CN102733994B - 用于控制车辆内压缩天然气燃料箱的截止阀的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制车辆内压缩天然气燃料箱的截止阀的系统和方法。一种车辆用控制系统包括燃料箱选择模块、燃料耗尽确定模块、和燃料压力平衡模块。当启用条件得到满足并且已经打开N个截止阀第一预定时段时，燃料箱选择模块分别关闭N个压缩天然气(CNG)燃料箱的N个截止阀中的(N-M)个，其中N是大于1的整数并且M是小于N的整数。燃料耗尽确定模块基于燃料参数确定M个CNG燃料箱是否已经提供了预定量的燃料。当M个CNG燃料箱已经提供了预定量的燃料时，燃料压力平衡模块打开N个截止阀第一预定时段。

Description

用于控制车辆内压缩天然气燃料箱的截止阀的系统和方法
技术领域
本公开涉及压缩天然气(CNG)车辆并且更具体地涉及用于控制车辆内CNG燃料箱的截止阀的系统和方法。
背景技术
此处所提供的背景技术描述用于大体呈现本公开的背景的目的。目前署名的发明人的工作，就在背景技术部分中对其的描述程度以及在提交时可能不构成现有技术的说明书的方面而言，既不明确地也不隐含地被视为针对本公开的现有技术。
内燃机通过进气系统将空气吸入进气歧管，所述进气系统可以通过节气门调节。空气被分配到多个气缸中并且与燃料结合以生成空气/燃料(A/F)混合物。气缸内的活塞压缩A/F混合物。然后使被压缩的A/F混合物燃烧。A/F混合物的燃烧驱动活塞，所述活塞可旋转地转动曲柄并且生成驱动扭矩。
燃料可以包括化石燃料。例如，燃料可以是石油（即，汽油）或天然气。可以对天然气加压并且将其称为压缩天然气(CNG)。具体地，对CNG加压并且将其储存在压力调节的燃料箱而非典型的燃料箱中。以CNG为动力的车辆可以包括多个用于储存CNG燃料的燃料箱。例如，燃料箱可以是圆柱形或球形的。燃料箱可被存储在车辆的后备箱中或在车辆的下面。
发明内容
用于车辆的控制系统包括燃料箱选择模块、燃料耗尽确定模块、和燃料压力平衡模块。当启用条件得到满足并且已经打开N个截止阀第一预定时段时，燃料箱选择模块分别关闭N个压缩天然气(CNG)燃料箱的N个截止阀中的(N-M)个，其中N是大于1的整数并且M是小于N的整数。燃料耗尽确定模块基于燃料参数确定M个CNG燃料箱是否已经提供了预定量的燃料。当M个CNG燃料箱已经提供了预定量的燃料时，燃料压力平衡模块打开N个截止阀第一预定时段。
用于车辆的方法包括：当启用条件得到满足并且已经打开N个截止阀第一预定时段时，分别关闭N个压缩天然气(CNG)燃料箱的N个截止阀中的(N-M)个，其中N是大于1的整数并且M是小于N的整数；基于燃料参数确定M个CNG燃料箱是否已经提供了预定量的燃料；以及当M个CNG燃料箱已经提供了预定量的燃料时，打开N个截止阀第一预定时段。
本发明提供了以下技术方案：
方案1.一种用于车辆的控制系统，所述控制系统包括：
燃料箱选择模块，其当启用条件得到满足并且已经打开N个截止阀第一预定时段时关闭N个压缩天然气(CNG)燃料箱的所述N个截止阀中的(N-M)个，其中N是大于1的整数并且M是小于N的整数；
燃料耗尽确定模块，其基于燃料参数确定所述M个CNG燃料箱是否已经提供了预定量的燃料；以及
燃料压力平衡模块，其当所述M个CNG燃料箱已经提供了所述预定量的燃料时打开所述N个截止阀第一预定时段。
方案2.根据方案1所述的控制系统，其中M等于1。
方案3.根据方案1所述的控制系统，其中所述第一预定时段是用于燃料压力在全部所述N个CNG燃料箱中平衡的时段，并且所述第一预定时段基于所述N个CNG燃料箱中的每一个的箱参数。
方案4.根据方案3所述的控制系统，其中所述N个CNG燃料箱中的每一个的箱参数包括所述CNG燃料箱的容积和流出CNG燃料箱的流速中的至少一个。
方案5.根据方案1所述的控制系统，其中所述燃料参数包括燃料流速、所述M个CNG燃料箱中的燃料水平、和第二预定时段中的至少一个。
方案6.根据方案5所述的控制系统，其中所述第二预定时段是在燃料平衡运行之间的时段并且是制造商定义的和驾驶员定义的中的一个。
方案7.根据方案5所述的控制系统，其中所述燃料压力使用燃料压力传感器测量，并且所述M个CNG燃料箱中的燃料水平根据测量出的燃料压力计算。
方案8.根据方案7所述的控制系统，其中所述总燃料水平根据计算出的所述M个CNG燃料箱中的燃料水平预测。
方案9.根据方案8所述的控制系统，其中所述启用条件包括燃料温度大于预定温度、表明所述N个截止阀运转正常的诊断状态、以及总燃料水平大于预定总燃料水平中的至少一个，其中所述燃料温度使用燃料温度传感器测量。
方案10.根据方案8所述系统的控制，进一步包括：
禁用模块，其当(i)所述启用条件未得到满足或(ii)切断事件或安全关闭事件已经发生时禁用所述燃料箱选择模块和所述燃料压力平衡模块中的至少一个。
方案11.一种用于车辆的方法，所述方法包括：
当启用条件得到满足并且已经打开N个截止阀第一预定时段时，分别关闭N个压缩天然气(CNG)燃料箱的所述N个截止阀中的(N-M)个，其中所述N是大于1的整数并且M是小于N的整数；
基于燃料参数确定所述M个CNG燃料箱是否已经提供了预定量的燃料；以及
当所述M个CNG燃料箱已经提供了预定量的燃料时，打开所述N个截止阀第一预定时段。
方案12.根据方案11所述的方法，其中M等于1。
方案13.根据方案11所述的方法，其中所述第一预定时段是用于燃料压力在全部所述N个CNG燃料箱中平衡的时段，并且所述第一预定时段基于所述N个CNG燃料箱中的每一个的箱参数。
方案14.根据方案13所述的方法，其中所述N个CNG燃料箱中的每一个的箱参数包括所述CNG燃料箱的容积和流出CNG燃料箱的流速中的至少一个。
方案15.根据方案11所述的方法，其中所述燃料参数包括燃料流速、所述M个CNG燃料箱中的燃料水平、和第二预定时段中的至少一个。
方案16.根据方案15所述的方法，其中所述第二预定时段是在燃料平衡运行之间的时段，并且所述第二预定时段是制造商定义的和驾驶员定义的中的一个。
方案17.根据方案15所述的方法，其中燃料压力使用燃料压力传感器测量，并且所述M个CNG燃料箱中的燃料水平根据测量出的燃料压力计算。
方案18.根据方案17所述的方法，其中总燃料水平根据计算出的所述M个CNG燃料箱中的燃料水平预测。
方案19.根据方案18所述的方法，其中所述启用条件包括燃料温度大于预定温度、表明所述N个截止阀运转正常的诊断状态、以及总燃料水平大于预定总燃料水平中的至少一个，其中所述燃料温度使用燃料温度传感器测量。
方案20.根据方案18所述的方法，进一步包括当(i)所述启用条件未得到满足或(ii)切断事件或安全关闭事件已经发生时禁止关闭所述N个截止阀中的(N-M)个和打开所述N个截止阀。
本公开的适用性的进一步的范围将从下文提供的详细描述变得明显。应理解，详细描述和特定的实例旨在仅用于说明目的并且不旨在限制本发公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1是根据本公开的一个实施方式的示例车辆的功能框图；
图2是根据本公开的一个实施方式的示例控制模块的功能框图；以及
图3示出了根据本公开的一个实施方式的用于控制车辆中压缩天然气(CNG)燃料箱的截止阀的示例方法的流程图。
具体实施方式
下列描述本质上仅仅是例证性的并且决非旨在限制本公开、其应用、或用途。为了清楚起见，在图纸中将使用相同的附图标记来表示类似的元件。如此处所使用的，短语“A、B、和C中的至少一个”应被理解为意指使用非排他性逻辑“或”的逻辑（A或B或C）。应理解，方法内的步骤可在不更改本公开的原理的情况下以不同的顺序执行。
如此处所使用的，术语模块可以表示下列项中的一部分或包括下列项：专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的（共享、专用、或成组）处理器；其它适当的提供所描述的功能性的部件；或以上一些或所有的组合，诸如在片上系统中。术语模块可以包括（共享的、专用的、或成组的）存储器，该存储器存储由处理器执行的代码。
如上所使用的，术语代码可以包括软件、固件、和/或微码，并且可以表示程序、例行程序、函数、类、和/或对象。如上所使用的，术语共享的意指来自多个模块中的一些或所有代码可以使用单个（共享的）处理器执行。此外，来自多个模块中的一些或所有代码可以由单个（共享）存储器存储。如上所使用的，术语成组的意指来自单个模块中的一些或所有代码可以使用一组处理器执行。此外，可以使用一组存储器存储来自单个模块中的一些或所有代码。
此处所描述的设备和方法可以通过一个或多个计算机程序实现，所述一个或多个计算机程序由一个或多个处理器执行。计算机程序包括存储在非暂态有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括已存数据。非暂态有形计算机可读介质的非限制性实例是非易失性存储器、磁存储器、以及光存储器。
以压缩天然气(CNG)为动力的车辆中的多个燃料箱中的每一个可以具有截止阀。截止阀可以分别选择性地使从燃料箱到车辆的发动机的CNG燃料流停止。常规燃料控制系统可以根据燃料箱中的每一个中的压力和/或温度来控制截止阀。例如，可以顺序地使多个燃料箱耗尽。对燃料箱中的每一个实现独立传感器，然而，这会增加成本和电气系统上的负荷。此外，对燃料箱的独立控制可以造成燃料组成在燃料箱之间改变，导致降低的燃料经济性。
因此，提出了用于对车辆中CNG燃料箱的截止阀的改进的控制的系统和方法。该系统和方法可以通过实现较少的燃料压力传感器和燃料温度传感器来减少成本和电气系统上的载荷。例如，该系统和方法可以包括/使用一个燃料压力传感器和一个燃料温度传感器。此外，该系统和方法可以通过驱动较少的阀电磁阀降低电功率消耗同时继续管理燃料箱中燃料的分配来增加燃料经济性，从而能够实现在补给燃料事件期间相同的燃料箱中平衡的燃料组成。
该系统和方法可以首先分别打开N个(N>1)CNG燃料箱的N个截止阀第一预定时段。该系统和方法然后可以确定启用条件是否得到满足。当启用条件未得到满足或已经发生切断或安全关闭事件时，该系统和方法可以使本公开的燃料平衡运行停止。然而，当启用条件得到满足时，该系统和方法可以选择N个CNG燃料箱中的M个用于对发动机供给CNG燃料(M<N)。该系统和方法然后可以关闭N个截止阀中的(N-M)个。仅举例来说，M可以等于1。启用条件可以包括燃料温度大于预定温度、表明N个截止阀运转正常的诊断的状态（即，状态＝通过）、以及总燃料水平大于预定水平中的至少一个。
在关闭N-M个截止阀之后，该系统和方法可以测量燃料压力然后计算M个CNG燃料箱的燃料水平。该系统和方法还可以预测N个CNG燃料箱的总燃料水平。该系统和方法然后可以确定M个CNG燃料箱是否已经提供了预定量的燃料。具体地，该系统和方法可以根据燃料流量、计算出的M个CNG燃料箱的燃料水平、和第二预定时段中的至少一个来确定M个CNG燃料箱是否已经提供了预定量的燃料。例如，第二预定时段可以是根据本公开的燃料平衡运行之间的制造商定义的或用户定义的时段。当M个CNG燃料箱已经提供了预定量的燃料时，该系统和系统可以打开N个截止阀并且燃料平衡运行可以重复。
现在参照图1，示出了车辆10的实例。车辆10由发动机12推进。发动机12可以是适当类型的发动机诸如火花点火(SI)发动机、压缩点火(CI)发动机、或均质充量压缩点火(HCCI)发动机。在混合系统中，车辆10还可以包括其它部件诸如电马达和电池系统。发动机12可以燃烧气缸内的空气/燃料(A/F)混合物以生成驱动扭矩。该驱动扭矩可被传递到传动系14以推进车辆10。由发动机12所产生的驱动扭矩的大小可以基于驾驶员输入16。例如，控制模块18可以根据驾驶员输入16使用电子节气门控制装置(ETC)电力地控制发动机12的节气门（未示出）。
燃料系统20包括N个燃料箱22-1…22-N（统称为燃料箱22，并且其中N>1）。燃料箱22存储CNG燃料。然而，在一些实施方式中，燃料箱22可以存储其它类似类型的燃料诸如吸附的天然气(ANG)、液化丙烷气(LPG)、或氢。例如，燃料箱22可以是圆柱形箱体或球形箱体。燃料系统20还包括N个截止阀24-1…24-N（统称为截止阀24）。N个截止阀24分别选择性地打开/关闭N个燃料箱22。燃料系统20进一步还包括燃料再填充源26。燃料再填充源26代表用于（例如，从CNG燃料泵）接收燃料的连接器/接受器。
燃料系统20进一步包括燃料供给线28、燃料压力调节器29、高压截止阀30、燃料压力传感器32、燃料温度传感器34、和燃料流量传感器36。高压截止阀30选择性地使到燃料压力调节器29的燃料流停止。燃料压力调节器29使高压燃料降低到期望的压力。然后，（具有期望的压力）的燃料被经由燃料供给线28提供给发动机12。例如，当系统因切断、安全关闭或其它系统参数请求而被禁用时，高压截止阀30可以使到燃料压力调节器29的燃料流停止。燃料压力传感器32和燃料温度传感器34可以分别测量燃料供给线28内的燃料压力和燃料温度。燃料流量传感器36测量通过燃料供给线28的燃料流速。可替代地，例如，燃料流速可以根据驾驶员输入16确定。
控制模块18控制车辆10的运行。控制模块18可以从发动机12、传动系14、驾驶员输入16、截止阀24、燃料再填充源26、高压截止阀30、燃料压力传感器32、燃料温度传感器34、和/或燃料流量传感器36接收信号。控制模块18可以控制发动机12、截止阀24、燃料再填充源26、和/或高压截止阀30。控制模块18还可以实现本公开的系统或方法。
现在参照图2，示出了控制模块18的实例。控制模块18可以包括燃料箱选择模块50、燃料耗尽确定模块54、燃料压力平衡模块58、和禁用模块62。
在已经打开N个截止阀24第一预定时段并且启用条件得到满足之后，燃料箱选择模块50选择N个燃料箱24中的M个用于向发动机12供给CNG燃料。燃料箱选择模块50然后关闭N个截止阀中的(N-M)个。在一些实施方式中，燃料箱选择模块50可以等待直到检测到N个燃料箱22中的每一个的相等的燃料压力为止。例如，在这些实施方式中，N个燃料箱可以单独顺序地打开并且该N个燃料箱的压力可以使用燃料压力传感器32证实。然而，第一预定时段可以基于燃料箱22中的每一个的参数并且因此对于燃料箱22达到平衡是充分的。例如，燃料箱22中的每一个的参数可以包括流出箱22的流速和/或箱22的容积。
启用条件包括燃料温度大于预定温度、表明N个截止阀运转正常的诊断状态、以及总燃料水平大于预定水平中的至少一个。例如，燃料温度可以使用燃料温度传感器34测量。当时(i)启用条件未得到满足或(ii)已经发生切断或安全关闭（即，系统关闭）时，禁用模块62可以禁用根据本公开的燃料平衡。可以经由驾驶员输入来指令切断事件。另一方面，安全关闭事件可以基于各种运行参数发生。例如，禁用模块62可以使燃料箱选择模块50和燃料压力平衡模块58中的至少一个无效。
燃料耗尽确定模块54根据测量出的燃料压力计算M个燃料箱22的燃料水平。例如，燃料压力可以由燃料压力传感器32测量。燃料耗尽确定模块54还可以预测N个燃料箱的总燃料水平。仅举例来说，总燃料水平可以根据计算出的燃料水平、打开的燃料箱22的个数(M)、先前的（平衡之后的）燃料水平、和关闭的燃料箱22的个数(N-M)来预测。
燃料耗尽确定模块54然后可以确定M个燃料箱22是否已经提供了预定量的燃料。具体地，燃料耗尽确定模块54可以根据燃料速度、计算出的M个燃料箱22的燃料水平、和第二预定时段中的至少一个来确定预定量的燃料是否已经耗尽。例如，燃料流速可以使用燃料流量传感器36测量或可以根据驾驶员输入确定。第二预定时段代表燃料平衡运行之间的最长时段。例如，第二预定时段可以是制造商定义的或用户/驾驶员定义的。
当预定量的燃料已经耗尽时，燃料压力平衡模块58可以打开N个截止阀第一预定时段（倘若尚未发生切断或安全关闭）。打开N个截止阀第一预定时段允许燃料压力在全部N个燃料箱22中再次平衡。如先前所述的，在一些实施方式中，可以监测N个燃料箱的燃料水平以证实燃料平衡已经完成。燃料箱选择模块50然后可以选择N个燃料箱中的另外M个将被用于对发动机12供给燃料，并且燃料平衡过程可以重复。
现在参照图3，用于对车辆中CNG燃料箱的截止阀的改进控制的方法的实例从100开始。在100中，控制模块18可以确定系统关闭是否已经发生。具体地，控制模块18可以确定切断或安全关闭是否已经发生。如果是，控制可以继续进行到104。如果否，控制可以继续进行到108。在104中，控制模块18可以关闭N个截止阀，然后控制可以结束。在108中，控制模块可以打开N个截止阀24。在112中，控制模块18可以确定启用条件是否得到满足。如果是，控制可以继续进行到116。如果否，控制可以返回到100。
在116中，控制模块18可以确定在全部N个燃料箱22中的燃料压力是否已经平衡。例如，控制模块18可以等待直到第一预定时段已经到期为止。如果是，控制可以继续进行到120。如果否，控制可以返回到108。在120中，控制模块18可以关闭N个截止阀24中的(N-M)个。在124中，控制模块18可以计算M个燃料箱22的燃料水平并且可以预测总燃料水平。在128中，控制模块18可以确定M个燃料箱22是否已经输送了预定量的燃料。如果是，控制可以返回到100。如果否，控制可以返回到124。
本公开的广义的教义能够以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定的实例，但本公开的真实范围不应因此受到限制，因为熟练技术人员在研究附图、说明书、和所附权利要求之后，其它修改将变得明显。

Claims (16)

1.一种用于车辆的控制系统，所述控制系统包括：
燃料箱选择模块，其当启用条件得到满足并且已经打开N个截止阀第一预定时段时关闭N个压缩天然气燃料箱的所述N个截止阀中的(N-M)个，其中N是大于1的整数并且M是小于N的整数；
燃料耗尽确定模块，其基于燃料参数确定M个压缩天然气燃料箱是否已经提供了预定量的燃料；以及
燃料压力平衡模块，其当所述M个压缩天然气燃料箱已经提供了所述预定量的燃料时打开所述N个截止阀第一预定时段；
其中所述第一预定时段是用于燃料压力在全部所述N个压缩天然气燃料箱中平衡的时段，并且所述第一预定时段基于所述N个压缩天然气燃料箱中的每一个的箱参数。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中M等于1。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述N个压缩天然气燃料箱中的每一个的箱参数包括所述压缩天然气燃料箱的容积和流出压缩天然气燃料箱的流速中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述燃料参数包括燃料流速、所述M个压缩天然气燃料箱中的燃料水平、和第二预定时段中的至少一个；其中所述第二预定时段是在燃料平衡运行之间的时段并且是制造商定义的和驾驶员定义的中的一个。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其中所述燃料压力使用燃料压力传感器测量，并且所述M个压缩天然气燃料箱中的燃料水平根据测量出的燃料压力计算。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其中总燃料水平根据计算出的所述M个压缩天然气燃料箱中的燃料水平预测。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其中所述启用条件包括燃料温度大于预定温度、表明所述N个截止阀运转正常的诊断状态、以及总燃料水平大于预定总燃料水平中的至少一个，其中所述燃料温度使用燃料温度传感器测量。
8.根据权利要求6所述系统的控制，进一步包括：
禁用模块，其当(i)所述启用条件未得到满足或(ii)切断事件或安全关闭事件已经发生时禁用所述燃料箱选择模块和所述燃料压力平衡模块中的至少一个。
9.一种用于车辆的方法，所述方法包括：
当启用条件得到满足并且已经打开N个截止阀第一预定时段时，分别关闭N个压缩天然气燃料箱的所述N个截止阀中的(N-M)个，其中所述N是大于1的整数并且M是小于N的整数；
基于燃料参数确定M个压缩天然气燃料箱是否已经提供了预定量的燃料；以及
当所述M个压缩天然气燃料箱已经提供了预定量的燃料时，打开所述N个截止阀第一预定时段；
其中所述第一预定时段是用于燃料压力在全部所述N个压缩天然气燃料箱中平衡的时段，并且所述第一预定时段基于所述N个压缩天然气燃料箱中的每一个的箱参数。
10.根据权利要求9所述的方法，其中M等于1。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述N个压缩天然气燃料箱中的每一个的箱参数包括所述压缩天然气燃料箱的容积和流出压缩天然气燃料箱的流速中的至少一个。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述燃料参数包括燃料流速、所述M个压缩天然气燃料箱中的燃料水平、和第二预定时段中的至少一个；其中所述第二预定时段是在燃料平衡运行之间的时段，并且所述第二预定时段是制造商定义的和驾驶员定义的中的一个。
13.根据权利要求12所述的方法，其中燃料压力使用燃料压力传感器测量，并且所述M个压缩天然气燃料箱中的燃料水平根据测量出的燃料压力计算。
14.根据权利要求13所述的方法，其中总燃料水平根据计算出的所述M个压缩天然气燃料箱中的燃料水平预测。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述启用条件包括燃料温度大于预定温度、表明所述N个截止阀运转正常的诊断状态、以及总燃料水平大于预定总燃料水平中的至少一个，其中所述燃料温度使用燃料温度传感器测量。
16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括当(i)所述启用条件未得到满足或(ii)切断事件或安全关闭事件已经发生时禁止关闭所述N个截止阀中的(N-M)个和打开所述N个截止阀。
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