CN107687379A - 内燃发动机和用于操作内燃发动机的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及内燃发动机和用于操作内燃发动机的方法。提供了用于切换发动机燃料供应的示例。一个示例系统包括包含汽缸的直喷式发动机，用于储存LPG燃料的LPG储罐，用于储存CNG燃料的CNG储罐，气体切换阀，连接在LPG储罐和气体切换阀之间的高压泵，连接在CNG储罐和气体切换阀之间的限压阀，被配置成经由气体切换阀供应LPG燃料和CNG燃料中的一种或多种的燃料分配器，耦接到汽缸的LPG喷射阀，耦接到汽缸的CNG喷射阀，以及控制器，所述LPG喷射阀和CNG喷射阀被配置成经由燃料分配器供应燃料，所述控制器被配置成根据被置于燃料分配器中的燃料的聚集状态来控制气体切换阀。

Description

内燃发动机和用于操作内燃发动机的方法

相关申请

本申请要求于2016年8月5日提交的德国专利申请No.102016214596.7的优先权，其全部内容以引用方式并入本文以用于所有目的。

技术领域

本公开涉及一种用于操作供应LPG燃料或CNG燃料的内燃发动机的方法。

背景技术

内燃发动机是已知的，其可任选地使用下文称为LPG燃料的液体自动气体(液化石油气；LPG)或下文称为CNG燃料的压缩天然气(压缩天然气；CNG)来操作。这种内燃发动机包括燃烧式发动机、用于储存LPG燃料的LPG储罐和用于储存CNG燃料的CNG储罐。因为在许多国家中至少有一种所述类型的燃料可用，所以能够广泛地确保用于对应的内燃发动机的燃料供应。这样的内燃发动机例如从CN 204 877 718U已知。

然而，本发明的发明人已经认识到上述配置的问题。在使用LPG作为燃料操作的燃烧式发动机中，LPG可以以液体聚集形式被压缩在储罐中。在从储罐释放时，LPG可在大气压和正常环境温度下转化为气体聚集形式。在能够借助单个公共燃料轨道(在本文也称为分配器)使用CNG燃料或LPG燃料操作的内燃发动机中，有可能从LPG燃料切换到CNG燃料，反之亦然，其中CNG燃料通常以气体聚集形式储存在CNG储罐中。在内燃发动机的操作期间，气体压力和温度在燃料分配器中可变化很大，且因此燃料分配器中各种燃料的聚集状态可为未知的，并且取决于在燃料之间转换时的工况显著改变。因此，在包括CNG和LPG燃料供应两者的发动机的操作期间，在燃料分配器中可能发生混合具有不同聚集状态的不同燃料，从而不利地影响到内燃发动机的燃料供应。此外，不同聚集状态下的不同燃料的这种混合可不仅不太可控，而且还可进一步不合需要地允许到内燃发动机瞬时未知的燃料供应。

此外，在使用LPG作为燃料操作的燃烧式发动机中，由于在发动机停止时燃料轨道中的LPG蒸发，车辆的热启动(例如外部温度高时的发动机启动)可不是瞬时的。此外，当燃烧式发动机关闭且因此燃料供应关闭时，发动机使用LPG作为燃料操作，燃料管线中存在的LPG可切换为气体聚集状态，因此需要在高压泵上游保持LPG燃料中的高压以防止燃料蒸发。这种燃料蒸发可导致发动机重启困难和延迟。

发明内容

本文发明人已经认识到上述问题，并且提供了至少部分地解决以上问题的方法。在一个示例中，发动机系统包括具有直接喷射的燃烧式发动机，用于储存LPG燃料的LPG储罐，用于储存CNG燃料的CNG储罐，电子控制的气体切换阀，连接在LPG储罐和气体切换阀之间的高压泵，连接在CNG储罐和气体切换阀之间的限压阀，被配置成经由气体切换阀供应燃料的燃料分配器，内燃发动机的每个汽缸的LPG喷射阀和CNG喷射阀，以及控制器，其中LPG喷射阀和CNG喷射阀被配置成经由燃料分配器供应燃料，所述控制器根据被置(disposed)于所述燃料分配器中的燃料的聚集状态来控制气体切换阀。

根据上述示例配置，各种燃料之间的切换可以是燃料分配器中存在的压力和温度的结果，并且此外，使用用于CNG和LPG两者的单独的燃料喷射器从LPG切换到CNG以及从CNG切换到LPG的方法确保了具有不同聚集状态的两种类型的燃料在燃料分配器中不会混合。此外，为了增加内燃发动机的功率，可增加汽缸的压缩比而不发生爆震。LPG燃料和CNG燃料的选择性直接喷射通过控制和/或调节电子器件和气体切换阀来控制。选择性供应LPG燃料或CNG燃料允许能够在几乎任何温度条件下起动内燃发动机。此外，具有单独CNG喷射阀的附加CNG燃料的可用性，可减少与LPG燃料供应相关联的热起动问题，例如，可经由LPG喷射阀喷射的气态LPG燃料现在可在发动机启动期间经由CNG喷射阀喷射。此外，由于燃烧式发动机也能够用例如诸如CNG燃料等气态燃料进行操作，所以不需要高压泵上游的LPG燃料中的高压。此外，与常规使用汽油相比，通过使用本文所述的LPG燃料和CNG燃料可实现CO₂排放的减少。此外，根据本公开的内燃发动机能够使用较便宜的燃料来操作。

根据单独的或结合附图的下面的具体实施方式，本说明书的上述优点和其他优点以及特征将变得显而易见。

应当理解，上面的发明内容被提供是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中被进一步描述的一些概念。并不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由随附的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了能够在两种燃料之间切换的内燃发动机的实施例的示意图。

图2示出了用于内燃发动机从LPG燃料供应切换到CNG燃料供应的示例方法。

图3示出了用于内燃发动机从CNG燃料供应切换到LPG燃料供应的示例方法。

图4和图5是示例时序图。

具体实施方式

以下描述涉及用于内燃发动机的系统和方法，其中LPG燃料和CNG燃料可被供应到单个燃料分配器并且从那里经由LPG喷射阀或CNG喷射阀直接喷射到燃烧式发动机的汽缸中。

各种燃料之间的切换可为燃料分配器中存在的压力和温度的结果。在能够借助单个公共燃料分配器使用CNG燃料或LPG燃料操作的内燃发动机中，有可能从LPG燃料切换到CNG燃料，并且反之亦然，其中LPG燃料以液体聚集形式储存并压缩在LPG储罐中，并且CNG燃料以气体聚集形式储存在CNG储罐中。在内燃发动机的操作期间，燃料分配器中的气体压力和温度可变化很大，并且因此燃料分配器中燃料的聚集状态也可变化。通过控制气体切换阀，并且还取决于被置于燃料分配器中的各种燃料的聚集状态，确保在两种类型的燃料之间转换的情况下，燃料分配器中液体LPG燃料与气态CNG燃料的混合不会发生，特别是具有彼此不同气体压力和温度的两种燃料彼此不混合。具有不同聚集状态的燃料的这种混合能够不利地影响到内燃发动机的燃料供应，这是不太可控的，并且伴随着对内燃发动机瞬时未知的燃料供应。

在一个实施例中，控制和/或调节电子器件被配置成从LPG供应转换为CNG供应。当发动机被供应LPG时，高压泵被开启，并且LPG燃料经由LPG切换状态(switch state)下的气体切换阀被传递到LPG喷射阀，并且经由LPG喷射阀喷射。当发动机被供应CNG时，CNG燃料(其压力通过限压阀减小)经由CNG切换状态下的气体切换阀被传递到CNG喷射阀，并且经由CNG喷射阀喷射。该方法包括首先关闭高压泵，并且确定被置于燃料分配器中的LPG燃料的气态聚集状态是否存在。燃料分配器中的LPG燃料的气态聚集状态可由一个或多个传感器单元确定，该传感器单元可连接到内燃发动机的控制和/或调节电子器件。在一个示例中，传感器单元可包括用于测量公共燃料分配器压力的压力传感器和在发动机操作期间检测燃料分配器中的温度的温度传感器。在其他示例中，可提供单独的温度和压力传感器。此外，还可包括检测燃料的气体组分的传感器。这些传感器可任选地定位在燃料分配器上和/或排气系统中，并且还可与控制和/或调节电子器件可操作/通信连接，以确定何时需要执行燃料之间的切换。

基于传感器信息，如果在燃料分配器中检测到LPG燃料的气态状态，则进行从经由LPG喷射阀的喷射到经由CNG喷射阀的喷射的具有重叠的快速的和短暂的切换，然后使气体切换阀从LPG切换状态切换到CNG切换状态。所述转换过程确保具有不同聚集状态的两种类型的燃料在燃料分配器中不混合。在关闭高压泵之后，并且在能够如上所述确定的燃料分配器中设置的LPG燃料的气体聚集状态存在之前，在继续燃烧式发动机中的点火和燃烧的情况下，LPG燃料继续经由LPG喷射阀被喷射到燃烧式发动机的汽缸中，由此燃料分配器中的压力降低。根据在燃料分配器中测量的一定压力和一定温度，可确定燃料分配器中的LPG燃料是气态的。一旦燃料分配器中的LPG燃料被确定为气态，则存在从经由LPG喷射阀的喷射到经由CNG喷射阀喷射的快速且短暂的重叠转换，使得存在于燃料分配器中的气态LPG燃料现在经由CNG喷射阀被喷射到燃烧式发动机的汽缸中。在此期间，一旦燃料分配器中的压力下降到预定的压力极限值(例如，由压力传感器确定)之下，则气体切换阀从LPG切换状态切换到CNG切换状态，在此之后，燃烧式发动机仅供应气态CNG燃料。在短暂重叠转换期间，LPG喷射阀和CNG喷射阀二者在一段时间内都用于喷射。

在另一个实施例中，控制和/或调节电子器件被布置成从CNG供应转换为LPG供应，在CNG供应中，通过限压阀降低其压力的CNG燃料经由CNG切换状态下的气体切换阀传递到CNG喷射阀，并且经由CNG喷射阀喷射，在LPG供应中，高压泵被开启，且LPG燃料经由LPG切换状态下的气体切换阀被传递到LPG喷射阀，并且经由LPG喷射阀喷射。该方法包括首先开启高压泵，然后将气体切换阀从CNG切换状态切换到LPG切换状态，并且确定公共燃料分配器中存在的LPG燃料的聚集状态是否为液体。在一个示例中，燃料分配器中的LPG燃料的聚集状态可由上述传感器单元(例如，压力传感器、温度传感器和检测燃料组分的传感器)确定，所述传感器单元可通信地连接到内燃发动机的控制和/或调节电子器件。因此，如果LPG燃料的聚集状态在燃料分配器中被确定为液体，则进行具有重叠的从经由CNG喷射阀的喷射到经由LPG喷射阀的喷射的快速且短暂的转换。所述转换过程确保具有不同聚集状态的两种类型的燃料在燃料分配器中不混合。在高压泵接通之后，气体切换阀在时间偏移的情况下从CNG切换状态切换到LPG切换状态。根据燃料分配器中的一定温度和一定压力，确定燃料分配器中的LPG燃料为液体。一旦存在于燃料分配器中的LPG燃料是液体，则根据燃料分配器中的压力水平，存在具有重叠的从经由CNG喷射阀的喷射到经由LPG喷射阀的喷射的快速且短暂的转换。在短暂重叠转换期间，LPG喷射阀和CNG喷射阀二者在一段时间内都用于喷射。

在一个示例中，提供了用于操作机动车辆的内燃发动机的方法。发动机可是直喷式发动机，并且车辆可包括用于储存LPG燃料的至少一个LPG储罐，用于储存CNG燃料的至少一个CNG储罐，至少一个电子控制的气体切换阀，连接在LPG储罐和气体切换阀之间的至少一个高压泵，连接在CNG储罐和气体切换阀之间的至少一个限压阀，被配置成经由气体切换阀供应燃料的至少一个燃料分配器，燃烧式发动机的每个汽缸的至少一个LPG喷射阀和至少一个CNG喷射阀。该方法可包括经由燃料分配器向LPG喷射阀和CNG喷射阀供应燃料，并且根据被置于燃料分配器中的各种燃料的聚集状态来控制气体切换阀。

根据实施例，根据燃料分配器中产生的温度、燃料分配器中产生的压力和燃料的组分确定被置于燃料分配器中的各种燃料的聚集状态。上述参考内燃发动机的对应实施例所述的优点与本实施例相关联。

根据另外的实施例，为了从LPG供应(其中，开启高压泵，并且LPG燃料经由LPG切换状态下的气体切换阀被传递到LPG喷射阀，并且经由LPF喷射阀被喷射)转换为CNG供应(其中通过限压阀降低其压力的CNG燃料经由CNG切换状态下的气体切换阀被传递到CNG喷射阀，并且经由CNG喷射阀被喷射)，首先关闭高压泵，然后在被置于燃料分配器中的LPG燃料的气态聚集状态存在的情况下，存在从经由LPG喷射阀的喷射到经由CNG喷射阀的喷射的具有重叠的快速且短暂的转换。然后，气体切换阀从LPG切换状态切换到CNG切换状态。上述参考内燃发动机的对应实施例所述的优点与本实施例相关联。

根据另外的实施例，为了从CNG供应(其中通过限压阀降低其压力的CNG燃料经由CNG切换状态下的气体切换阀传递到CNG喷射阀，并且经由CNG喷射阀被喷射)转换为LPG供应(其中高压泵被开启，并且LPG燃料经由LPG切换状态下的气体切换阀被传递到LPG喷射阀，并且经由LPG喷射阀被喷射)，首先接通高压泵，然后将气体切换阀从CNG切换状态切换到LPG切换状态。然后在被置于燃料分配器中的LPG燃料的液体聚集状态存在的情况下，存在从经由CNG喷射阀的喷射到经由LPG喷射阀的喷射的具有重叠的快速且短暂的转换。上述参考内燃发动机的对应实施例所述的优点与本实施例相关联。

现在转到图1，根据本公开的装置包括发动机系统1，其包括用直接喷射操作的燃烧式发动机2。具有直接喷射的燃烧式发动机可以是适当地点火的燃烧式发动机(例如经由火花点火或经由喷射自点火燃料)。燃烧式发动机2包括各种燃料能够被直接喷射到其中的四个燃烧汽缸3，其中汽缸中的每一个包括如图1所示的两个进气门4和两个排气门5。此外，发动机系统1包括用于储存LPG燃料的LPG储罐6和用于储存CNG燃料的CNG储罐7。在一个示例中，储存在LPG储罐6中的LPG燃料可包括丙烷和丁烷的混合物，并且在其他示例中可包括各种混合物中的丙烯、丁烯等。此外，LPG的组分在标准温度和压力(例如，在大气压下的室温)下通常是气态的。在一个示例中，储存在CNG储罐7中的CNG燃料可包括甲烷，而在其他示例中，CNG燃料还可包括其他类型的气态燃料，诸如乙烷、丙烷等。

此外，发动机系统1可包括被实施为两位三通阀的电子控制的气体切换阀8。在一个示例中，气体切换阀8可以是在通电时改变位置的电磁阀。在其他示例中，气体切换阀可以是液压的、气动的或电致动的阀。气体切换阀的致动器可以可操作地耦接到诸如控制和/或调节电子器件14的控制器。气体切换阀可包括LPG切换状态，其中LPG燃料可经由气体切换阀被递送到燃料分配器；以及CNG切换状态，其中CNG燃料经由气体切换阀被递送到燃料分配器。

高压泵9可在LPG储罐6和气体切换阀8之间处于流体连接，并且可用于将燃料分配器11加压到用于直接喷射的足够的压力。高压泵9可以可操作地耦接到控制和/或调节电子器件14，并且可由控制和/或调节电子器件14控制。例如，可控制高压泵以输出压力在100巴到200巴(具体从150巴)的范围的燃料。此外，限压阀10可连接在CNG储罐7和气体切换阀8之间，并且可用于减小CNG燃料中的压力，以便确保在所述减压之后的气态CNG燃料，使得燃料分配器11可经由气体切换阀8供应气态CNG燃料。限压阀可具有到控制和/或调节电子器件14的信令连接，以使其能够被所述电子器件控制。

此外，燃烧式发动机2的每个汽缸可包括LPG喷射阀12和CNG喷射阀13，其中LPG喷射阀12和CNG喷射阀13可各自经由燃料分配器11供应燃料。燃烧式发动机2的每个汽缸可具有如图1所示的至少一个LPG喷射阀和CNG喷射阀。CNG喷射阀13可设置在汽缸3上，使得CNG燃料能够从其侧面被喷射到相应的汽缸3中。LPG喷射阀12可设置在汽缸3上，使得LPG燃料能够居中地喷射到其相应的汽缸3中。

此外，发动机系统1可包括电子控制器，其在这里也称为控制和/或调节电子器件14，用于控制和/或调节发动机系统1的操作。控制和/或调节电子器件14可包括处理单元和存储器(未示出)，其中存储器部件可存储可由处理单元执行的非暂态指令，以执行本文描述的方法。处理单元可被配置成接收和评估来自各种传感器(例如压力传感器、温度传感器等)的信号，并且可基于接收的信号和存储在控制和/或调节电子器件的存储器上的指令调整发动机操作。为了实现响应于传感器信号的内燃发动机的适当操作，控制和/或调节电子器件14可经由各个信号连接S连接到气体切换阀8、高压泵9、限压阀10、LPG喷射阀12和CNG喷射阀13，以便能够控制如在图2和图3中详细描述的所述部件。此外，用于控制和/或调节内燃发动机的操作的控制和/或调节电子器件可以在可在现有车辆电子器件中实现的软件来实现，该软件与发动机电子器件集成，也可作为单独的单元。

控制和/或调节电子器件14可被配置成确定被置于燃料分配器11中的各种燃料的聚集状态。在一个示例中，根据燃料分配器11中产生的温度、燃料分配器11中产生的压力和燃料分配器11中燃料的组分中的一个或多个，可确定被置于燃料分配器11中的各种燃料的聚集状态。为此，发动机系统1可包括定位在燃料分配器11上的传感器单元15，其在一个示例中可包括温度传感器(未示出)和压力传感器(未示出)。在其他示例中，可提供单独的温度和压力传感器。传感器单元15还可经由信号连接S直接连接到控制和/或调节电子器件14，使得温度和压力测量可传达到控制和/或调节电子器件。此外，发动机系统1可包括用于检测燃料分配器中的各种燃料的组分的另一个传感器(未示出)。在一个示例中，所述传感器可以是含氧传感器，例如UEGO(通用排气氧)传感器。UEGO传感器可紧密地耦接到任选地以两种燃料进行操作的发动机的排气装置，并且可测量排气中的氧水平。然后，控制器可将排气中存在的残留氧含量与环境空气中的氧水平和/或燃料喷射量进行比较，并且还可识别富燃料/空气比对(vs.)稀燃料/空气比。含氧/UEGO传感器可与控制和/或调节电子器件连接，其可使用传感器信息来调整燃料选择，并且因此相应地控制发动机操作。在其他示例中，发动机系统可包括用于每种类型的燃料的对应的专用传感器。在其他示例中，传感器可包括单独的部件，以确定燃料分配器中的两种类型的燃料中每一种的各个组分。例如，为了确定LPG燃料的组分，可确定LPG燃料中的丁烷和丙烷的混合比，并且在确定CNG燃料的组分期间，具体可确定CNG燃料的甲烷组分。

使用从上述温度传感器、压力传感器和燃料组分传感器获得的信息，可由控制和/或调节电子器件14确定被置于燃料分配器中的各种燃料的聚集状态。发动机系统1还可包括另外的传感器单元16，利用该传感器单元检测高压泵9上游的LPG燃料的压力和温度。此外，所述另外的传感器单元16还可经由信号连接S连接到控制和/或调节电子器件。

发动机系统1包括将位于高压泵9上游的LPG管线段18连接到设置在限压阀10下游的CNG管线段19的管线17，并且其中设置弹簧加载的止回阀20。这使得被置于LPG管线段18中的气态LPG燃料能够由于一定压力传递到CNG管线段19。在其他示例中，可使用可切换的两通阀(未示出)。

图2示出了用于内燃发动机从LPG燃料供应切换到CNG燃料供应的示例方法200。基于存储在控制器的存储器上的指令，并且结合从发动机系统的传感器，诸如上面参考图1所述的传感器接收的信号，通过控制器(例如，控制和/或调节电子器件14)可执行用于进行方法200和包括在本文的其余方法。然后，根据下面描述的方法，控制器可响应于传感器信号调整发动机操作。

在202处，方法200包括在连续燃烧且高压泵被开启的情况下操作内燃发动机。在一个示例中，操作具有工作高压泵的内燃发动机可使用LPG燃料进行燃烧。在204处，方法200包括经由相关联的相应的LPG喷射阀(例如，经由LPG喷射阀12到汽缸3)向燃烧汽缸中的每一个供应LPG燃料，其中气体切换阀(例如，气体切换阀8)处于LPG切换状态。气体切换阀可以是电子控制的气体切换阀，其可在由控制和/或调节电子器件14控制的电致动器的控制下。此外，在一个示例中，气体切换阀可被配置成从LPG切换状态切换到CNG切换状态。在LPG状态下，气体切换阀可将LPG燃料供应流体地耦接到燃料分配器，同时阻止CNG燃料供应与燃料分配器的流体耦接。在CNG状态下，气体切换状态可将CNG燃料供应流体地耦接到燃料分配器，同时阻断LPG燃料供应和燃料分配器之间的流体耦接。

为了实现从LPG燃料切换到CNG燃料，控制和/或调节电子器件14可确定是否指示燃料类型之间的切换。在一个示例中，基于发动机工况，通过控制和/或调节电子器件可确定在燃料类型之间切换的决定。例如，基于燃料可用性、发动机转速和/或负载、发动机爆震和/或其他参数可确定燃料类型的切换。在另一个示例中，耦接到排气系统的含氧传感器(lambda sensor)，例如，UEGO传感器可向控制和/或调节电子器件发送指示燃料混合物太富或太稀的信号。基于传感器信息，控制和/或调节电子器件可相应地做出在燃料类型之间切换的决定。在另一个示例中，控制器可根据发动机负载和转速以及期望的发动机性能来做出切换燃料的决定。此外，由传感器检测到的增加的NOx和未燃烧的碳氢化合物排放也可允许燃料之间的切换。

在206处，方法200确定是否指示燃料类型的切换。如果确定未指示燃料变化(即在206为否)，则方法200循环回到204，以保持经由LPG喷射阀供应LPG燃料，其中气体切换阀处于LPG切换状态。然而，如果指示控制和/或调节电子器件确定燃料类型的切换(即在206处为是)，则为了从LPG燃料供应转换到CNG燃料供应，可在208处首先关闭高压泵。高压泵，例如，高压泵9可连接在LPG燃料储罐6和气体切换阀8之间，并且可用于在燃料分配器处产生其压力足够用于直接喷射的LPG燃料压力。例如，使用高压泵可生产在100巴到200巴的范围内，具体从150巴的LPG燃料压力。在关闭高压泵之后，在210处，LPG燃料可在气体切换阀处于LPG切换状态下的情况下继续经由LPG喷射阀供应，并且由于减少燃料分配器中的LPG燃料(由于关闭高压泵)，可降低燃料分配器中的压力。由于降低的压力，并且在给定温度下，LPG燃料可在燃料分配器内变为气态的。

在212处，方法200确定燃料分配器中的LPG燃料是否以气态形式存在。如上所述，燃料分配器中的燃料的聚集状态可基于分配器的温度和/或压力和/或燃料组分来确定。如果LPG燃料未被确定为气态形式的(例如在212为否)，则方法200循环回210，以继续经由LPG喷射阀供应LPG燃料，其中气体切换阀处于LPG切换状态。然而，如果方法200确定燃料分配器中的LPG是气态的(例如，在212为是)，则方法200进行到214并且将燃料喷射从LPG喷射阀切换到CNG喷射阀。然后，CNG喷射阀可将存在于燃料分配器中的气态LPG喷射到内燃发动机的所有汽缸，从而进一步降低燃料分配器中的燃料压力。在一些示例中，当在确定LPG燃料为气态的之后启用CNG喷射阀时，可停用LPG喷射阀，使得只有CNG喷射阀喷射燃料。然而，在其他示例中，在确定分配器中的LPG燃料为气态的之后，可同时启用CNG喷射阀和LPG喷射阀。例如，CNG喷射阀可斜坡式进入工作状态(ramp in)(例如，可经由CNG喷射阀喷射越来越多量的燃料)，而LPG喷射阀可斜坡式退出工作状态(ramp out)(例如，可经由LPG喷射阀喷射越来越少量的燃料)，直到只有CNG喷射阀正在喷射燃料。通过向CNG喷射阀提供斜坡式进入工作状态，如果在分配器中至少一些LPG燃料仍然是液体形式，则可减少经由CNG喷射阀的液体燃料的无意的喷射。通过空燃比反馈控制，控制器可在命令CNG喷射阀喷射全部量的燃料之前，能够确认分配器中的燃料是气态的。

方法200还在216处确定燃料分配器中的压力是否低于阈值。在216处提及的阈值可以是燃料分配器中的预定压力阈值，并且可具有大约20巴(或更低)的值。此外，燃料分配器中的压力可经由压力传感器(例如，结合在传感器单元15中的压力传感器)来确定。如果发现燃料分配器中的压力高于阈值(例如，在216为否)，则方法200循环回214以继续经由CNG喷射阀喷射燃料。然而，如果发现燃料分配器中的压力低于阈值，则方法200前进到218，以将气体切换阀调整为CNG切换状态。此外，可启用CNG燃料供应(例如，阀10)下游的压力阀。在气体切换阀的调整期间，继续向汽缸中的至少一些供应燃料，并且在发动机中发生燃烧。方法200然后进行到220以经由CNG喷射阀供应CNG燃料。一旦已经完成切换到CNG燃料，CNG燃料就继续仅仅经由CNG喷射阀被喷射，并且未经由LPG喷射阀供应燃料。方法200然后返回。

以这种方式，控制和/或调节电子器件可被配置成从LPG燃料供应切换到CNG燃料供应。在另一个实施例中，控制和/或调节电子器件还可被配置成从CNG燃料供应切换到LPG燃料供应，如下面的方法中详细描述的。

现在转到图3，示出用于内燃发动机从CNG燃料供应切换到LPG燃料供应的示例性方法300。用于执行方法300的指令和包括在本文中的其余方法可由控制和/或调节电子器件执行。在302处，方法300包括在连续燃烧且高压泵关闭的情况下操作内燃发动机。在一个示例中，在高压泵关闭的情况下操作内燃发动机可使用CNG燃料进行燃烧。在304处，方法300包括在气体切换阀处于CNG切换状态下的情况下经由CNG喷射阀将CNG燃料供应到燃烧汽缸3中的每一个。此外，CNG燃料供应下游的压力阀(例如，阀10)可以是激活的。CNG燃料可在燃料的压力通过限压阀10降低的情况下供应到CNG喷射阀，并且可经由CNG切换状态下的气体切换阀传递。

在306处，方法300确定是否指示燃料类型的切换。基于燃料可用性、发动机转速和/或负载、发动机爆震和/或其他参数可确定燃料类型的切换。如果确定未指示燃料变化(即，在306为否)，则方法300循环回到304，以保持经由CNG喷射阀供应CNG燃料，其中气体切换阀处于CNG切换状态。然而，如果指示控制和/或调节电子器件确定燃料类型的切换(即，在306为是)，则为了从CNG燃料供应转换为LPG燃料供应，在308处可首先开启高压泵。高压泵9可连接在LPG燃料储罐6和气体切换阀8之间，并且可用于产生足以直接喷射的LPG燃料压力，如上面参考图1和图2所描述的。一旦高压泵被开启，方法300可进行到310，以将气体切换阀从CNG切换状态改变为LPG切换状态，其称为重叠期。在启用高压泵之后已经经过的确定时间段之后，可将气体切换阀从CNG位置调整到LPG位置。时间延迟可基于分配器中的当前压力和由当前工况确定的期望的分配器压力。例如，在低负载条件(例如，空转)期间，分配器可被加压到与在较高负载条件期间不同的压力。方法300然后移动到312，以经由CNG喷射阀来供应CNG燃料，其中气体切换阀处于LPG切换状态下。在一些示例中，在其中尚未建立燃料之间的切换的短暂重叠期期间，在一段时间内LPG喷射阀和CNG喷射阀二者都可用于喷射。

在开启高压泵之后，CNG燃料可在气体切换阀处于LPG切换状态下的情况下继续经由CNG喷射阀供应，直到在燃料分配器中检测到液体LPG燃料，使得由于压力增加(经由高压泵)，并且在给定温度下，LPG燃料在燃料分配器内可为液体聚集形式。在如上所述的一个示例中，燃料分配器中LPG的液体聚集形式可通过传感器单元15感测和/或基于确定的燃料组分，传感器单元15包括与控制和/或调节电子器件14通信的温度和压力传感器。在314处，方法300确定燃料分配器中的LPG燃料是否以液体形式存在。如果未发现LPG燃料处于液体形式(即在314处为否)，则方法300循环回到312，以继续经由CNG喷射阀供应CNG燃料，其中气体切换阀处于LPG切换状态。然而，如果检测到LPG燃料处于液体形式(即在314为是)，则方法300向前移动到316以经由LPG喷射阀供应LPG燃料。一旦已经完成从CNG燃料供应到LPG燃料供应的切换，则LPG燃料继续仅仅经由LPG喷射阀进行喷射，而未经由CNG喷射阀供应燃料。方法300然后返回。

在一些示例中，当在确定分配器中的燃料是液体的之后启用LPG喷射阀时，CNG喷射阀可被停用，使得只有LPG喷射阀喷射燃料。然而，在其他示例中，在确定分配器中的燃料是液体的之后，CNG喷射阀和LPG喷射阀二者可同时启用。例如，LPG喷射阀可斜坡式进入工作状态(例如，可经由LPG喷射阀喷射越来越多量的燃料)，而LPG喷射阀可斜坡式退出工作状态(例如，可经由CNG喷射阀喷射越来越少量的燃料)，直到只有LPG喷射阀正在喷射燃料。然而，为了避免经由CNG喷射阀(其可比LPG喷射阀喷射更大的燃料体积)的液体燃料的无意喷射，与切换到CNG燃料时的LPG喷射阀斜坡式退出工作状态相比，CNG喷射阀可更快地斜坡式退出工作状态。

以这种方式，控制和/或调节电子器件14被配置成从LPG供应转换为CNG供应。在供应LPG的内燃发动机中，高压泵9被开启，并且LPG燃料经由处于LPG切换状态下的气体切换阀8被传递到LPG喷射阀12且经由LPG喷射阀12被喷射到汽缸3中。相反，在供应LPG的内燃发动机中，通过限压阀10降低其压力的CNG燃料经由处于CNG切换状态下的气体切换阀8被传递到CNG喷射阀13，并且经由CNG喷射阀13喷射到汽缸3中。切换方法包括首先关闭高压泵9，然后在被置于燃料分配器11中的LPG燃料的气态聚集状态存在的情况下，进行从经由LPG喷射阀12的喷射到经由CNG喷射阀13的喷射的具有重叠的快速且短暂的转换。最后，气体切换阀8从LPG切换状态切换到CNG切换状态。

此外，控制和/或调节电子器件14被布置成从CNG供应转换为LPG供应，在CNG供应中，通过限压阀10降低其压力的CNG燃料经由处于CNG切换状态下的气体切换阀8被传递到CNG喷射阀13，并且经由CNG喷射阀13喷射到汽缸3中，在LPG供应中，高压泵9被开启，并且LPG燃料经由处于LPG切换状态下的气体切换阀8被传递到LPG喷射阀12且经由LPG喷射阀12喷射到汽缸3中，首先接通高压泵9，然后将气体切换阀8从CNG切换状态切换到LPG切换状态，然后在被置于燃料分配器11中的LPG燃料的液体聚集状态存在的情况下，在重叠的情况下从经由CNG喷射阀13的喷射快速且短暂地转换到经由LPG喷射阀12的喷射。

在一些示例中，泵9对LPG燃料加压，但不对CNG加压，其中CNG从储罐7供应到分配器11而在在其之间的整个路径中不被泵压缩。

在包括上述任何一个的一些示例中，CNG燃料喷射器的动态范围高于LPG喷射器的动态范围，并且/或者CNG喷射器的完全打开的喷嘴尺寸大于LPG喷射器的完全打开的喷嘴尺寸。

在包括上述任何一个的一些示例中，一种方法可包括使用发动机燃烧操作，并且在整个燃烧操作中，从仅仅LPG喷射到仅仅CNG喷射和从仅仅LPG喷射到仅仅CNG喷射中的每一个切换燃料喷射。在从一个到另一个的转变期间(例如，从仅仅LPG喷射到仅仅CNG喷射，反之亦然)，在一些示例中可使用CNG喷射器和LPG喷射器二者。如上所述，这些仅仅是称号，因为根据轨道的状态，任何喷射器可使LPG或CNG通过其流动，但是这里使用这样的术语来区分存在用于给定的汽缸的至少两个分离和不同的喷射器，并且喷射器具有不同的物理结构，诸如上述喷嘴的尺寸。也可存在其他物理上的区别，包括汽缸中的安装角度、汽缸中的喷射位置、喷射器在汽缸中的靶向、喷嘴开口的数量等，如在图1中至少部分地示出。

继续上述示例，该方法可包括操作发动机以经由LPG喷射器用LPG燃料燃烧，其中轨道具有存储在其中由操作泵9加压的LPG。切换阀处于LPG切换状态。在确定切换燃料类型后，该方法还包括在轨道压力现在开始随着每个LPG喷射减小时，禁用高压泵9，同时继续经由LPG喷射器燃烧和喷射LPG燃料。在这里，切换阀保持在LPG切换状态。如果轨道压力下降到阈值压力(例如，基于用以在最大LPG喷射器开度/脉冲宽度下满足当前发动机操作负载和转速下的当前燃料要求的最小轨道压力而设定的)以下，但确定有液体燃料仍然在轨道中(例如，经由控制器中实时地进行的动态模型)，通过执行对于该给定的汽缸的LPG喷射器喷射和CNG喷射器喷射，可为给定汽缸中相同的燃烧事件提供附加的燃料喷射，以便基于估计要在汽缸中的空气的量，总共在两次喷射之间为该燃烧事件提供期望的燃料量，例如以保持期望的空燃比，诸如化学计量。该操作的示例在图4中提供。

图4示出了在从使用LPG燃料的操作到使用CNG燃料的操作的切换期间感兴趣的操作参数的示例图形400。所描绘的操作参数包括轨道压力(例如，由感测单元15感测到的燃料分配器11中的压力)、(例如，LPG喷射阀13的)LPG喷射脉冲宽度、(例如，CNG喷射阀12的)CNG喷射脉冲宽度、气体切换阀位置(例如，阀8)和(例如泵9的)高压泵状态。沿x轴(水平轴)示出时间，同时沿y轴(垂直轴)示出每个操作参数的相应值。图形400分别示出了单个汽缸的LPG喷射器和CNG喷射器的LPG脉冲宽度和CNG脉冲宽度。

在时间t0处，仅向发动机供应LPG燃料。因此，如曲线402所示，燃料轨道被加压，如曲线404所示，经由LPG喷射器发生LPG喷射，气体切换阀定位LPG位置以向燃料轨道提供LPG燃料，如曲线408所示，并且高压泵是激活的，如曲线410所示。此外，如曲线406所示，不发生经由CNG喷射器的喷射。

仅来自LPG喷射器的燃料喷射从时间t0持续到时间t2。在时间t1处，接收到从LPG燃料切换到CNG燃料的命令。因此，在时间t1之后停用高压泵。由于泵的停用和来自LPG喷射器的继续喷射，轨道在时间t1之后开始减压。因为轨道处于较低的压力，所以可增加LPG喷射器的脉冲宽度，以便保持期望的空燃比。在时间t2处，启用CNG喷射器。在一个示例中，响应于确定燃料轨道中的燃料是气态的或基本上气态的(例如至少75％的气态燃料)，可启用CNG喷射器。由于轨道处的压力降低(以及轨道温度同时降低)，LPG可从液体状态变为气态状态。基于轨道压力和温度可确定轨道中燃料的状态。在从时间t2到时间t3的短时间的重叠期期间，LPG喷射器和CNG喷射器二者都被启用并喷射LPG燃料。如图所示，CNG喷射脉冲可从时间t3之前的较小脉冲宽度增加到时间t3之后的较大脉冲宽度。

在时间t3处，停用LPG喷射器，并且不再从LPG喷射器喷射燃料。此外，CNG喷射的脉冲宽度可增加以保持期望的空燃比。在时间t4处，轨道压力已经达到阈值压力(由线403示出)。阈值压力可以是20巴或其他合适的压力，在该压力下CNG可开始被供应到轨道。因此，在时间t4处，气体切换阀可从LPG位置切换到CNG位置，以开始向轨道供应CNG。此外，在泵的停用之后的图4所示的所有时间期间，泵保持停用。在泵的停用和气体切换阀的位置改变期间，继续向发动机供应燃料。

图5示出了在从使用CNG燃料的操作到使用LPG燃料的操作的切换期间的感兴趣的操作参数的示例图形500。所描绘的操作参数包括与图4所示相同的操作参数，其包括轨道压力(由曲线502示出)、LPG喷射脉冲宽度(由曲线504示出)、CNG喷射脉冲宽度(由曲线图506示出)、气体切换阀位置(由曲线508示出)和高压泵状态(由曲线510示出)。沿x轴(水平轴)示出时间，同时沿y轴(竖直轴)示出每个操作参数的相应值。图形500分别示出了单个汽缸的LPG喷射器和CNG喷射器的LPG脉冲宽度和CNG脉冲宽度。

在时间t0处，CNG燃料被供应到发动机。因此，泵被停用，气体切换阀处于CNG位置，从CNG喷射器喷射CNG，并且轨道压力相对较低(例如，低于线503所示的阈值，其可以是与上文参考图4所讨论的相同的阈值)。不经由LPG喷射器供应燃料。在时间t1处，接收到从CNG燃料切换到LPG燃料的命令。因此，启用高压泵，同时气体切换阀移动到LPG位置。在时间t1之后，从CNG喷射器继续燃料喷射，并且轨道开始加压。CNG喷射器的脉冲宽度可随着轨道压力增加而降低到CNG喷射器的最小脉冲宽度。

在时间t2处，轨道压力可达到阈值，指示轨道中的燃料是液体。可发生进一步的CNG喷射事件，然后可停用CNG喷射器。另外，在时间t2处，经由LPG喷射器的燃料喷射开始。因此，在短时间的重叠期内，可经由LPG喷射器和CNG喷射器两者提供燃料。LPG喷射器可在重叠期期间以较低的脉冲宽度喷射燃料。在所示的示例中，一旦CNG喷射器被停用，仅通过LPG喷射器以较高的脉冲宽度供应燃料。

应当注意，本文所包括的示例控制和估计例程能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可作为可执行指令存储在非瞬时存储器中，并且可通过包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和各种其他发动机硬件来实施。本文所描述的具体例程可表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。如此，所图示说明的各种动作、操作和/或功能可以以所图示说明的顺序进行、同时进行，或在一些情况下可以省略。同样地，处理的次序不是实现本文所描述的示例实施例的特征和优势所必需的，而是为了便于图示说明和描述。一个或多个所图示说明的动作、操作和/或功能根据所使用的特定策略可以重复地执行。进一步地，所描述的动作、操作和/或功能可以图示地表示编程在发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时存储器中的代码，其中通过执行系统中的指令执行所述动作，所述系统包括与电子控制器结合的各种发动机硬件部件。

应当理解，本文所公开的配置和例程本质上是示例性的，并且因为很多变化是可能的，所以这些具体实施例不被认为有限制意义。例如，以上技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的全部新颖的和不明显的组合以及子组合。

下面的权利要求特别指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应该理解，这些权利要求包括一个或更多这些元件的结合，既不要求也不排除两个或更多这些元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过本权利要求的修正或通过在这个或相关申请提出新权利要求被要求保护。这些权利要求，无论是更宽于，更窄于、等于或不同于原始的权利要求的范围，也被视为包括在本公开的主题之内。

Claims (14)

1.一种内燃发动机系统，其包括：

直喷式内燃发动机，其包括汽缸；

LPG储罐，其用于储存LPG燃料；

CNG储罐，其用于储存CNG燃料；

电子控制的气体切换阀；

高压泵，其连接在所述LPG储罐和所述气体切换阀之间；

限压阀，其连接在所述CNG储罐和所述气体切换阀之间；

燃料分配器，其被配置成经由所述气体切换阀供应所述LPG燃料和所述CNG燃料中的一种或多种；

LPG喷射阀，其耦接到所述汽缸；

CNG喷射阀，其耦接到所述汽缸，所述LPG喷射阀和所述CNG喷射阀被配置成经由所述燃料分配器供应燃料；以及

控制器，其被配置成根据被置于所述燃料分配器中的所述燃料的聚集状态控制所述气体切换阀。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机系统，其中所述控制器被配置成根据所述燃料分配器的温度、所述燃料分配器的压力和/或所述燃料分配器中所述燃料的确定的组分确定被置于所述燃料分配器中的所述燃料的所述聚集状态。

3.根据权利要求2所述的内燃发动机系统，其还包括设置在所述燃料分配器上的至少一个温度传感器和设置在所述燃料分配器上的至少一个压力传感器。

4.根据权利要求2所述的内燃发动机系统，其还包括用于检测所述燃料的所述组分的至少一个传感器。

5.根据权利要求1所述的内燃发动机系统，其中所述控制器被配置成通过以下方式从LPG供应转换为CNG供应：首先断开所述高压泵，然后响应于被置于所述燃料分配器中的所述LPG燃料的气态聚集状态，通过从经由所述LPG喷射阀的喷射到经由所述CNG喷射阀的喷射的具有重叠的转换，且然后通过使所述气体切换阀从所述LPG切换状态切换到所述CNG切换状态。

6.根据权利要求5所述的内燃发动机系统，其中所述控制器被配置成通过以下方式从所述CNG供应转换为所述LPG供应：首先开启所述高压泵，然后通过将所述气体切换阀从所述CNG切换状态切换到所述LPG切换状态，且然后响应于被置于所述燃料分配器中的所述LPG燃料的液体聚集状态，通过从经由所述CNG喷射阀的喷射到经由所述LPG喷射阀的喷射的具有重叠的转换。

7.根据权利要求6所述的内燃发动机系统，其中当使用所述LPG供应操作时，所述高压泵被开启，并且所述LPG燃料在所述LPG切换状态下经由所述气体切换阀被传递到所述LPG喷射阀且经由所述LPG喷射阀被喷射，并且其中当使用所述CNG供应操作时，通过所述限压阀降低其压力的所述CNG燃料在所述CNG切换状态下通过所述气体切换阀被传递到所述CNG喷射阀并且经由所述CNG喷射阀被喷射。

8.一种方法，其包括：

仅通过第一喷射器操作将经由泵在轨道处加压的LPG喷射到汽缸；

停用所述泵，并且随后在继续通过所述第一喷射器的LPG喷射的情况下增加LPG脉冲宽度；

随后在继续使用所述第一喷射器的喷射的同时将CNG源耦接到所述轨道；以及

响应于达到一条件，停用所述第一喷射器，并且仅使用第二喷射器操作喷射到所述汽缸。

9.根据权利要求8所述的方法，其中在随后将所述CNG源耦接到所述轨道期间，所述泵仍然被停用。

10.根据权利要求9所述的方法，其中在随后增加LPG脉冲宽度期间，所述CNG源不耦接到所述轨道，并且其中所述条件是燃料轨道压力达到阈值压力和确定所述燃料轨道中的燃料状态中的一个或多个。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述确定是确定所述燃料轨道中的所述燃料为气态形式。

12.一种发动机方法，其包括：

仅通过第一喷射器操作将经由泵在轨道处加压的LPG喷射到汽缸；

停用所述泵，并且随后在轨道压力下降的同时在继续通过所述第一喷射器的LPG喷射的情况下逐渐增加LPG脉冲宽度，其中所述泵仍然被停用，并且没有从第二喷射器到所述汽缸的喷射；

随后通过切换阀将所述CNG源耦接到所述轨道，同时继续使用所述第一喷射器的喷射；

响应于达到阈值轨道压力，停用所述第一喷射器，并且仅使用所述第二喷射器操作将CNG喷射到所述汽缸，针对所述轨道压力的持续减小调整所述第二喷射器的脉冲宽度，并且保持所述汽缸中的期望的空燃比；

响应于对LPG燃料的请求和中断CNG喷射，重新启用所述燃料泵，并且同时地切换所述切换阀；以及

响应于燃料轨道压力达到阈值且基于所述轨道中的燃料状态的估计，中断来自所述第二喷射器的喷射并且仅经由所述第一喷射器递送燃料。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述轨道中的燃料状态的所述估计包括所述轨道中的液体燃料的比例的估计。

14.根据权利要求12所述的方法，其中仅通过所述第一喷射器操作将经由所述泵在所述轨道处加压的LPG喷射到所述汽缸包括经由处于LPG位置中的所述切换阀将LPG源耦接到所述轨道，其中随后在继续使用所述第一喷射器的喷射的同时经由所述切换阀将所述CNG源耦接到所述轨道包括随后经由处于CNG位置中的所述切换阀将所述CNG源耦接到所述轨道，并且其中同时地切换所述切换阀包括同时地将所述切换阀切换到所述LPG位置。