车辆天然气发动机系统及其控制单元和气缸清理方法与流程

1.本技术涉及一种车辆天然气发动机系统及其控制单元和气缸清理方法。


背景技术：

2.天然气发动机是以天然气为燃料的发动机。与燃油发动机相比，天然气发动机的尾中的污染物也显著降低，所以天然气发动机在改善空气质量方面有着重要意义。
3.对于天然气发动机，来自储气罐的天然气通过喷射装置向发动机的气缸(通常有数个气缸)输送天然气。气缸中的天然气燃烧属于当量燃烧，燃烧后会产生水蒸气。在发动机熄火后，气缸中可能残存有一定量的水蒸气。申请人发现，在低温环境中，例如冬天，在发动机熄火后经过了一段时间后，气缸中残存的水蒸气可能会结冰，气缸的缸盖和火花塞可能会因水蒸气结冰而冻结，从而可能导致发动机低温起动故障。


技术实现要素：

4.本技术的目的是解决天然气发动机的气缸中因水蒸气结冰导致的前述问题。
5.为此，本技术在其一个方面提供了一种用于车辆天然气发动机系统的控制单元，所述天然气发动机系统包括储气罐、分配器、发动机、起动机，所述储气罐经分配器向发动机供应天然气；
6.所述控制单元配置成执行下述发动机熄火后清理过程：
7.确定车辆处于驻车状态；
8.保持车辆点火开关接通；
9.基于接收到的气缸清理指令输入，将天然气向气缸的供应置于截断状态；然后通过控制起动机驱动发动机的曲轴运转，由此实现发动机的气缸中的水蒸气排出。
10.在一种实施方式中，所述控制单元配置成通过起动机驱动发动机的曲轴运转4至10秒、优选6至8秒的时间。
11.在一种实施方式中，所述控制单元配置成通过起动机驱动发动机的曲轴运转两次或更多次。
12.在一种实施方式中，每次通过起动机驱动发动机的曲轴运转的时间相等或不等。
13.在一种实施方式中，所述气缸清理指令是通过气缸清理指令输入元件输入的。
14.在一种实施方式中，所述控制单元配置成通过驻车状态下车辆制动踏板被踩下一次或数次，例如三次，而确认所述气缸清理指令。
15.在一种实施方式中，所述控制单元配置成预设驻车状态下制动踏板被踩下的时间长度，并且在制动踏板被踩下的动作符合所述时间长度时确认所述气缸清理指令。
16.在一种实施方式中，所述控制单元配置成预设驻车状态下制动踏板被踩下的时间长度以及数次踩下之间的时间间隔，并且在制动踏板被踩下的动作符合所述时间长度以及所述时间间隔时确认所述气缸清理指令。
17.在一种实施方式中，所述控制单元配置成控制单元通过车辆速度、制动踏板动作、
变速器挡位、以及手刹状态确定车辆的驻车状态。
18.本技术在另一方面提供了一种天然气发动机系统，包括储气罐、分配器、发动机、起动机以及如前所述的控制单元。
19.本技术在又一方面提供了一种用于天然气发动机系统的气缸清理方法，可选地，由前述控制单元执行，或是应用于前述天然气发动机系统中，所述方法包括：
20.确定车辆处于驻车状态；
21.保持车辆点火开关接通；
22.基于气缸清理指令输入，将天然气向气缸的供应置于截断状态；然后通过起动机驱动发动机的曲轴运转，由此实现发动机的气缸中的水蒸气排出。
23.根据本技术，在车辆驻车后，如果驾驶员或操作人员输入了气缸清理指令，则首先断开发动机的天然气供应，然后利用发动机的起动机带动发动机曲轴运转而将气缸中残留的水蒸气清理掉。这样，可以避免低温环境中导致气缸内结冰，避免了缸盖和火花塞冻结和由此导致的发动机低温起动故障。
24.在气缸清理指令是通过车辆原有的制动输入元件(诸如制动踏板)输入的情况下，本技术不需要为车辆添加新的硬件，也无需对改动车辆的原有硬件，就能实现本技术的气缸清理功能，因此不会导致显著的成本增加。
附图说明
25.本技术的前述和其它方面将通过下面参照附图所做的详细介绍而被更完整地理解和了解，其中：
26.图1是根据本技术的一种可行实施方式的车辆天然气发动机系统的示意图；
27.图2是根据本技术的天然气发动机系统的气缸清理方法的示例性流程图。
具体实施方式
28.本技术总体上涉及一种车辆天然气发动机系统，其一种实施方式如图1中示意性显示，其包括储气罐1、分配器2和发动机3。
29.储气罐1中储存着压缩或液化的天然气，并且经分配器2向发动机3供应天然气。
30.储气罐1可以包括单一的罐体。或者，储气罐1可以包括多个罐体。多个罐体中可以串联布置，并且储存着同一类型的天然气。或者，多个罐体中可以并联布置，并且储存着不同类型的天然气，以便向发动机2供应不同天然气的混合气。
31.分配器2包括气轨4、配送室5以及布置在气轨4与配送室5之间的数个喷嘴6。储气罐1通过管路l1连接着气轨4。储气罐1或管路l1中布置着阀门和压力调节器(未示出)。储气罐1通过管路l1向气轨4供应天然气。气轨4中的天然气通过各喷嘴向配送室5喷射。
32.发动机3包括数个气缸7，一般情况下分配器2中喷嘴6的数量与发动机3中气缸的数量相等，但是对于某些应用，喷嘴6的数量可以与发动机3中气缸的数量不等。配送室5通过进气总管l2和相应的歧管l3连接着各气缸7。每根歧管l3通向相应气缸7的进气门(未示出)。在每个气缸7的吸气冲程中，来自配送室5的天然气经相应的歧管与吸入进气管的空气混合并且进入气缸7中。各气缸7的工作周期分别相隔相等的相位角。各气缸7中的活塞由公共的曲轴8驱动，曲轴8的一端配有飞轮9。
33.发动机系统还包括起动机10，用于发动机3的起动。如本领域所了解，起动机10通常包括马达、输出齿轮11和切换机构。所述切换机构用于带动输出齿轮11在与飞轮9啮合的位置和与飞轮9脱离啮合的位置切换。在发动机3起动时，所述马达运转，并且切换机构带动输出齿轮11与飞轮9啮合，以通过输出齿轮11向飞轮9传递马达的旋转运动。飞轮9带动曲轴8旋转而起动发动机3。在发动机3起动后，切换机构带动输出齿轮11离开飞轮9，马达结束运转。
34.发动机系统还包括控制单元12，其连接着储气罐1、分配器2、发动机3、起动机10，用以控制它们的操作。控制单元12还接收车辆以及发动机系统状态等的信息。
35.需要指出，本技术并不局限与上面描述的类型的天然气发动机系统，而是可以应用于任何类型的天然气发动机系统。例如，发动机3可以是单缸式的，即仅具有一个气缸3。
36.接下来描述本技术的气缸清理方案。根据前面背景技术部分中描述可知，在发动机3熄火后，如果气缸7的缸室中残留水蒸气，则在低温环境中可能会结冰，气缸7的缸盖和火花塞可能会因被冻结。为了避免这个问题，本技术提出，在车辆处于驻车状态时，车辆驾驶员可以输入气缸清理指令，控制单元12执行气缸清理操作，以将气缸7中残存的水蒸气排出。气缸清理操作是在车辆的驻车状态下借助起动机10实现的。
37.首先，驾驶员通过制动踏板(或其它形式的制动输入元件)将车辆制动，并且将排挡杆推入驻车位置，以及拉起手刹。这样，车辆处在驻车状态。此时，车辆的点火开关仍保持接通状态，发动机处在怠速运行状态。
38.控制单元12通过接收到的车辆速度、制动踏板动作、变速器挡位、以及手刹状态等确定车辆的驻车状态。
39.然后，驾驶员如果判断环境温度过低且发动机熄火时间较长(例如经过数小时)，则可以输入气缸清理指令。
40.为了实现气缸清理指令的输入，可以为此新增气缸清理指令输入元件，例如按钮。然而，更为经济的方案是，利用车辆本有的制动踏板实现气缸清理指令。例如，在车辆达到驻车状态后，驾驶员快速踩下制动踏板一次或数次(两次或更多次，例如三次)，控制单元12接收到制动踏板被快速踩下数次的信号，即判断出驾驶员有清理气缸的意图。需要指出，制动踏板的踩下时间长度，以及各次踩下之间的时间间隔，都是可以在控制单元12的软件中标定的。
41.接下来，控制单元12切断天然气向气缸7的供应，例如通过关闭储气罐1或管路l1中的阀门，或是终止分配器2的操作。这样，不会有天然气进入气缸7中，发动机3停转。
42.接下来，控制单元12起动起动机10，使得起动机10的输出齿轮11与飞轮9啮合，从而带动曲轴8转动一段时间。由此，曲轴8带动气缸7中的活塞往复运动，将气缸7的缸室中残留的水蒸气经缸盖排出。此时气缸7中仍可吸入空气，因此气缸7的缸室中充满空气而几乎没有水蒸气。在利用起动机10带动曲轴8持续转动了一段时间后，控制单元12使输出齿轮11脱离与飞轮9啮合，由此完成一次利用起动机10带动曲轴8转动的操作。
43.这种利用起动机10带动曲轴8转动的操作，可以进行一次，或是重复两次或更多次，优选为两次。每次操作的时间可以设置为几秒，例如4至10秒，优选6至8秒。每次操作的时间可以相等或不等，例如后续操作的时间比首次操作的时间短。所述操作时间和次数，可以根据车辆的使用环境(例如环境温度)而在软件中标定。
44.由于起动机10运转时会产生明显的声音，驾驶员可通过声音判断起动机10的运转开始和结束。在起动机10的运转结束后，驾驶员可以断开车辆的点火开关。这样，整个车辆就停止工作了。由于发动机3的气缸7中的残留水蒸气被基本上排空，因此在低温下可避免缸盖和火花塞冻结以及由此引起的发动机低温起动故障。
45.如果驾驶员希望重复执行上述气缸清理操作一次或数次，他可以保持车辆点火钥匙接通，再次踩下输入气缸清理指令。这样，气缸清理操作可以重复一次或多次，直至达到驾驶员满意为止。然后，驾驶员可以将车辆点火开关关闭。
46.对于车辆点火开的接通状态，可以理解，车辆点火开通常至少具有四个位置。以与点火钥匙配合的点火开关为例，点火开关至少具有lock、acc、on、start位置。在lock位置，车辆电子系统完全关闭，允许点火钥匙拔出。在acc位置，车辆的附属电子系统(诸如音响、车窗电机等)开启。在on位置，车辆所有电子系统开启。在start位置，起动机工作一边启动发动机。本技术所说的车辆点火开的接通状态，即点火钥匙(或点火按钮等)位于on位置，此时车辆所有电子系统处在开启状态，因而能够控制起动机驱动发动机曲轴转动。
47.本技术的气缸清理方案一般而言仅需要借助车辆原有硬件即可实现(如果有需求，也仅仅是新增气缸清理指令输入元件)，并且只需在原有软件上增加气缸清理部分。因此，本技术新增气缸清理方案不会带来显著的成本增加。
48.本技术还涉及用于天然气发动机系统的气缸清理方法，该方法可以借助前面描述的控制单元12实现，并且可以应用于前面描述的以及其它天然气发动机系统。本技术的气缸清理方法的一种实施方式如图2中的流程图示意性表示。
49.参看图2，首先，在步骤s1，确定车辆处于驻车状态。
50.接下来，在步骤s2，保持车辆点火开关接通。
51.接下来，在步骤s3，判断是否有气缸清理指令输入。如果判断结果为是，则转到步骤s4，如果判断结果为否，则转到步骤s5。
52.在步骤s4，将天然气向气缸的供应置于截断状态以使发动机停转。
53.在步骤s4之后执行步骤s6，其中通过起动机驱动发动机的曲轴运转(一次或多次)，因此实现发动机中水蒸气的排空。
54.在步骤s6之后执行步骤s7，其中关闭车辆点火开关。接下来在步骤s8，气缸清理操作结束，整个车辆也就停止工作了。
55.在步骤s5，判断车辆点火开关是否被关闭。如果判断结果为是，则转到步骤s8，如果判断结果为否，则转回步骤s3。
56.本领域技术人员可以根据实际应用情况，对前面描述的各个步骤进行细节上的修改或调整。
57.例如，可以在步骤s6与步骤s7之间添加下述步骤：只要车辆点火开关尚未被关闭，驾驶员可以重复输入气缸清理指令，从而再次执行步骤s6。
58.所述天然气喷射控制方法适用于前面描述的天然气发动机系统中，并且可以借助前面描述的控制单元12执行。因此，前面针对天然气发动机系统及其控制单元12描述的种种控制相关特征，同样适用于本技术的气缸清理方法中，这里不再重复叙述。
59.本领域技术人员可以在本技术的构思下，对前面描述的与气缸清理相关的细节做出各种适应性修改，尤其是根据车型、使用环境、天然气品质等等因素，调节各种可调参数。
60.虽然这里参考具体的实施方式描述了本技术，但是本技术的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本技术的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。