辆的控制方法，包括：基于LPG箱压力和LPG箱中的LPG温度来确定LPG车辆的LPG箱中的LPG组分；以及基于所述组分来控制LPG泵的操作。

在另外的特征中，上文所述的系统和方法通过由一个或多个处理器执行的计算机程序实施。计算机程序可以驻留在有形计算机可读介质上，例如但不限于存储器、非易失性数据存储装置、和/或其它合适的有形存储介质。

方案1. 一种用于液化石油气（LPG）车辆的控制系统，包括：

组分确定模块，所述组分确定模块基于LPG箱压力和LPG箱中的LPG温度来确定LPG车辆的LPG箱中的LPG组分；和

泵控制模块，所述泵控制模块基于所述组分来控制LPG泵的操作。

方案2. 根据方案1所述的控制系统，其中，所述组分与作为丙烷的第一LPG量和作为丁烷的第二LPG量相对应。

方案3. 根据方案1所述的控制系统，还包括目标轨道压力模块，所述目标轨道压力模块基于LPG组分确定目标轨道压力，

其中，所述泵控制模块基于目标轨道压力确定占空因子且控制LPG泵以所述占空因子操作。

方案4. 根据方案3所述的控制系统，还包括：

最小轨道压力模块，所述最小轨道压力模块基于所述组分确定最小轨道压力；和

发动机负载补偿模块，所述发动机负载补偿模块基于发动机负载确定负载补偿压力，

其中，所述目标轨道压力模块基于最小轨道压力和负载补偿压力确定目标轨道压力。

方案5. 根据方案4所述的控制系统，其中，所述目标轨道压力模块基于最小轨道压力和负载补偿压力的总和来确定目标轨道压力。

方案6. 根据方案5所述的控制系统，其中，所述目标轨道压力模块基于所述总和与测量轨道压力之间的差来确定积分压力且基于所述总和与积分压力来确定目标轨道压力。

方案7. 根据方案6所述的控制系统，其中，所述目标轨道压力模块将目标轨道压力设定为等于积分压力和所述总和的第二总和。

方案8. 根据方案4所述的控制系统，其中，当轨道压力大于或等于目标轨道压力时，燃料轨道中的LPG保持在液体形式。

方案9. 根据方案3所述的控制系统，其中，所述泵控制模块基于LPG箱压力和目标轨道压力来确定压头，且基于压头来确定占空因子。

方案10. 根据方案3所述的控制系统，其中，所述泵控制模块还基于LPG车辆的能量存储装置的电压、海拔和环境温度中的至少一个来确定占空因子。

方案11. 一种用于液化石油气（LPG）车辆的控制方法，包括：

基于LPG箱压力和LPG箱中的LPG温度来确定LPG车辆的LPG箱中的LPG组分；以及

基于所述组分来控制LPG泵的操作。

方案12. 根据方案11所述的控制方法，其中，所述组分与作为丙烷的第一LPG量和作为丁烷的第二LPG量相对应。

方案13. 根据方案11所述的控制方法，还包括：

基于LPG组分确定目标轨道压力；

基于目标轨道压力确定占空因子；以及

控制LPG泵以所述占空因子操作。

方案14. 根据方案13所述的控制方法，还包括：

基于所述组分确定最小轨道压力；

基于发动机负载确定负载补偿压力；以及

基于最小轨道压力和负载补偿压力确定目标轨道压力。

方案15. 根据方案14所述的控制方法，还包括：基于最小轨道压力和负载补偿压力的总和来确定目标轨道压力。

方案16. 根据方案15所述的控制方法，还包括：

基于所述总和与测量轨道压力之间的差来确定积分压力；以及

基于所述总和与积分压力来确定目标轨道压力。

方案17. 根据方案16所述的控制方法，还包括：将目标轨道压力设定为等于积分压力和所述总和的第二总和。

方案18. 根据方案14所述的控制方法，其中，当轨道压力大于或等于目标轨道压力时，燃料轨道中的LPG保持在液体形式。

方案19. 根据方案13所述的控制方法，还包括：

基于LPG箱压力和目标轨道压力来确定压头；以及

基于压头来确定占空因子。

方案20. 根据方案13所述的控制方法，还包括：还基于LPG车辆的能量存储装置的电压、海拔和环境温度中的至少一个来确定占空因子。

本发明的进一步应用领域从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细说明和具体示例仅旨在用于说明的目的且并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

从详细说明和附图将更充分地理解本发明，在附图中：

图1是根据本发明原理的液化石油气（LPG）车辆的示例性发动机系统的功能框图；

图2是根据本发明原理的LPG车辆的示例性轨道压力控制系统的功能框图；

图3是示出了根据本发明原理的确定LPG箱中的LPG组分和控制LPG泵的示例性方法的流程图；和

图4是根据本发明原理的基于LPG箱内测量的压力和LPG温度确定的LPG箱中的LPG组分对比时间的示例性曲线图。

具体实施方式

以下说明本质上仅为示范性的且绝不旨在限制本发明及其应用或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当理解为意味着使用非排他逻辑或的一种逻辑（A或B或C）。应当理解的是，方法内的步骤可以以不同顺序执行而不改变本发明的原理。

燃料系统将液化石油气（LPG）提供给发动机以用于燃烧。LPG泵从LPG箱抽吸LPG且将LPG经由燃料轨道以液体形式提供给发动机。燃料喷射器将LPG从燃料轨道提供给发动机。轨道压力控制模块控制LPG泵。

本发明的轨道压力控制模块基于LPG箱内的压力和LPG箱内的（液体）LPG温度来确定LPG箱内的LPG组分。轨道压力控制模块基于组分确定将LPG在燃料轨道中保持液体形式的最小轨道压力。轨道压力控制模块基于最小轨道压力确定目标轨道压力。轨道压力控制模块基于目标轨道压力控制LPG泵操作的占空因子（DC）。

现在参考图1，示出了液化石油气（LPG）车辆的示例性发动机系统100的功能框图。发动机系统100可以采用其它合适形式的燃料消耗装置。空气通过进气歧管104抽吸到发动机102中。节气门阀106可由节气门致动器模块108致动以改变进入发动机102的空气流量。节气门致动器模块108可包括例如电子节气门控制器（ETC）。空气与由一个或多个燃料喷射器（例如燃料喷射器110）喷射的LPG混合以形成空气/LPG混合物。空气/LPG混合物在发动机102的一个或多个气缸（例如，气缸112）中燃烧。

火花塞114可启动气缸112中空气/LPG混合物的燃烧。火花致动器模块116控制火花塞114提供火花。虽然示出了一个燃料喷射器、火花塞和气缸，但是发动机102可以包括更多或更少的燃料喷射器、火花塞和气缸。仅作为示例，发动机102 可能包括2、3、4、5、6、8、10或12个气缸。燃料喷射器和火花塞可以设置用于发动机102的每个气缸。由空气/LPG混合物燃烧产生的驱动扭矩经由曲轴118从发动机102输出。燃烧得到的排气从发动机102排出到排气系统120。

在提供给发动机102之前，LPG存储在LPG箱122中。LPG泵124从LPG箱122抽吸燃料。LPG泵124在燃料轨道126内加压LPG。燃料轨道126将加压LPG供应给燃料喷射器110。燃料致动器模块128基于来自于发动机控制模块（ECM）150的信号控制燃料喷射器110的开度。由此，ECM 150控制LPG喷射的定时和由燃料喷射器110喷射的LPG量。ECM 150还控制其它发动机致动器，例如节气门致动器模块108和火花致动器模块116。

一个或多个传感器可在发动机系统100中实施。仅作为示例，发动机系统100包括轨道压力传感器162、箱压力传感器164和LPG温度传感器166。轨道压力传感器162测量燃料轨道126内的压力（即，轨道压力）且基于轨道压力产生轨道压力信号。箱压力传感器164测量LPG箱122内的压力（即，箱压力）且基于箱压力产生箱压力信号。LPG温度传感器166测量LPG箱122内的（液体）LPG温度（即，LPG温度）且基于LPG温度产生LPG温度信号。发动机系统100还可以包括其它传感器168，例如空气质量流率（MAF）传感器、歧管绝对压力（MAP）传感器、进气空气温度（IAT）传感器、发动机速度传感器和其它合适传感器。

ECM 150控制LPG泵124是否操作（即，开启或关闭）。ECM 150包括轨道压力控制模块180，其在LPG泵124操作时经由LPG泵124控制轨道压力。更具体地，轨道压力控制模块180控制LPG泵124操作的占空因子（DC）。DC与LPG泵124执行多少泵送（即，将LPG泵送到燃料轨道126）相对应。通常，在DC增加时，LPG泵124将更多LPG泵送到燃料轨道126。

本发明的轨道压力控制模块180基于LPG温度和箱压力确定LPG箱122中的LPG（燃料）组分。组分与LPG箱122中的LPG中的多少（例如，百分比）是丙烷且LPG箱122中的LPG中的多少（例如，百分比）是丁烷相对应。

轨道压力控制模块180基于LPG组分确定目标轨道压力。目标轨道压力与将LPG在燃料轨道126中保持液体形式以提供给发动机102的轨道压力相对应。轨道压力控制模块180基于目标轨道压力控制LPG泵124操作的DC。由此，轨道压力控制模块180在LPG泵124能够以小于最大DC操作时以小于最大DC操作LPG泵124，同时在所有操作条件下仍将LPG在燃料轨道126中保持液体形式。

以小于最大DC操作LPG泵124意味着较少热量从LPG泵124传输给LPG箱122中的LPG和LPG箱122。此外，一个或多个发动机操作参数可以基于LPG箱122中的LPG组分控制。仅作为示例，将发生爆震的火花定时可以随LPG组分变化。因而，火花定时可以基于LPG组分设定以避免爆震。虽然轨道压力控制模块180在本文显示和描述在位于ECM 150中，但是轨道压力控制模块180可以位于其它合适位置和/或独立地定位。

现在参考图2，示出了轨道压力控制模块180的示例性实施方式的功能框图。轨道压力控制模块180包括LPG组分确定模块202、最小轨道压力模块206、期望轨道压力模块210、发动机负载确定模块214和发动机负载补偿模块218。轨道压力控制模块180还可以包括目标轨道压力模块222和泵控制模块226。

LPG组分确定模块202基于箱压力和LPG温度确定LPG箱122中的LPG组分。仅作为示例，LPG组分可以表示为1.0和0.0之间的值，其中，值1.0表示LPG是100％丙烷（和0％丁烷），值0.0表示LPG是100％丁烷（和0％丙烷）。箱压力可以表示表压力（即，箱压力－大气压力）、绝对压力（即，相对于大气压力）或其它合适形式。仅作为示例，LPG组分确定模块202可使用基于丙烷和丁烷的蒸汽压力曲线填制的一个或多个查询表、使用将箱压力和LPG温度与组分和蒸汽压力曲线相关联的函数或以其它合适方式来确定组分。

最小轨道压力模块206确定最小轨道压力，高于该最小轨道压力，LPG将在燃料轨道126中处于液体形式。最小轨道压力模块206基于LPG箱122中的LPG组分确定最小轨道压力。仅作为示例，最小轨道压力模块206可以使用基于丙烷和丁烷的逆蒸汽压力曲线填制的一个或多个查询表、使用将组分与最小轨道压力相关联的函数或以其它合适方式来确定最小轨道压力。最小轨道压力模块206将最小轨道压力输出给期望轨道压力模块210。期望轨道压力模块210在下文进一步讨论。

发动机负载确定模块214确定发动机负载。仅作为示例，发动机负载可以指代MAP和能由发动机102实现的最大MAP之间的关系。仅作为示例，发动机负载可以使用以下公式表示为百分比：

,

其中，MAP是MAP，Max MAP是能由发动机102实现的最大MAP。在各种实施方式中，发动机负载能以其它合适形式表示和/或以其它合适方式确定。

发动机负载补偿模块218基于发动机负载确定负载补偿压力。负载补偿压力可以用于抵消发动机负载的增加，其否则可导致轨道压力下降且使得燃料轨道126中的LPG蒸发（即，转换为蒸汽形式）。仅作为示例，发动机负载补偿模块218可以根据由发动机负载索引的负载补偿压力查询表、使用将发动机负载与负载补偿压力相关联的函数或以其它合适方式确定负载补偿压力。发动机负载补偿模块218将发动机负载提供给期望轨道压力模块210。

期望轨道压力模块210基于最小轨道压力和负载补偿压力来确定期望轨道压力。更具体地，期望轨道压力模块210基于最小轨道压力和负载补偿压力的总和来确定期望轨道压力。

目标轨道压力模块222基于期望轨道压力来确定目标轨道压力。目标轨道压力模块222还基于由轨道压力传感器162测量的轨道压力来确定目标轨道压力。仅作为示例，目标轨道压力模块222可以采用积分（即，I）控制方案且基于期望轨道压力和测量轨道压力之间的差来确定积分压力。可选地，目标轨道压力模块222可包括比例-积分（PI）、比例-积分-微分（PID）、模糊或其它合适类型的控制系统。目标轨道压力模块222可以基于期望轨道压力和测量轨道压力之间的差设定用于确定积分压力和应用积分控制方案的积分增益。目标轨道压力模块222可以设定目标轨道压力等于期望轨道压力和积分压力的总和。

泵控制模块226基于目标轨道压力控制LPG泵124操作的DC。泵控制模块226可以将绝对压头确定为目标轨道压力和箱压力之间的差。泵控制模块226可以基于绝对压头确定LPG泵124的期望DC。泵控制模块226还可基于LPG车辆的能量存储装置（未示出）（例如，蓄电池）的电压来确定期望DC。仅作为示例，泵控制模块226可以使用将电压和绝对压头与期望DC相关联的一个或多个查询表、使用将电压和绝对压头与期望DC相关联的函数或以其它合适方式确定期望DC。泵控制模块226还可以基于环境温度、海拔和/或一个或多个其它合适输入来确定期望DC。泵控制模块226以期望DC操作LPG泵124。

现在参考图3，阐述了示出确定LPG箱122中的LPG组分和控制LPG泵124操作的DC的示例性方法300的流程图。控制方法可以在302开始，其中，控制方法测量箱压力、LPG温度和轨道压力。

在306，控制方法确定LPG箱122中的LPG组分。控制方法基于箱压力和LPG温度来确定LPG组分。在310，控制方法基于LPG组分确定最小轨道压力。控制方法在314确定负载补偿压力，且控制方法在318基于最小轨道压力和负载补偿压力确定目标轨道压力。仅作为示例，控制方法可以基于最小轨道压力和负载补偿压力确定期望轨道压力，基于期望轨道压力和测量轨道压力确定积分压力，且将目标轨道压力设定为等于期望轨道压力和积分压力的总和。

在322，控制方法确定操作LPG泵124的期望DC。控制方法基于目标轨道压力确定期望DC。仅作为示例，控制方法可基于箱压力和目标轨道压力之间的差来确定绝对压头，且基于绝对压头和能量存储装置的电压来确定期望DC。在326，控制方法以期望DC操作LPG泵124。然后控制方法可以结束。虽然控制方法显示为在326之后结束，但是控制方法可以相反返回到302。换句话说，在车辆操作期间，方法300可以连续地执行。

现在参考图4，示出了LPG组分对比时间的示例性曲线图。在时间零之前，LPG箱122包括具有已知100％丙烷组分的20 L的LPG。添加具有已知50％丙烷和50％丁烷组分的20 L的LPG（例如，执行部分再装填事件）。因而，在添加之后LPG箱中的LPG组分应当为大约70％丙烷和30％丁烷。在组分表示为1.0和0.0之间（包括）的值的实施方式中，LPG组分应当为大约0.7。

在时间零，LPG组分确定模块202确定组分为大约1.2。该初始读数可能由于例如归因于添加的箱压力增加、如何测量LPG温度、添加的LPG与已经在LPG箱122中的LPG未混合和/或其它特性。然而，在预定调节时间之后，例如在大约时间402，LPG组分确定模块202确定LPG箱122中的LPG组分为大约0.7。由此，LPG组分确定模块202反映LPG箱122中的预期LPG组分。仅作为示例，预定调节时间可以是大约80秒。对于发生再装填事件的预定时段，泵控制模块226可以将期望DC设定为最大DC或者以其它合适方式执行。

本发明的广泛教示可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定的示例，但是由于当研究附图、说明书和所附权利要求书时，其他修改对于技术人员来说是显而易见的，所以本发明的真实范围并不如此限制。

Claims

1.一种用于液化石油气（LPG）车辆的控制系统，包括：

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述组分与作为丙烷的第一LPG量和作为丁烷的第二LPG量相对应。

3.根据权利要求1所述的控制系统，还包括目标轨道压力模块，所述目标轨道压力模块基于LPG组分确定目标轨道压力，

4.根据权利要求3所述的控制系统，还包括：

5.根据权利要求4所述的控制系统，其中，所述目标轨道压力模块基于最小轨道压力和负载补偿压力的总和来确定目标轨道压力。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其中，所述目标轨道压力模块基于所述总和与测量轨道压力之间的差来确定积分压力且基于所述总和与积分压力来确定目标轨道压力。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其中，所述目标轨道压力模块将目标轨道压力设定为等于积分压力和所述总和的第二总和。

8.根据权利要求4所述的控制系统，其中，当轨道压力大于或等于目标轨道压力时，燃料轨道中的LPG保持在液体形式。

9.根据权利要求3所述的控制系统，其中，所述泵控制模块基于LPG箱压力和目标轨道压力来确定压头，且基于压头来确定占空因子。

10.一种用于液化石油气（LPG）车辆的控制方法，包括：

基于所述组分来控制LPG泵的操作。