用于气体燃料的组合式加燃料策略的制作方法
【专利说明】用于气体燃料的组合式加燃料策略
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2012年10月24日提交的美国临时专利申请N0.61/717，835的优先权，其所有内容通过弓I用并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及内燃机，且更特别地涉及用于将气体燃料(比如天然气或丙烷)喷射到内燃机中的策略。尽管某些车辆当前靠天然气(CNG/LNG)或丙烷(LPG)来操作，但是它们尚未得到主流市场认可。
【发明内容】
[0004]一方面，本发明提供了一种操作使用气体燃料的内燃机的方法。提供了分别具有相应的活塞和燃烧室的多个气缸。提供了包括节气门体和进气歧管的进气系统。还提供了被构造成能供送某些燃料并将燃料以气体状态喷射的燃料系统。燃料供送系统包括中央燃料喷射器和与所述中央燃料喷射器独立的多个气缸专用式燃料喷射器，所述中央燃料喷射器定位在所述进气歧管上游且被构造成能将燃料提供至所有所述多个气缸，所述多个气缸专用式燃料喷射器中的每个均定位在所述中央燃料喷射器下游且被构造成能将燃料提供至所述多个气缸中的仅一个相应的气缸。所述内燃机在稳态部分负载下通过由中央燃料喷射器供送的第一部分气体燃料和由所述多个气缸专用式燃料喷射器供送的第二部分气体燃料来操作。确定用于发动机的总燃料量到目标总燃料量的变化的请求，该请求限定出转换点。总燃料量的目标份额被确定用于中央燃料喷射器和所述多个气缸专用式燃料喷射器中的每个，以用于目标总燃料量下的稳态操作。该变化通过以下方式来响应:在从转换点起的第一时间跨度内将来自中央燃料喷射器的燃料量逐渐改变至相应的目标份额，且在从转换点起的短于第一时间跨度的第二时间跨度内超过用于所述多个气缸专用式燃料喷射器的相应的目标份额以补偿中央燃料喷射器的较慢相应并在第一时间跨度届满之前满足目标总燃料量。
[0005]另一方面，本发明提供了一种操作使用气体燃料的内燃机的方法。该内燃机在第一稳态转矩输出下以总气体燃料量操作，所述总气体燃料量包括通过中央燃料喷射器供送以供内燃机的所有多个气缸燃烧的第一部分气体燃料和通过多个气缸专用式燃料喷射器供送至所述多个气缸中的单个气缸的第二部分气体燃料。从内燃机请求的处于可用转矩输出范围内的目标转矩输出被检测，所述目标转矩输出要求总气体燃料量中的与第一稳态转矩输出对应的变化。所述变化具有增加或降低中的一个的方向。与所述目标转矩输出对应的总气体燃料量以及通过中央燃料喷射器供送的气体燃料与通过所述多个气缸专用式燃料喷射器供送的气体燃料之间的相应的稳态比被确定以用于所述目标转矩输出。所述稳态比通过由所述多个气缸专用式燃料喷射器提供两部分响应和由所述中央燃料喷射器提供单一响应来实现。所述目标转矩输出首先通过由所述多个气缸专用式燃料喷射器完成在变化方向上的初级响应来实现，且所述目标转矩输出在次级响应过程中保持，所述次级响应由所述多个气缸专用式燃料喷射器在与所述变化相反的方向上进行。
【附图说明】
[0006]图1是根据本发明的一个方面的内燃机的示意图。
[0007]图2是示出了根据本发明的一个方面的操作方法的转矩随时间变化图。
【具体实施方式】
[0008]在详细阐述本发明的任何实施方式之前，应当理解，本发明在其应用方面不限于在以下说明书中提出的或在附图中示出的结构的详细情形和构件的布置方式。本发明能够具有其他实施方式且能够以多种方式来实施或执行。
[0009]图1是具有至少一个气缸24的内燃机20的示意图。进气系统和燃料系统分别将空气和气体燃料供送至气缸24，以用于燃烧。如下文更详细地描述，燃料系统提供了耦合的中央点和多点喷射，以用于发动机20的燃烧室26内的火花点火。发动机20可以是多气缸发动机，尽管仅示出了一个气缸24。发动机20可依靠气体燃料(比如天然气或丙烷)来操作。发动机20可设置在车辆(例如，商用车辆)中，以向车辆提供动力驱动力。
[0010]发动机20的每个气缸24都接收活塞28，所述活塞28在气缸24中作往复运动，所述往复运动对应于已知的四冲程操作的四个冲程。气缸24的所有活塞28都联接至绕着曲轴轴线(未示出)旋转的曲轴32。曲轴位置传感器96在操作过程中监测曲轴32的旋转位置。火花塞36位于每个气缸24的每个燃烧室26内，所述火花塞36在压缩冲程结束时或接近结束时操作，以便点燃燃烧室26内的燃料/空气混合物。高压点火线圈40联接至每个火花塞36，以便用高压电能给予火花塞36电压。
[0011]发动机20的进气系统包括进气歧管42，所述进气歧管42将进入的空气引导通过过滤器44而进入发动机20的所有气缸24。包括节气门48的节气门体定位在空气过滤器44下游，且能够调节进气通过歧管42的流动。发动机转矩输出或负载通过节气门48来调整。节气门控制器52联接至节气门48，且能够操作以将节气门48的位置在最小开启与完全开启条件之间改变。节气门控制器52可以是响应于车辆的车舱内的加速踏板的电子机械式装置，尽管节气门48可以以多种方法中的任一个来操纵。节气旁路56靠近节气门48设置。在增压式发动机的情况下，放气阀(blow-off valve) 58可设置在节气旁路56处，以便在压缩机喘振的情况下在节气门48之前释放过量的压力。通过节气门48到进气歧管42的空气通过从歧管42的下游端延伸的多个单个气缸进气管(intake runner)60被分散至单个气缸24。在其他应用中，比如重型或商用发动机中，可能没有限定出进气歧管42与气缸头的进气口之间的单独通道的实体进气管。
[0012]现在来看燃料系统，气体燃料通过组合式喷射策略被供送至气缸24，所述组合式喷射策略在进气系统内的多个位置处喷射燃料，包括中央点喷射和多点喷射。为了本说明书的目的，中央点喷射被限定为:在没有单个气缸控制的情况下将燃料从一个或多个中央燃料喷射器64分散至发动机20的所有气缸24的燃料喷射。如图1所示，通过将一个或多个中央燃料喷射器64定位在进气歧管42上游来提供中央点喷射。例如，中央燃料喷射器64可靠近进气歧管42的进口紧接着节气门体和节气门48的下游定位。在其他构造中，中央燃料喷射器64可定位得更上游，包括节气门48的上游。在一个构造中，中央燃料喷射通过安装在混合器装置内的一组喷射器来提供，从而促成均匀的燃料/空气混合物。为了本说明书的目的，多点喷射被限定为:为每个气缸24单独地提供燃料计量的燃料喷射。例如，多点喷射可包括定位在进气歧管42下游的、对于每一气缸24的至少一个燃料喷射器68 (即，气缸专用式喷射器)。多点喷射系统的每个气缸专用式喷射器68都可将燃料喷射到相应的进气管60的下游端，进入气缸头的紧接着燃烧室26上游的进气口，或直接进入燃烧室26。在没有进气管的进气系统中(其中，进气从进气歧管42直接进入气缸头进气口)，多点喷射可通过定位在进气歧管42内的燃料喷射器来提供，但是所述燃料喷射器定向成使喷射针对单个气缸且定时成仅在用于该气缸的进气门开启以接收燃料时才施与燃料。
[0013]除了独立类型的喷射器64、68之外，燃料系统还包括燃料储存箱70和沿着储存箱70与喷射器64、68之间的供送管路的多个构件。在燃料储存箱70下游，燃料流动通过设有紧急关闭阀72、箱压力传感器74、