CN105745428B - 将气体燃料递送至内燃发动机的进气系统中的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种用于将气体状态的低温贮存的燃料递送至燃气内燃发动机的进气系统中的方法和系统。所述方法包括：确定所述发动机系统的燃料递送线路中的流率能力，将所述确定的流率能力与所需的流率需求进行比较，以及当所述流率能力等于或高于所述所需的流率需求时，将气体状态的燃料直接从低温贮存容器的蒸汽空间供应至所述燃料递送线路，所述燃料递送线路供应燃料至所述发动机。所述方法进一步包括：致动低温泵，以便当所述确定的流率能力低于所述所需的流率需求时，将燃料从所述低温贮存容器的液体空间递送至所述内燃发动机。

Description

将气体燃料递送至内燃发动机的进气系统中的方法和系统
技术领域
本公开涉及用于将低温贮存的燃料递送至燃气内燃发动机的进气系统中的方法和系统。
背景技术
用于被供以气体燃料(如天然气)的内燃发动机的燃料贮存和递送系统是特别适于所公开的方法和系统的应用的一个实例。将天然气用于为车辆发动机供燃已有很多年。供应至天然气驱动车辆的燃料被贮存在液化天然气(LNG)罐或压缩天然气(CNG)缸中。
CNG通常在达3600磅/平方英寸的压力下贮存在环境温度下，而LNG通常在约-240℉与-175℉(约-150℃与-115℃)之间的温度以及15psig与200psig之间的压力下贮存在低温贮存容器中。CNG一直是更为广泛采用的燃料贮存形式，但是与LNG相比，其具有较低能量密度。既然天然气作为用于交通运输的燃料逐渐获得了更为广泛的接受，那么LNG具有较高能量密度的益处对于需要较长的燃料补给时间间隔的车辆是有吸引力的。在上述贮存条件下，LNG提供的能量密度为CNG的能量密度的约四倍。对于天然气发动机增多的需求促使需要研发将天然气贮存为LNG而非CNG的改进型车载燃料供应系统。
被供以天然气的发动机可通过将燃料喷射至发动机的进气歧管中或通过将燃料直接喷射至发动机的燃烧室中来运作。在将燃料喷射至发动机的进气系统中的系统中，所需的燃料供应压力相对较低，例如为约100psig。在将燃料直接喷射至发动机的燃烧室中以及燃料喷射压力需要高于缸内压力的系统中，燃料供应系统必须在较高压力下(例如，在至少3000psig的压力下)将天然气递送至喷射器。
现有技术中描述的LNG低压供燃系统通常包括液体导管，该液体导管经由包括汽化器的供应线路将液体燃料从贮存容器供应至发动机。在约150psi的压力下将燃料贮存在贮存容器中，该约150psi的压力高于达至发动机的燃料递送压力，该燃料递送压力可在70psi至100psi之间。
在这些系统中，将热传递至LNG燃料贮存容器，并且所贮存的液体燃料的一部分可汽化，从而增大容器内的压力。减轻LNG贮存容器内的压力的一种方法是将气体排放至大气中。然而，此方法并不经济，并且可能会带来风险。作为替代方案，用于低压发动机的现有递送系统设置有包括蒸汽导管的节约器(economizer)回路，蒸汽可通过该蒸汽导管从贮存容器中的蒸汽顶部空间被抽出，并且可供应至发动机。在设置有节约器回路的发动机供应系统中，大多数时候，发动机利用从贮存容器中的液体空间供应的LNG燃料运作，并且仅当贮存容器中的压力上升高于由放置在蒸汽导管中的调节器设定的预定极限时，从蒸汽顶部空间吸出蒸汽。此种系统的一个实例在美国专利No.5,421,161中有所描述，该美国专利说明了一种节约器回路，该节约器回路包括用于在液体抽出导管中提供固定背压的装置，以使得当贮存容器中的压力增大到超过预定量时，具有最小阻抗力的路径通过蒸汽导管，并且蒸汽优先地从贮存容器的蒸汽顶部空间抽出，从而更快地降低LNG贮存罐内的压力。
已知的使用LNG贮存容器来将燃料供应至被供以天然气的低压内燃发动机的系统依靠贮存容器中的高饱和压力将燃料推出贮存容器的液体空间并推送至发动机。当将热量从周围环境传递至贮存容器时，LNG的饱和压力增大，并且可足以将燃料推出容器。当发动机在高负载下运作时，贮存容器中的LNG的饱和压力会下降到低于为将燃料推出贮罐所需的水平。在这些情况下，发动机变得燃料匮乏，且运行性能可能会欠佳。在这些情况下，驾驶员不得不停止车辆，并等待贮存容器中的压力增大，直至其可重新起动车辆。
一种已知的增大LNG贮存容器中的压力的方法是使用插入在双壁低温罐的壁之间的压力积聚线圈(pressure building coil)，所述压力积聚线圈使来自贮罐的低温燃料循环。经由LNG贮存容器的壁从外部传递至压力积聚线圈的热量使液体燃料汽化，并且当顶部空间中的压力变得低于预定的值时，所形成的蒸汽可经由调节器直接供应至贮存容器的顶部空间中。这种压力积聚回路在美国专利No.4,947,651中进行了描述。在通常用于低温罐的其它压力积聚回路中，如美国专利No.5,937,655中描述的一种，压力积聚线圈位于低温罐外部。在这种系统中，将来自贮罐的低温液体供给至压力积聚器热交换器，液体在该处发生汽化，且将所产生的气体递送至贮罐以对其进行加压。
使用压力积聚回路来加压低温流体贮存容器的方法的缺点在于，用于产生被供应至贮存容器的顶部空间以便对其进行加压的蒸汽的热量也被传递至容器中所包含的液体，从而缩短容器的流体保存时间并且需要更频繁的排放。
现有的依靠贮存容器中的燃料饱和压力来将燃料供应至发动机的低压燃料供应系统的另一缺点在于，当所需的燃料供应压力会在为低负载运作所需的较低压力与为高负载运作所需的较高压力之间动态地变化时，它们无法在瞬变条件下为发动机充足地供应燃料。如果这种天然气燃料系统被安装在具有以较高速率消耗燃料的较大发动机的较大车辆，如重型卡车上，此问题变得更为显著。
因此，需要一种方法用来在低压下可靠地将燃料从低温贮存容器递送至燃气内燃发动机的进气系统中，以确保燃料始终，包括当发动机起动时，以及在包括瞬变过程的不同发动机运作模式过程中，以所需的燃料喷射压力并且及时地递送至发动机。
发明内容
本文公开了一种将气体状态的燃料递送至燃气内燃发动机的进气系统中的方法。该方法包括：
根据发动机的运作状况确定所需的燃料流率需求；
确定发动机的燃料供应系统中的流率能力；
将该流率能力与所需的流率需求进行比较，以及
当该流率能力等于或高于所需的流率需求时，将气体状态的燃料从贮存容器中的蒸汽空间供应至发动机，或者
当该流率能力低于所需的流率需求时，致动燃料泵并且将燃料从所述贮存容器中的液体空间递送至发动机。
本领域技术人员应了解，在本发明方法中，可使用指示流率能力的参数来代替流率能力，并且可使用指示发动机流率需求的参数来代替流率需求。
在此方法中，将确定所需的流率需求的步骤确定为随发动机运作状况而变。发动机运作状况可例如基于发动机速度和所请求的扭矩进行确定。发动机运作状况可根据储存在控制器的存储器中的图来确定，该图将发动机速度与指示发动机状况的参数(例如，指示燃料需求的参数，如所请求的扭矩)相关联。
在本发明方法中，致动燃料泵的步骤包括将液压流体从液压泵供应至驱动所述燃料泵的液压驱动单元。所述液压泵优选地由电马达驱动，并且所述电马达独立于内燃发动机的运作而被驱动，以使得所述燃料泵可独立于发动机状况被致动。
在一些实施方案中，至少两个液压泵可将液压流体供应至驱动燃料泵的液压驱动单元，并且本发明方法进一步包括：当被指示的液压流体流率高于可由仅一个液压泵供应的液压流体流率时，同时以电力致动至少两个液压泵以便将液压流体递送至所述液压驱动单元。
在优选的实施方案中，通过使燃料流过热交换器来升高燃料的温度。该方法可包括：与当从燃料贮存容器的蒸汽空间供应燃料时相比，当从燃料贮存容器的液体空间供应燃料时，增大所述热交换器中的热交换率。在其它实施方案中，热交换器中的热交换率不受系统控制器的控制，并且被设置为恒定。
如果燃料递送系统包括多个贮存容器，所述多个贮存容器各自具有对应的蒸汽空间和液体空间，则将燃料递送至发动机的本发明方法进一步包括：当流率能力高于流率需求时从多个贮存容器中的任一个的蒸汽空间供应燃料，或者当流率能力低于流率需求时，致动燃料泵并从多个贮存容器中的一个供应燃料。
涉及从多个贮存容器中的一个供应燃料的此方法可进一步包括测量多个贮存容器的每一个中的燃料的量，以及当致动燃料泵时，从多个贮存容器中的具有最多燃料量的一个贮存容器供应燃料。
如果燃料递送系统包括多个贮存容器，所述多个贮存容器各自具有对应的蒸汽空间和液体空间，并且各自具有对应的燃料泵，则本发明方法进一步包括：
当流率能力高于流率需求时从多个贮存容器中的任一个的蒸汽空间供应燃料；或者
当流率能力低于流率需求时，选择并致动燃料泵中的一个，并且从多个贮存容器中相关联的一个供应燃料。
在此方法中，选择燃料泵中有待致动的一个的步骤是通过依序运作所述燃料泵中的每一个来确定的。或者，选择燃料泵中有待致动的一个的步骤通过以下方式进行确定：测量多个贮存容器的每一个中的燃料的量，并且选择多个燃料泵中与具有最多燃料量的贮存容器相关联的一个。
在从多个燃料贮存容器中的一个供应燃料的方法的优选实施方案中，该方法进一步包括：通过使燃料流过热交换器来升高燃料的温度，所述热交换器与一个对应的贮存容器相关联，燃料从所述对应的贮存容器供应至发动机。
该方法进一步包括：
在起动发动机之前测量递送线路中的流率能力；
在起动发动机之前将递送线路中的流率能力与起动时的流率需求进行比较；以及
当流率能力低于起动时的流率需求时致动燃料泵。
在所采用的方法的另一实施方案中，在起动发动机之前，当燃料供应系统中的压力低于起动时所需的供应压力时致动燃料泵。
本文还公开了一种用于将气体状态的燃料递送至燃气内燃发动机的进气系统中的系统。该系统包括：
a)贮存容器，其用于保存燃料；
b)燃料泵，其流体地连接而用于从贮存容器的液体空间接收燃料；
c)液体供应线路，其与燃料泵的排放出口流体连通，用于将燃料从燃料泵的排放出口递送至递送线路，所述递送线路将燃料递送至发动机；
d)蒸气供应线路，其与贮存容器的蒸汽空间流体连通，用于将气体状态的燃料从蒸汽空间递送至递送线路；
e)压力传感器，其用于测量贮存容器的蒸汽空间中的蒸汽压力；以及
f)控制器，其接收来自压力传感器的压力测量结果，确定递送线路中的燃料流率能力，根据发动机的运作状况确定所需的燃料流率需求，并且将该流率能力与所需的流率需求进行比较，其中当该流率能力低于所需的流率需求时，控制器指示燃料泵运作。
所述系统优选地包括放置在递送线路中的热交换器，用于升高被供应至发动机的燃料的温度。所述系统还包括液压泵，所述液压泵将液压流体供应至驱动燃料泵的液压驱动单元。优选地，所述液压泵由电马达驱动，所述电马达独立于所述发动机的运作而运作，以使得燃料泵的运作可独立于发动机运作而加以控制。
在一些实施方案中，所述系统包括至少两个液压泵，所述至少两个液压泵可以电力致动，以便将液压流体递送至驱动燃料泵的液压驱动单元。在一些实施方案中，燃料泵设置在贮存容器的低温空间内。
在一些实施方案中，所述系统包括一个以上的贮存容器。该系统中的每个贮存容器具有对应的蒸汽空间和液体空间，并且被流体地连接至燃料泵。在这些系统中，对控制器进行编程，以便当燃料流率能力低于燃料流率需求时，致动燃料泵以从多个贮存容器中的一个的液体空间供应燃料。
在其它实施方案中，所述系统包括一个以上的贮存容器，各贮存容器具有对应的蒸汽空间和液体空间，并且各自被流体地连接至对应的燃料泵。在这些系统中，对控制器进行编程，以便当燃料流率能力低于燃料流率需求时，选择并致动燃料泵中的一个，并且从与所选择的燃料泵相关联的贮存容器供应燃料。
在优选的实施方案中，所述系统包括作为车辆原动机的发动机。
附图说明
图1是根据本公开的用于将气体状态的燃料递送至内燃发动机的进气系统中的系统的示意图；
图2是说明根据本公开的用于将燃料从低温贮存容器递送至燃气内燃发动机的进气系统的方法的示意图；
图3代表将发动机速度与扭矩请求相关联的图，该图被系统的控制器用来确定发动机运作状况；
图4是包括两个液压泵的燃料递送系统的另一实施方案的示意图，所述液压泵用于将液压流体供应至系统的燃料泵的液压驱动单元；
图5是燃料递送系统的另一实施方案的示意图，所述燃料递送系统包括两个燃料贮存容器和一个控制器，各贮存容器与一个燃料泵相关联，并且所述控制器根据本公开中描述的方法致动燃料泵中的每一个；
图6是燃料递送系统的另一实施方案的示意图，所述燃料递送系统包括两个燃料贮存容器和一个控制器，所述燃料贮存容器两者流体地连接至一个外部燃料泵，并且所述控制器根据本公开中描述的方法致动该燃料泵；
图7A是说明用于将燃料从低温贮存容器递送至燃气内燃发动机(起动时)的进气系统中的方法的示意图，所述方法将燃料供应系统中的流率能力考虑在内；以及
图7B是说明用于将燃料从低温贮存容器递送至燃气内燃发动机(起动时)的进气系统中的方法的示意图，所述方法将燃料供应系统中的压力考虑在内。
具体实施方式
图1示意性地说明了燃料递送系统100，所述燃料递送系统100用于将气体状态的燃料供应至内燃发动机的进气系统中。发动机110是通过将燃料喷射至发动机的进气歧管中或喷射至进气端口中(这是一种不同于将燃料直接喷射至发动机的燃烧室中的方法)来运作的内燃发动机。在通常约为70psig至100psig(磅/平方英寸，表压)并且可达到约500psig的压力下将气体燃料喷射至发动机的进气歧管111中或喷射至进气端口113中。这样的压力比直接喷射内燃发动机的运作压力低得多，在所述直接喷射内燃发动机中，在约4000psig下将气体燃料直接喷射至燃烧室中。
燃料递送系统100包括燃料贮存容器112，所述燃料贮存容器112将气体燃料在低温温度下以液化形式贮存在贮存容器的低温空间内的液体空间114中。因为从周围环境传输热量至贮存容器的壁，所以贮存在容器中的液体燃料可汽化，并且所产生的蒸汽占据贮存容器的顶部空间，形成蒸汽空间116。
液体空间114被流体地连接至燃料泵118，所述燃料泵118可如图1示出的实施方案中所例示放置在贮存容器的低温空间内侧，或者可为经由供应线路与贮存容器中的液体空间连通的外部泵。燃料泵118可通过起动液压泵120而致动，所述液压泵120经由流动开关设备124将液压流体从贮存容器121供应至燃料泵118的液压驱动单元。液压泵120由电马达驱动，且因此可独立于发动机的运作状况来运作。在现存的现有技术的燃料递送系统中，致动燃料泵的液压泵被发动机附件驱动器机械地致动，且因此依赖于发动机旋转(rpm)。在本发明方法中，因为液压泵120独立于发动机运作状况而运作，所以其可甚至在发动机不运作的时间(例如，在车辆和/或燃料供应系统起动之前)期间被致动，如下文进一步描述。
来自燃料贮存容器112的液体空间114的液体燃料可借助于燃料泵118被泵送通过液体燃料供应线路123达至递送线路122，所述递送线路122将燃料供应至发动机110。液体燃料供应线路123包括防止燃料回流至贮存容器的止回阀125。
呈蒸汽形式的燃料可经由蒸汽供应线路126从蒸汽空间116供应至递送线路122，所述蒸汽供应线路126的一端与贮存容器112的蒸汽空间116流体连通。蒸汽供应线路126设置有防止燃料回流至贮存容器的止回阀128。
液体燃料线路123和蒸汽供应线路126各自连接至位于其对应的止回阀的下游的递送线路122。递送线路122进一步包括热交换器130，所述热交换器130将热量从热交换流体传输至燃料，如下文进一步解释。热交换器130中的热交换流体可为例如发动机冷却剂。递送线路122进一步包括：模块132，其用于抑制被供应至发动机的燃料流中的压力波动；以及压力调节器134，其用于将被供应至发动机的燃料的压力调整至所需的发动机进气压力。在递送线路122上设置自动燃料切断阀136，位于压力调节器134与发动机110之间。燃料切断阀136作为一种安全措施，来用于在发动机不运作时阻止任何燃料流至发动机。
所述系统进一步包括控制器140，所述控制器140指示燃料泵118和液压泵120的运作，并接收来自压力传感器150和来自温度传感器154的测量结果信号。压力传感器150测量模块132中的压力，所述压力为燃料递送线路122中的压力。或者，压力传感器150可放置于沿递送线路122的任意位置处，但是优选地放置在模块132的下游。温度传感器154测量流过位于热交换器130的下游的递送线路122的燃料的温度，且控制器140可指示热交换器130的运作，以确保供应至发动机110的燃料的温度高于预定的极限。
控制器140还接收来自发动机的关于发动机速度的输入和指示发动机运作状况的另一参数，例如指示燃料需求的参数中的一个，例如油门位置或输出扭矩请求。控制器可基于来自图上的信息来确定所需的燃料供应压力，所述图将发动机速度数据与指示发动机运作状况的另一参数相关联，如下文进一步详细描述。
现在将关于图1中例示的燃料递送系统的实施方案来描述将气体状态的燃料递送至燃气内燃发动机的进气系统中的方法。图2中例示了该方法的步骤。在方法200的第一步骤210中，控制器140确定发动机所要求的所需流率。在此步骤中，控制器140接收来自发动机的关于发动机运作状况的信息，并使用图3中例示的图来确定该图上指示当前发动机运作状况的点。该图上指示当前发动机运作状况的点将在该图上由利用高发动机速度SH和高扭矩请求TRH设定的边界线350定界的区域中找到。如果发动机例如在点A处运作，点A由对应于发动机速度值S1和扭矩请求值TR1的坐标(S1,TR1)表征，则控制器140可基于预定的算法确定为有效地运作发动机所需要的为发动机所要求的流率F要求。
在本发明方法的下一步骤220中，测量燃料供应系统中的压力(P供应)。该步骤包括由压力传感器150测量模块132中的压力，并将测量的值传送至控制器140。或者，可通过测量燃料贮存容器112的蒸汽空间116中的压力或测量递送线路122中任意位置处的压力来测量燃料供应系统中的压力。压力传感器150可因此放置在燃料供应系统中的任意位置处，但是在优选的实施方案中，如所说明，压力传感器150测量模块132中的压力，或测量位于模块132的下游和位于压力调节器134的上游的递送线路122中的压力。
在下一步骤中，燃料递送线路中的流率能力F能力是根据一个查找表基于所测量的供应压力P供应进行确定，该查找表将流率能力与所测量的供应压力相关联。燃料递送线路中的流率能力被定义成在所测量的压力下在燃料递送线路中可达到的估计最大流率。将流率能力与所测量的供应压力相关联的该查找表可基于实验性测试进行确定。或者，可开发用于基于所测量的供应压力确定流率能力的算法，该算法将所测量的供应压力、燃料温度和粘度以及依赖于燃料递送线路的物理特性(例如，配件、软管或导管尺寸)的其它参数考虑在内。此算法因此还会将递送线路中在测量压力的位置与发动机进口之间预测的压降考虑在内。
在一些实施方案中，可直接基于递送线路122中所测量的流率对流率能力进行估算。
在下一步骤240中，将流率能力F能力与所需的流率需求F要求进行比较，所需的流率需求F要求在先前的步骤210中确定。如果估计的流率能力F能力等于或高于预定的所需流率需求F要求，则将燃料以气体状态经由蒸汽供应线路126从贮存容器112中的蒸汽空间116供应至燃料递送线路122，这是本发明方法的步骤250。如果蒸汽空间中所测量的压力低于预定的所需燃料供应压力，则控制器执行本发明方法的步骤260并致动燃料泵118，由此将燃料经由液体燃料供应线路123从液体空间114供应至燃料递送线路122。
被供应至燃料递送线路122的燃料的温度通过使燃料流过热交换器130而升高。如果从液体空间114供应燃料，则热交换器130中的热交换率相较于在从蒸汽空间116供应燃料时有所增大，因为从液体空间供应的燃料的温度略低于从蒸汽空间以蒸汽状态供应的燃料的温度。
相较于用于将气体状态的燃料递送至燃气发动机的进气系统的已知方法，本发明方法的优点在于，可不需依赖于燃料饱和压力来将燃料推出贮存容器而将燃料递送至发动机。
本发明系统的另一优点在于，可在发动机起动时及时递送燃料。在先前已知的系统中，致动燃料泵的液压泵被发动机附件驱动器机械地致动，且因此依赖于发动机旋转(rpm)。在本发明系统中，液压泵120由电马达提供动力，并且可独立于发动机的运作而运作，例如，可在发动机尚未起动时视需要致动液压泵，如此处进一步描述且如图7中所例示。
在起动车辆之前，例如当驾驶员已将钥匙插入点火开关时，由压力传感器150测量燃料递送线路122中的压力，且将递送线路122中所测量的燃料压力(P供应)传送至控制器140。对控制器140进行编程，以便确定递送线路122中的流率能力(F能力)，并将该流率能力与发动机起动时所要求的最小流率(F起动_最小值)进行比较。F起动_最小值具有依赖于特定系统的特性的唯一值，且该值储存在控制器的存储器中。起动该系统的方法700A在图7A中例示，在该图中，在710A处示出测量燃料系统中的压力或更具体地说测量燃料递送线路122中的压力的步骤；且在步骤720A中，根据查找表确定流率能力(F能力)，该查找表将流率能力与所测量的供应压力相关联。该方法进一步包括：在步骤730A中，将F能力与发动机起动时所要求的最小流率F起动_最小值进行比较。如果燃料递送线路122中的流率能力等于或高于起动时的最小流率需求，则无需采取进一步行动(步骤740A)。如果燃料递送线路122中的流率能力低于发动机起动时所要求的最小流率能力，则在步骤750A中，致动燃料泵118并从液体空间114泵送燃料至燃料递送线路122从而增大其中的压力，直至递送线路122中的流率能力变得至少等于发动机起动时所要求的最小燃料率P起动_最小值。一旦达到递送线路122中的目标流率能力后，就将燃料泵118停止，且再次从步骤710开始方法700A。如果起动发动机110，则对控制器140进行编程以便切换至图2中所例示的方法200。
起动时所采用的类似方法700B在图7B中例示。在起动车辆之前，例如当驾驶员已经将钥匙插入点火开关时，在步骤710B中，由压力传感器150测量燃料递送线路122中的压力，且将递送线路122中所测量的燃料压力(P供应)传送至控制器140。在一些实施方案中，测量燃料贮存容器112的蒸汽空间116中的压力并且作为P供应传送至控制器，而不是测量燃料递送线路中的压力。在步骤730B中，将P供应与P起动_最小值进行比较，该P起动_最小值为发动机起动时所要求的最小燃料供应压力。如果燃料递送线路122中的压力P供应等于或高于起动时所需的最小燃料供应压力P起动_最小值，则无需采取进一步行动(步骤740B)。如果燃料递送线路122中的压力低于起动时所需的最小燃料供应压力，则在步骤750B中，致动燃料泵118并从液体空间114泵送燃料至燃料递送线路122从而增大其中的压力，以使得压力变得至少等于最小燃料供应压力P起动_最小值。一旦达到递送线路122中的目标压力后，就将燃料泵118停止，且再次从步骤710开始方法700B。如果起动发动机110，则对控制器140进行编程以便切换至图2中所例示的方法200。
图7中所例示的方法可减少为起动系统所需要的时间量，因为燃料递送线路中的压力或对应的流率能力已经处于为起动发动机所需要的预定水平。此方法将非常难以与已知的系统一起实施，在所述已知的系统中，致动燃料泵的液压泵被发动机附件驱动器机械地致动，且因此要求在燃料泵可被致动之前起动发动机。
燃料递送系统的其它实施方案在图4至图6中例示。这些实施方案具有许多等同于图1中呈现的实施方案的相同组分的组分，并且相同组分用相同的参考编号进行标识。本领域技术人员应了解，在本公开中，相同编号的组分在各实施方案中以大致相同的方式起作用。因此，如果已经关于一个实施方案描述了相同组分，那么当在其它实施方案的附图中加以标识时，可能不会再针对所例示的实施方案的每一个重述相同组分的目的和功能。
图4例示了本发明燃料递送系统的另一实施方案。燃料递送系统400将气体状态的燃料从低温贮存容器412递送至燃气内燃发动机410的进气歧管411或进气端口413。燃料可经由蒸汽供应线路426从蒸汽空间416递送至燃料递送线路422，或者燃料经由液体燃料供应线路423由燃料泵418从液体空间414进行供应。液体供应线路423和蒸汽供应线路426各自设置有止回阀425和对应的428，用于防止燃料回流。经过燃料递送线路422的燃料在热交换器430中被加热，并且燃料流中的压力波动在模块432中受到抑制。压力调节器434将燃料压力调节为发动机进气压力。在发动机不运作期间设置自动切断阀436作为一种安全措施。燃料递送线路422中的压力通过经由压力传感器450测量模块432中的压力而进行测量。
图4中例示的系统400与图1中例示的系统的不同之处在于，其将两个液压泵420和460用于致动燃料泵418。液压泵420和460经由流动开关单元424将液压流体从贮存容器421供应至驱动燃料泵418的液压驱动单元。在此布置中，当由控制器440指示的液压流体流率高于可由仅一个液压泵供应的液压流体流率时，可同时使用两个液压流体泵。
在此实施方案中，热交换器430不受控制器440指示，并且不取决于燃料从何处供应，均向流过递送线路422的燃料提供相同的热量。流过燃料递送线路422的燃料的温度由温度传感器454测量，并且被传送至控制器440。
将燃料从贮存容器412递送至发动机410的方法与关于图2所描述的方法相同，且因此此处将不再详细描述。递送线路422中的由压力传感器450测量的压力(P供应)用于确定流率能力(F能力)，然后将该流率能力与发动机所要求的所需流率(F要求)进行比较。如果递送线路422中的流率能力等于或高于发动机所要求的所需流率，则将燃料以气体状态从蒸汽空间416供应至发动机，并且如果递送线路422中的流率能力低于发动机所要求的所需燃料率，则致动燃料泵418，并且由该泵将燃料从液体空间414递送至发动机。所需燃料供应压力根据与适用于图1中例示的系统的算法相同的算法来确定。
在起动发动机410之前，对控制器440进行编程，以执行与关于方法700A或方法700B所描述相同的步骤，从而在发动机开始运作时在递送线路422中提供最小起动压力。为此目的，液压泵420或460可用来致动燃料泵418。
图5例示了本发明燃料递送系统的另一实施方案。燃料递送系统500将气体状态的燃料递送至燃气内燃发动机510的进气歧管511中或进气端口513中。燃料系统500不同于先前的实施方案，因为其包括两个低温贮存容器512A和512B，每个贮存容器具有对应的蒸汽空间516A和516B以及对应的液体空间514A和514B，并且被流体地连接至对应的燃料泵518A和518B。
两个燃料泵518A或518B中的每一个通过以下方式来致动：经由两个液压泵520或560中的一个或其两者，经由流动开关单元562，以及进一步经由流动开关单元524A或524B中的一个，将液压流体从液压贮存容器521供应至有待致动的对应燃料泵的液压驱动单元。液压流体泵520和560由电马达驱动，且因此可独立于内燃发动机的运作而运作。因此，方法与关于图7A或图7B所描述的方法中的一个类似。
与此处所描述的其它实施方案类似，燃料递送线路522中的压力由压力传感器550测量。燃料递送线路522中的压力波动在模块532中受到抑制。燃料递送线路522中的温度由温度传感器554测量。在发动机不运作期间在燃料递送线路522上设置自动切断阀536作为一种安全措施。
与关于图1和图4所描述类似的将燃料递送至发动机的方法在此处适用。递送线路522中的压力由压力传感器550测量，且被传送至控制器540。如图5中所例示，压力传感器550测量递送线路522中的压力，而不是测量用于抑制压力波动的模块中的压力，但是在其它实施方案中，传感器550可测量燃料供应系统中任意位置处的压力，包括模块532中的压力或沿递送线路522的任意位置处的压力。控制器540通过使用将流率能力与递送线路中所测量的压力相关联的查找表或算法来确定递送线路522中的流率能力，并且然后将递送线路中的流率能力与发动机所要求的所需流率进行比较，该所需流率以与关于图1和图4中所描述的方法类似的方式来确定，并且基于例如燃料利用率或其它因素从贮存容器512A或512B中的一个的蒸汽空间供应燃料。将燃料经由蒸汽液体线路526A或526B以及经由热交换器530A或530B从对应的蒸汽空间供应至递送线路522。当燃料供应系统中的流率能力低于发动机所要求的流率时，控制器540选择并且致动两个燃料泵518A和518B中的一个，以便从与被致动的泵相关联的贮存容器的液体空间供应燃料。将液体燃料经由对应的液体供应线路523A或523B以及经由热交换器530A或对应的530B供应至递送线路522。液体燃料供应线路523A和523B以及蒸汽供应线路526A和526B各自设置有止回阀525A、525B以及对应的528A、528B，以防止回流。
在图5中例示的实施方案中，控制器540选择应当致动两个燃料泵中的哪一个，以便依序运作该两个燃料泵。或者，对各贮存容器512A和512B中剩余的燃料的量进行测量，并且控制器540基于哪一个贮存容器具有大多数燃料来选择燃料泵518A或518B中的一个。
另外，与关于图1和图4所描述以及在图7A或图7B中所例示类似的在发动机起动之前所采用用于在递送线路中实现最小起动流率能力或最小燃料供应压力的方法在此处适用。为此目的，液压泵520或560可用于致动燃料泵518A或518B，以使得递送线路522中的流率能力或递送线路522中的压力在发动机起动之前升高至F起动_最小值或对应的P起动_最小值。与之前关于系统的正常运作所描述相同的有关选择应当致动哪一个燃料泵的准则在此处可适用。
尽管图5中例示的实施方案中示出了仅两个贮存容器，但是本领域技术人员将容易意识到，该系统可包括两个以上的低温贮存容器，并且选择和致动一个燃料泵来从一个贮存容器的液体空间供应燃料的方法将与上文描述的方法类似。
图6说明用于将气体状态的燃料递送至燃气内燃发动机610的进气歧管611或进气端口613的另一燃料递送系统600。燃料系统600与先前的实施方案不同，因为其包括一个外部燃料泵618和两个低温贮存容器612A和612B，由此燃料泵618可从对应的贮存容器612A和612B的液体空间614A或614B供应燃料。当液压泵620经由流动开关单元624将液压流体从贮存容器621供应至燃料泵618的液压驱动单元时，燃料泵618被致动。
与此处所描述的其它实施方案类似，燃料递送线路622中的压力波动在模块632中受到抑制。在发动机不运作期间在燃料递送线路622上设置自动切断阀636作为一种安全措施。蒸汽供应线路626A和626B各自设置有止回阀628A和对应的628B，并且在燃料泵618的下游的递送线路622上设置止回阀625，以防止流体回流。
与关于图1、图4和图5所描述类似的将燃料递送至发动机的方法在此处适用。燃料供应系统中的压力通过经由压力传感器650测量模块632中的压力而进行测量，并且被传送至控制器640。控制器640如同在关于图1、图4和图5中所描述的方法中确定递送线路622中的流率能力，并将其与发动机所要求的流率进行比较，并且从贮存容器612A或612B中的一个的蒸汽空间供应燃料。燃料经由蒸汽液体线路626A或626B以及经由热交换器630从对应的蒸汽空间供应至递送线路622。当递送线路622中的流率能力低于发动机所要求的流率时，控制器640致动燃料泵618，以便从两个贮存容器612A或612B中的一个的液体空间供应燃料。燃料经由对应的液体供应线路623A或623B从液体空间614A或614B供应至递送线路622。
在此实施方案中，各液体供应线路623A和623B设置有切断阀670A和对应的670B，所述切断阀670A和对应的670B可由控制器640指示。测量各贮存容器中的燃料的量，并且从具有大多数燃料的贮存容器供应燃料。例如，当确定贮存容器612A具有大多数燃料时，控制器640指示切断阀670B关闭，并且燃料泵618将燃料从液体空间614A供应至递送线路622。或者，如果确定贮存容器612B具有大多数燃料，则控制器640指示切断阀670A关闭，并且燃料泵618将燃料从液体空间614B供应至递送线路622。
此实施方案中的压力测量结果由压力传感器650传送至控制器640，并且流过递送线路622的燃料的温度由温度传感器654测量。
在此实施方案中，发动机所要求的所需流率和递送线路622中的流率能力根据与适用于图1、图4和图5中所例示的系统的逻辑相同的逻辑来确定，且与关于图2所描述类似的方法在此处适用。
与关于图1、图4和图5所描述以及在图7A或图7B中所例示类似的在递送线路中建立最小起动压力的方法在此处适用。为此目的，液压泵620可用于致动燃料泵618，以使得在起动发动机之前，递送线路522中的压力升高至P起动_最小值。
尽管图6中例示的实施方案中示出了仅两个贮存容器，但是本领域技术人员将容易意识到，该系统可包括两个以上的低温贮存容器，并且图2、图7A或图7B中例示的相同方法将适用。
已经关于多个说明性实施方案描述了本发明。然而，本领域技术人员将明白，可在不脱离如权利要求书中所界定的本发明范围的前提下作出许多变化和修改。

Claims (27)

1.一种将气体状态的燃料递送至燃气内燃发动机的进气系统中的方法，所述方法包括：
根据所述发动机的运作状况确定所需的燃料流率需求；
确定所述发动机的燃料供应系统中的流率能力；
将所述流率能力与所述所需的流率需求进行比较；以及
当所述流率能力等于或高于所述所需的流率需求时，从贮存容器中的蒸汽空间供应所述气体状态的所述燃料；或者
当所述流率能力低于所述所需的流率需求时，致动燃料泵并从所述贮存容器中的液体空间递送燃料。
2.如权利要求1所述的方法，其中将确定所述所需的流率需求确定为随发动机运作状况而变。
3.如权利要求2所述的方法，其中基于发动机速度和扭矩确定所述所需的流率需求。
4.如权利要求1所述的方法，其中致动所述燃料泵的步骤包括将液压流体从液压泵供应至驱动所述燃料泵的液压驱动单元。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述液压泵由电马达驱动。
6.如权利要求5所述的方法，其进一步包括独立于所述内燃发动机的运作来运作所述电马达。
7.如权利要求4所述的方法，其中所述液压泵是至少两个液压泵中的第一个，所述方法进一步包括当指示的液压流体流率高于至少两个液压泵中的所述第一个可供应的液压流体流率时，以电力致动至少一个额外的液压泵，以将液压流体递送至所述液压驱动单元。
8.如权利要求1所述的方法，其进一步包括通过使所述燃料流过热交换器来升高所述燃料的温度。
9.如权利要求8所述的方法，其进一步包括与当从所述蒸汽空间供应所述燃料时相比，当从所述液体空间供应所述燃料时，增大所述热交换器中的热交换率。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述贮存容器是多个贮存容器中的第一个，所述多个贮存容器各自具有对应的蒸汽空间和液体空间，所述方法进一步包括：
当所述流率能力高于所述流率需求时从所述多个贮存容器中的任一个的所述蒸汽空间供应所述燃料；或者
当所述流率能力低于所述流率需求时致动所述燃料泵并从所述多个贮存容器中的一个供应所述燃料。
11.如权利要求10所述的方法，所述方法进一步包括测量所述多个贮存容器的每一个中的燃料的量，以及当致动所述燃料泵时，从所述多个贮存容器中的具有大多数所述燃料的一个贮存容器供应所述燃料。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述贮存容器是多个贮存容器中的第一个，所述多个贮存容器各自具有对应的蒸汽空间和液体空间，并且各自具有对应的燃料泵，所述方法进一步包括：
当所述流率能力高于所述流率需求时从所述多个贮存容器中的任一个的所述蒸汽空间供应所述燃料；或者
当所述流率能力低于所述流率需求时，选择并致动所述燃料泵中的一个，并且从所述多个贮存容器中相关联的一个供应所述燃料。
13.如权利要求12所述的方法，其中通过依序运作所述燃料泵中的每一个来确定选择所述燃料泵中有待致动的一个。
14.如权利要求12所述的方法，其中通过以下方式确定选择所述燃料泵中有待致动的一个：测量所述多个贮存容器的每一个中的燃料的量，并且选择所述多个燃料泵中与具有大多数所述燃料的所述贮存容器相关联的一个。
15.如权利要求12所述的方法，其进一步包括通过使所述燃料流过热交换器来升高所述燃料的温度，所述热交换器与一个对应的贮存容器相关联，燃料从所述对应的贮存容器供应至所述发动机。
16.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
在起动所述发动机之前测量递送线路中的所述流率能力；
在起动所述发动机之前将所述递送线路中的所述流率能力与起动时的流率需求进行比较；以及
当所述流率能力低于起动时的所述流率需求时致动所述燃料泵。
17.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
测量所述燃料供应系统中的压力；
将所述燃料供应系统中的所述测量的压力与起动时所需的供应压力进行比较；以及
当所述燃料供应系统中的所述压力低于所述起动时所需的供应压力时致动所述燃料泵。
18.一种用于将气体状态的燃料递送至燃气内燃发动机的进气系统中的系统，所述系统包括：
a.贮存容器，其用于保存所述燃料；
b.燃料泵，其流体地连接而用于从所述贮存容器的液体空间接收燃料；
c.液体供应线路，其与所述燃料泵的排放出口流体连通，用于将燃料从所述燃料泵的所述排放出口递送至递送线路，所述递送线路将燃料递送至所述发动机；
d.蒸气供应线路，其与所述贮存容器的蒸汽空间流体连通，用于将气体状态的燃料从所述蒸汽空间递送至所述递送线路；
e.压力传感器，其用于测量所述递送线路中的压力；以及
f.控制器，其接收来自所述压力传感器的压力测量结果，确定所述递送线路中的燃料流率能力，根据所述发动机的运作状况确定所需的燃料流率需求，并且将所述递送线路中的所述流率能力与所述所需的流率需求进行比较，其中当所述流率能力低于所述所需的流率需求时，所述控制器指示所述燃料泵进行运作。
19.如权利要求18所述的系统，其进一步包括放置在所述递送线路中的热交换器，用于升高被供应至所述发动机的所述燃料的温度。
20.如权利要求18所述的系统，其进一步包括液压泵，所述液压泵将液压流体供应至驱动所述燃料泵的液压驱动单元。
21.如权利要求20所述的系统，其中所述液压泵由电马达驱动。
22.如权利要求21所述的系统，其中所述电马达独立于所述发动机的运作而运作。
23.如权利要求20所述的系统，其中所述液压泵是至少两个液压泵中的第一个，所述至少两个液压泵可被电力致动，以将液压流体递送至驱动所述燃料泵的所述液压驱动单元。
24.如权利要求18所述的系统，其中所述燃料泵设置在所述贮存容器的低温空间内。
25.如权利要求18所述的系统，其中所述发动机为用于车辆的原动机。
26.如权利要求18所述的系统，其中所述贮存容器是多个贮存容器中的第一个，所述多个贮存容器各自具有对应的蒸汽空间和液体空间，并且流体地连接至所述燃料泵，并且其中所述控制器被编程，以便当所述流率能力低于所述流率需求时，致动所述燃料泵以从所述多个贮存容器中的一个的所述液体空间供应燃料。
27.如权利要求18所述的系统，其中所述贮存容器是多个贮存容器中的第一个，所述多个贮存容器各自具有对应的蒸汽空间和液体空间，并且各自流体地连接至对应的燃料泵，并且其中所述控制器被编程，以便当所述流率能力低于所述流率需求时，选择并致动所述燃料泵中的一个并且从所述多个贮存容器中与所述被致动的燃料泵相关联的一个贮存容器供应燃料。
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