CN101191447B - 在气体发动机中更好地使用燃料的控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在气体发动机中更好地使用燃料的控制策略。提供一种用于操作具有能够燃烧气体燃料的发动机的汽车的燃料***的方法，其中从至少第一燃料源和第二燃料源向发动机的直接燃料喷射器供给气体燃料，第一燃料源具有比第二燃料源高的燃料源压力，该方法包括在第一发动机需求期间，从至少第一燃料源向直接喷射器供给气体燃料；及在低于所述第一发动机需求的第二发动机需求期间，从至少第二燃料源向直接喷射器供给气体燃料。

Description

在气体发动机中更好地使用燃料的控制策略

技术领域

本发明涉及改进具有能够燃烧气体燃料的发动机的汽车中的燃料使用的***和方法。

背景技术

气体燃料汽车可以将燃料存储在一个或多个最大压力约为350至700巴的加压燃料箱(例如由碳纤维制成)中。例如，美国专利5,127,230号描述了使用两个燃料箱(主燃料箱和副燃料箱)的液化天然气供给***的一个示例。具体来说，选择主燃料箱向发动机供给燃料，并提供自动替代***，借助该***，如果未选择的燃料箱中的压力升高至预定水平之上，则操作者的燃料箱选择被替代，并使用来自未选择的燃料箱的气体，直到压力降至低于预定水平。该替代***消除了在发生过量的压力积累时将气体排出到大气中的需要。

然而，发明人在此认识到，虽然上述方法可以选择性地使用两个具有不同压力的燃料存储箱来限制过压情况，但该***同时会造成存储的燃料使用效率低。具体来说，取决于燃料导管压力和喷射***，一旦燃料箱达到等于或低于喷射压力(在直接喷射的情况下可以高至50至100巴)的预定压力，燃料箱实际上被视为已空。因此，任何剩余的燃料都不能用于操作发动机和推动汽车。

发明内容

为了解决上述问题，可以基于发动机需求而不是基于存储压力这样的燃料箱工况，或除了基于燃料箱工况还基于发动机需求，选择性地使用来自多个燃料箱的燃料。

以此方式，可以提供最大发动机输出，同时还可以更完全地使用存储的燃料。例如，即使一个存储压力降至低于适合用于所有工况的期望喷射压力，仍然可以在选择的发动机需求(如，较低的发动机需求)下使用该燃料箱，而在其他发动机需求(如，较高的发动机需求)下使用另一个压力较高的燃料箱来代替或补充压力较低的燃料箱。以此方式，在任何给定的点上，只要至少一个燃料存储箱具有足够的压力，就可以提供全范围(full scope)的发动机输出，同时允许更完全地使用存储的燃料。这样的操作可以允许改进的汽车工作范围(如，距离)，且可以对给定的行驶循环提供全范围的发动机输出。

在一个示例中，可以基于具体的发动机负荷选择来自具有不同压力的燃料箱的燃料。例如，低压力燃料箱可以在怠速及行驶循环的低功率部分期间工作，而高压力燃料箱可以在较高的发动机负荷下工作。以此方式，可以更加完全地使用存储的燃料并扩大汽车工作范围，同时保持最大功率容量。

附图说明

图1是燃烧气体燃料的发动机的示例实施例的示意表示。

图2-图5是示例燃料喷射器和燃料供给***配置的示意图。

图6是示出示例工况下的压力调节变化的示意图。

图7是基于发动机工况和燃料箱压力控制燃料喷射的方法的一个示例实施例的流程图。

图8是基于发动机工况和燃料箱压力控制燃料喷射的方法的另一个示例实施例的流程图。

图9示出汽缸压力和汽缸体积之间的关系，以说明喷射正时的热力学效应。

图10是在具有多个燃料箱的燃料供给***中供给燃料的方法的一个示例实施例的流程图。

图11示出具有包括固定压力调节器的单燃料箱***的汽车的燃料箱压力和行驶里程数之间的关系。

图12示出具有包括两级压力调节的双燃料箱***的汽车的燃料箱压力和行驶里程数之间的关系。

具体实施方式

图1总地在10处示出多汽缸发动机的一个汽缸，及连接到该汽缸的进气路径和排气路径的示例实施例，以及具有用于控制汽缸气门的可变正时机构的凸轮轴的示例实施例。应理解，发动机10的配置只是示意性的，且本文中所述的***和方法可以在任何其他适合的发动机中实现。此外，该发动机可以通过位于汽缸中的火花塞(未示出)火花点火，其点火正时可以根据工况改变。

继续图1，发动机10由电子发动机控制器12控制。发动机10的燃烧室或汽缸14如图所示包括燃烧室壁16，活塞18位于其中并连接到曲轴20。燃烧室14如图所示通过进气门26和排气门28与进气歧管22和排气歧管24连通。燃料喷射器30连接到燃烧室14，用于与经电子驱动器68从控制器12接收的燃料脉冲宽度(fpw)信号成比例地向其中直接供给喷射的燃料。燃料由气体燃料***向燃料喷射器30供给，该气体燃料***在下文中参考图2-图5详述。

进气歧管22如图所示与包含节流板34的节气门体32连通。在该具体示例中，节流板34连接到电动马达36，以使节流板34的位置由控制器12通过电动马达36控制。在可选实施例(未示出)中，节气门体32和节流板可以省略。

排气传感器38如图所示连接到后处理装置40上游的排气歧管24。后处理装置40可以包括用于减少来自发动机10的排放的任何适合类型的装置。其示例包括但不限于，三元和四元催化转化器、微粒过滤器、稀NOx捕集器等。

控制器12如图1所示为常规微计算机，其中包括微处理器单元(CPU)60、输入/输出端口(I/O)62、用于可执行程序和校准值的电子存储媒体(在该具体示例中如图所示为只读存储器芯片(ROM)64)、随机存取存储器(RAM)66、保活存储器(KAM)69，及常规数据总线。除上述信号之外，控制器12如图所示还接收来自连接到发动机10的传感器的各种信号，包括来自连接到节气门体32的质量空气流量传感器70的吸入质量空气流量(MAF)测量值；来自连接到冷却套管74的温度传感器72的发动机冷却剂温度(ECT)；来自连接到曲轴20的霍尔效应传感器76的齿面点火传感器信号(PIP)；来自节气门位置传感器78的节气门位置TP；及来自传感器71的歧管绝对压力(MAP)信号。

发动机10可以配置为具有可变进气门正时和可变排气门正时能力。例如，发动机10可以包括由控制器12控制的机电驱动气门。或者，如该实施例所示，发动机10可以包括用于以机械方式，例如通过调节凸轮轴的正时改变进气门正时和/或排气门正时的机构。在所示实施例中，发动机10的凸轮轴90如图所示与用于驱动进气门26和排气门28的摇臂52和54连接。凸轮轴90直接连接到壳体56。壳体56形成具有多个轮齿58的齿轮。壳体56以液压方式连接到内部传动构件(未示出)，该构件进而通过正时链条(未示出)直接连接到曲轴20。因此，壳体56和凸轮轴90以基本上与内部传动构件相等的速度旋转。内部传动构件以与曲轴20恒定的速度比旋转。然而，通过操纵下文所述的液压连接，可以通过控制提前室100和延迟室102中的液压压力改变凸轮轴90与曲轴20的相对位置。例如，通过使高压力的液压液进入提前室100而使液压液离开延迟室102，可以提前凸轮轴90和曲轴20之间的相对关系。因此，进气门26和排气门28相对于曲轴20在早于正常的时间开启和关闭。类似地，通过使高压力的液压液进入延迟室102而使液压液离开提前室100，可以延迟凸轮轴90和曲轴20之间的相对关系。因此，进气门26和排气门28相对于曲轴20在晚于正常的时间开启和关闭。

连接到壳体56和凸轮轴90的轮齿58允许通过凸轮正时传感器104测量相对凸轮位置以向控制器12提供可变凸轮轴正时(VCT)信号。在所示实施例中，提供间距相等(例如，彼此间隔90度)的四个轮齿(标号为1、2、3和4)用于测量凸轮正时，而具有不同间距的轮齿5可用于汽缸识别。另外，控制器12可以向常规电磁阀(未示出)发送控制信号来控制进入提前室100、延迟室102的液压液的流量或不控制流量。

应理解，图1仅示出了多汽缸发动机的一个汽缸，且每个汽缸都可以具有其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器等。还应理解，所示的发动机10如图所示仅用于示例目的，且本文中所述的***和方法可以在具有任何适合的组件和/或组件配置的任何其他适合的发动机中实现或应用于这样的发动机。例如，进气门26和排气门28可以是机电驱动的，而凸轮轴90(及各种相关的部件)可以省略。类似地，可以使用单独的凸轮轴来控制进气门26和排气门28的开启。在每个气门由单独的凸轮轴操作时，每个凸轮轴都可以包括可变正时机构，如图1中对凸轮轴90所示的机构，以允许通过可变凸轮正时***独立于进气门正时改变排气门正时，或相反。

注意，下文中的控制和估值例程可用于各种发动机配置，如上述的发动机配置。本文中所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一种或多种，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各个步骤或功能可以按所示的顺序执行，并行执行，或在某些情况下省略。类似地，处理的顺序不是实现本文中所述的示例实施例的特征和优点所必需，而是为便于演示和说明而提供。取决于所使用的具体策略，可以重复执行所示步骤或功能中的一个或多个。此外，所述步骤可以在图形上表示编程到控制器12中的计算机可读存储媒体中的代码。

图2-图5示出在行驶循环中选择性地操作气体燃料箱以扩大汽车工作范围，同时仍保持最大功率容量的各种***和方法。如上所述，气体燃料汽车可以将燃料存储在多个最大压力为350至700巴的高压燃料箱中(例如三到五个燃料箱)。在某些情况下，一旦衰减至燃料导管压力，这些燃料箱就可被视为“已空”，燃料导管压力在某些示例中为50至100巴的数量级。然而，可以将燃料箱彼此断开，并取决于工况和燃料箱压力选择性地使用来自每个燃料箱的燃料，以扩大普通行驶循环中的汽车工作范围，如图2-图5的示例配置所示。

图2是汽车中的燃料喷射器和具有多个燃料箱的气体燃料供给***的第一示例实施例的示意图，其中示出包括具有固定低压燃料供给和可变高压燃料供给的两个燃料箱的燃料供给***100。在所示实施例中，第一燃料箱122连接到压力调节器124。止回阀126位于压力调节器124的下游及燃料喷射器128的上游。第二燃料箱130可用于经电磁阀132向燃料喷射器128供给燃料。例如，这些燃料箱可以在10-700巴的压力范围下存储气体燃料，并在初始完成燃料加注事件后可以在700巴下包含约10千克的氢气。

在所示实施例中，气体燃料箱130可以直接连接到燃料喷射器128而不进行压力调节。燃料喷射器128可以包括快速响应型喷射器。例如，喷射器可以结合压电驱动或磁致伸缩驱动，这可以在较宽的流量和压力范围上获得快速响应及灵活的多事件喷射。在一个示例中，喷射器每次喷射可以在高至7000RPM的发动机转速下，在40度曲轴角窗口中以10至700巴的任何压力供给1至6毫克之间的燃料。应理解，可以使用在较宽的压力和脉冲宽度范围中具有可预测行为(可在该范围中操作的)的任何适合的喷射器。

在一个示例中，喷射器可以是具有足够快的响应时间的压电型喷射器，以允许补偿大幅变化的燃料压力，从而减少由于调节造成的第二燃料箱的压力损失。此外，喷射正时在压缩行程和膨胀行程中(紧接点火事件之前的关闭的进气门和排气门工况期间)可以较晚，以允许回收压缩气体的能量。这样的直接喷射正时可以通过汽缸内膨胀允许增加第二燃料箱中的压缩气体能量的回收。例如，通过使用位于或接近(四行程循环的)压缩行程中的活塞上止点位置处的喷射，可以获得改进的发动机效率。例如，喷射正时和能量回收的更多细节在下文中参考图9详述。

当然，也可以使用循环期间的附加喷射或替代的喷射正时，及其他快速响应型喷射器设计。

在使用燃料导管压力大幅变化的喷射器操作时，除了基于喷射压力调节喷射正时，还可以使用基于如温度及其他工况的附加调节来提供对喷射的气体燃料的精确控制。例如，基于排气空燃比的调节可用于补偿喷射正时的误差，如本文中参考图7-图8所述。通过响应于变化的燃料压力及来自排气氧传感器的反馈两者调节喷射控制，即使在发动机转速和负荷范围上出现大幅变化的燃料供给量和正时，也可以在大幅变化的燃料压力范围中精确地控制气体燃料供给。以此方式，可以在汽缸中回收(来自燃料箱1 3 0的)存储的燃料中的压缩能量，同时仍然保持可接受的燃料控制。

注意，可以使用上述方法而不对第二燃料箱进行压力调节，虽然对于至少包括对第二燃料箱的某种压力调节的***来说这样的调节即使不是较为适用，也是可用的，这样的调节可以包括可变压力调节(见图4)。例如，在喷射器脉冲宽度减小的发动机工况下，可以使用增加的压力调节，而在喷射器脉冲宽度增加的工况下，可以使用减少的压力调节，从而允许在可能时进行精确控制并增加压缩气体能量回收。

继续图2，在使用来自第一燃料箱的燃料期间，如在低负荷工况(如低发动机扭矩需求)期间，与止回阀126连接的压力调节器124可以将燃料导管压力调节至固定的范围。在一个实施例中，压力调节器124可以将压力调节至10-40巴的固定范围。与电磁阀连接的第二燃料箱130可以向燃料喷射器128提供变化的高压力。在一个示例中，第二燃料箱130可以在增加的发动机负荷(如，高发动机扭矩需求)期间提供100-700巴范围中的压力，以补充或替代来自第一燃料箱的燃料。可以通过增加的喷射压力获得全发动机输出扭矩。因此，在图2的示例中，***在使用第二燃料箱(可能与第一燃料箱组合使用)时基本上以燃料箱压力操作燃料喷射器，而在使用第一燃料箱(使用或不使用第二燃料箱)时基本上以调节器压力操作燃料喷射器。

以此方式，可以基于发动机操作选择性地使用燃料箱。例如，在正常发动机负荷或低发动机负荷下使用第一燃料箱122，直到燃料箱压力降低至10-40巴。另一方面，如果在特定的汽车行驶工况下需要最大功率和/或全导管压力，则第二燃料箱130可以和第一燃料箱122一起使用，以提供所需的全导管压力而不带来功率损失。或者，可以在需要最大功率和/或全导管压力时单独使用第二燃料箱130，然后再切换到第一燃料箱122。

因为可以在可能时在较低压力下使用较大量的燃料，而如果需要则仍然允许全发动机输出，因此可以有利地组合及协调上述操作，以对给定量的存储的燃料实现改进的汽车工作范围。示出作为扩大汽车工作范围的操作的理论示例(propheticexample)的进一步细节将在下文中参考图10-图12描述。

现参考图3，示出燃料喷射器和具有多个燃料箱的气体燃料供给***的第二示例实施例的示意图，其中示出包括具有固定低压燃料供给和固定高压燃料供给的两个燃料箱的燃料供给***200。所示实施例类似于图2中的***，只是在第二气体燃料箱230和电磁阀232之间添加了压力调节器234。在某些实施例中，在使用第二燃料箱230时，与电磁阀232连接的压力调节器234可以将导管压力控制为固定值，如在一个示例中为100巴。在这些实施例中，对燃料喷射器228应用的压力可以控制为不超过100巴。

在某些实施例中，在使用第一燃料箱222时，与止回阀226连接的压力调节器224可以将导管压力调节为固定值，如在一个示例中为10-40巴。因此，可以使用第一燃料箱222供给燃料，直到第一燃料箱222中的压力衰减至10-40巴。再次，可以使用本文中所述的喷射策略和燃料喷射器，从而保持期望的负荷而不管导管压力波动。

图4是燃料喷射器和具有多个燃料箱的气体燃料供给***的第三示例实施例的示意图，其中示出包括具有固定低压燃料供给和可变高压燃料供给的两个燃料箱的燃料供给***300。所示实施例类似于图2中的***，只是将可变压力调节器332而不是电磁阀放置在第二气体燃料箱330和燃料喷射器328之间。可变压力调节器332可以响应于燃料喷射器328的变化的负荷工况及工作范围调节导管压力。

如上所述，可以在正常或低负荷工况下使用与压力调节器324和止回阀326连接的第一燃料箱322，而在较高负荷工况下使用与可变压力调节器332连接的第二燃料箱330。在第一燃料箱322作为供给燃料的主燃料箱工作时，第二燃料箱330可以取决于发动机工况和燃料箱压力与第一燃料箱322一起工作或单独工作。

注意，可变压力调节器332可以和发动机控制单元，如图1所示的控制器12通信，以便基于发动机工况通过控制器12向喷射器提供期望的压力。在一个示例中，可以响应于燃料箱压力和发动机工况来调节所调节的量或调节压力。例如，可以考虑到燃料箱压力，使调节与随着发动机转速和所供给的燃料量改变的燃料喷射器性能相协调。因此，在较高的燃料箱压力、较高的发动机转速，和/或较低的燃料需求(喷射量)，可以提供增加的压力调节(如，较低的调节后压力)，或相反。因此，随着燃料箱的燃料使用，压力调节可以减少至基本上不提供调节的程度。

即使在大幅变化的燃料箱压力和发动机转速/负荷操作下，这样的***也可以允许改进对燃料箱中的压缩能量的使用，并改进燃料供给精度，如下文在图6中所示。

图5是燃料喷射器和具有多个燃料箱的气体燃料供给***的第四示例实施例的示意图，其中示出具有三个燃料箱的压力完全可调的燃料供给***400。在所示实施例中，第一燃料箱422、第二燃料箱424及第三燃料箱426分别与电磁阀428、430和432连接。选择性地开启一个或多个燃料箱中的电磁阀允许那些燃料箱以燃料箱压力供给燃料。或者，可变压力调节器434可以位于电磁阀432的下游及燃料喷射器428的上游。以此方式，导管压力可以在燃料喷射器428的操作限制内调节，响应于发动机工况调节，并适用于参考图7-图8所述的喷射策略。

此外，各种实施例都是可能的。例如，可变压力调节器或压力调节器可以位于各燃料箱及各电磁阀之间的不同位置。在另一个示例中，可以在该***中使用止回阀。

此外，在某些实施例中，可以在正常或低负荷工况下使用一个燃料箱，而在较高负荷工况下使用另一个或另两个燃料箱。

在某些实施例中，可以在该***中使用更多燃料箱，如四个或五个燃料箱。

现参考图6，示意性地示出随燃料箱压力及期望的燃料喷射量变化的压力调节活动。因此，取决于发动机工况，可以改变向燃料喷射器提供的压力或导管压力。使用增加的压力调节的区域标记为区域A，其中燃料箱压力较高而期望的喷射量较低。在向发动机供给燃料时，燃料箱压力会减小至适合喷射器操作而不需调节的范围。因此，在标记为区域B的区域中，如所示可以使用较少的压力调节或不使用压力调节。在燃料箱压力降低至特定水平，如10巴时，燃料箱不能以期望的流速供给期望的燃料，这在图中是标记为区域C的区域。

例如，在某些***中，在燃料箱处于高压力(例如700巴)时，燃料喷射器可能不能精确地供给低量燃料流(例如1mg/喷射)。因此，可以调节燃料箱压力以便提供期望的燃料量，而仍然允许进行一些能量回收。然而，在燃料箱压力降低或喷射量增加时，可以提供减少的调节，从而增加能量回收。

因此，在某些实施例中，为了在较宽的燃料箱和发动机工作范围上获得精确的燃料喷射控制及增加的压力回收，可以选择性地使用如可变压力调节器这样的压力调节装置、附加的燃料箱，或其他适合的压力调节装置。例如，通过提供适应于燃料箱压力和发动机负荷两者的改变的压力调节，图4中所示的示例实施例在某些配置中是有利的。

现参考图7，示出基于发动机工况和燃料压力控制燃料喷射的方法的一个示例实施例的流程图。例程600首先在610确定发动机工况。发动机工况可以包括发动机转速、空气流速、扭矩需求等。接下来，例程在620确定燃料箱压力。燃料箱压力、发动机转速及空气流速可以确定能够根据需要供给到燃烧室中的燃料的量。

接下来，例程在630基于发动机工况和燃料箱压力确定循环中的喷射开始正时和/或喷射脉冲宽度。如上所述，燃料喷射器可以具有操作限制。因此，燃料箱压力或向燃料喷射器提供的燃料导管压力会影响燃料到汽缸中的供给。然而，可以在特定工况下基于燃料箱压力或燃料导管压力改变喷射开始正时和喷射持续期以提供所需的燃料。例如，通过结合发动机控制单元中记载各种供给压力下的喷射器流速的表格，适当地计算出喷射开启脉冲宽度持续期，可以将适当的燃料量喷射到每个汽缸中。或者，也可以使用其他方法，如喷射器流速和供给压力之间的经验关系。

在一个示例中，在点火事件之前的压缩行程或膨胀行程中提供尽可能晚结束的喷射正时，以允许增加的能量回收。在某些实施例中，可以在压缩行程中或接近上止点处尽可能晚地开始喷射，这可以回收气体燃料的喷射压力能量。因此，在某些实施例中，燃料压力(在某些工况下高至最大燃料箱压力)可以得到回收。

类似地，可以改变点火正时，以允许在可变燃料箱压力下进行期望的燃烧。因此，作为替代或补充，在某些实施例中，可以基于工况和燃料箱压力确定点火正时。可选地，可以基于工况和燃料箱压力改变节气门设置，以允许燃料喷射器在其性能范围内操作。

继续图6，例程在640确定是否应调节燃料箱的压力。如上所述，在某些实施例中，可以根据燃料箱压力、发动机转速，和/或期望的燃料量来使用压力调节。

继续图6，如果对步骤640的回答为否，则例程在660将燃料喷射到汽缸中。如果对步骤640的回答为是，则例程在650将燃料导管压力调节为适合于当前工况的值。然后，例程进入步骤660，该步骤包括将燃料喷射到汽缸中。接下来，例程在670测量排气中的氧气浓度。氧气浓度可以由例如一个或多个氧传感器确定，该浓度可以指示排气空燃比。

接下来，例程在680基于氧气含量和/或测量到的空燃比调节喷射开始正时和喷射脉冲宽度。以此方式，可以在期望的工况，如期望的稀空燃比、化学计量空燃比，或浓空燃比中，在大幅变化的燃料箱压力下控制燃烧，同时仍然回收来自燃料箱的压缩能量。因此，通过响应于排气氧传感器和燃料***的工况，如燃料喷射压力两者使用喷射正时和/或喷射持续期调节，可以实现精确的燃料量供给，同时仍然允许在允许发动机中改进的能量回收的工况期间进行供给。

图8是基于发动机工况和燃料压力控制燃料喷射的方法的另一个示例实施例的流程图。例程700首先在710确定发动机工况。发动机工况可以包括发动机转速、空气流速、扭矩需求等。

接下来，例程在720确定燃料箱压力。燃料箱压力、发动机转速及空气流速可以确定能够根据需要供给到燃烧室中的燃料的量。接下来，例程在730基于发动机工况和燃料箱压力确定循环中的喷射开始正时和/或喷射脉冲宽度。接下来，例程在740确定是否应调节燃料箱的压力。如果对步骤740的回答为否，则例程在760将燃料喷射到汽缸中。如果对步骤740的回答为是，则例程在750将燃料导管压力调节为适合于当前工况的值。然后，例程进入步骤760，该步骤包括将燃料喷射到汽缸中。

接下来，例程在770测量汽缸内压力。基于汽缸内压力，例程在780通过压力与空燃比关系表确定实际捕集的燃料。然后，例程在790基于各种工况，如发动机转速、空燃比、环境条件等设置点火正时，以实现期望的燃烧。接下来，例程在810测量排气中的氧气浓度。氧气浓度可以由例如一个或多个氧传感器确定，该浓度可以指示排气空燃比。接下来，例程在820基于氧气浓度调节喷射开始正时和喷射脉冲宽度。

应注意，例程可以按不同于图7和图8所示的顺序执行。同时，可以在例程中省略或增加一个或多个步骤。例如，在某些实施例中，例程700可以省略步骤790和810。因此，燃烧信息是仅通过汽缸内压力传感器获得的。或者，在其他实施例中，在步骤780之后，可以基于汽缸中的实际燃料量确定点火正时，以执行期望的燃烧。然后，例程可以跳过步骤810，从而在没有排气中的氧气浓度测量值信息的情况下调节喷射开始正时和喷射脉冲宽度。

图9示出汽缸压力和汽缸体积之间的关系，并示出喷射正时的热力学效应。具体来说，该图表示出汽缸压力与汽缸体积在1500RPM和化学计量空燃比下的关系。此外，该图表还示出在增加的燃料压力，如燃料箱压力下，在直喷式发动机中，晚期燃料直接喷射与早期喷射相比可以实现增加的效率(需要较少的压缩功)。在该具体示例中，晚期喷射结束发生在上止点前(BTDC)43-10度，而早期喷射发生在上止点前(BTDC)123-90度。与进气道燃料喷射发动机中所做的功相比，晚期喷射因燃料箱压力回收而需要较少的压缩功且所做的膨胀功增加，所以可以提高效率，而早期喷射不可以提高效率。请注意，这只是早期喷射和晚期喷射的一个示例，喷射正时可以变化。

图10示出在具有多个气体燃料箱的燃料供给***中供给燃料的方法的一个示例实施例的流程图。在1310中，例程选择然后操作具有最低压力或与其他燃料箱相比具有低压力非空燃料箱。非空燃料箱可以指具有允许发动机以特定性能水平操作的压力的燃料箱。在其之下即将燃料箱视为已空的压力可以取决于燃料供给***而改变。例如，燃料喷射器的工作范围、压力调节的配置等都可以定义燃料供给***中的非空燃料箱。在某些实施例中，非空燃料箱指具有高于10巴或处于10-40巴范围的压力的燃料箱。在某些实施例中，非空燃料箱可以具有高于导管压力的压力。

接下来，在1320判断所需的发动机负荷是否大于阈值。该阈值可以是与提供足以按给定的性能水平操作发动机的导管压力所需的燃料压力对应的发动机负荷或发动机扭矩需求。在某些实施例中，该阈值可以是任意值，如最大发动机负荷的30％。

如果对1320的回答为是，则例程在1330进一步确定至少一个未选择的燃料箱中的压力是否大于预定的导管压力，或能够以大于该预定压力的压力供给燃料。如上所述，每个燃料箱可以具有独立的压力调节，或不同组的燃料箱可以具有独立的压力调节。

如果回答为是，则例程在1340包括切换到仍然具有足够的压力可以提供满足最大发动机扭矩需求的导管压力的压力最低的一个燃料箱(或一组燃料箱)。一旦燃料***切换到新选择的燃料箱，就使用该燃料箱来供给燃料，以满足较高的所需发动机负荷。因此，发动机可以在不产生功率损失或功率损失较小的情况下运行。

如果对1330的回答为否，则例程在1350包括使用第一个选择的燃料箱或其他燃料箱。在该情况下，发动机以低于全导管压力的燃料导管压力工作，因此汽车可以在最大功率(capacity)降低的模式下工作。

在例程重复执行时，1340中选择的燃料箱保持作为供给燃料的主燃料箱，直到所需的发动机负荷落到该阈值之下，到那时***可以在1310再次选择具有最低压力的燃料箱。

上述方法允许选择的燃料箱在特定的行驶工况下工作。如上所述，适当的燃料喷射器和喷射控制策略操作可以使得能在较宽范围的导管压力下操作燃料喷射器。在一个示例中，燃料喷射器可以用低至10-30巴的导管压力操作。结果，可以在怠速期间和行驶循环中功率或扭矩较低的部分中使用具有低压力的燃料箱。因此，可以将所使用的第一燃料箱消耗至“更加空”的状态。如下面在图12中示出，选择性地操作燃料箱可以扩大汽车工作范围，同时保持最大功率容量。

图11示出用单燃料箱***操作的汽车的燃料箱压力和行驶里程数之间的关系。在所示的示例中，燃料箱具有700巴的初始压力，而导管压力由压力调节器固定在100巴。汽车可以在燃料箱压力下降至100巴之前在最大功率范围下行驶约200英里。在燃料箱压力低于100巴时，剩余的燃料可以在减小的发动机输出工况下使用，但不能用于提供全范围的发动机扭矩输出。

图12示出具有可基于燃料箱压力和发动机工况选择性地操作燃料箱的燃料***的汽车的燃料箱压力和行驶里程数之间的关系。在该示例中，该***包括两个燃料箱和两级压力调节。两个燃料箱中的初始压力均为700巴。在一个实施例中，发动机可以根据图10所示的示例实施例操作。如图12所示，线段A和B示出第一燃料箱中的压力和工作范围(英里数)之间的关系，而线段C和D示出第二燃料箱中的压力和范围(英里数)之间的关系。可以主要使用第一燃料箱并将其消耗至30巴的燃料箱压力。通过第一燃料箱行驶的里程数由点M指示。在将第一燃料箱用作供给燃料的主燃料箱的时间段期间，在需要较高的负荷或扭矩时，可以使用第二燃料箱，如线段D所示。在点M之后，第二燃料箱成为供给燃料的主燃料箱，如线段C所示。在汽车行驶至点M时，第二燃料箱从700巴到压力N的压力下降反映出在第一燃料箱的操作期间在需要较高的负荷时偶尔使用到第二燃料箱。在该示例中，在汽车行驶200英里之后，第二燃料箱中的压力约为170巴。在第二燃料箱的压力下降至100巴时，汽车可以在全范围的发动机功率可用的情况下行驶215英里。与图11所示的***相比，在该示例中，使用本文中所述的控制策略，汽车可以在全范围的发动机功率可用的情况下行驶更远的距离(7.5％或更高)。

应理解，上述燃料供给***和控制策略可以在包括直接燃料喷射器和进气道燃料喷射器***的组合喷射***中使用，这允许获得可用燃料的较高利用率，以用于进一步增加的工作范围扩大。

本申请的权利要求特别指出视为新颖和非显而易见的特定组合及子组合。这些权利要求可能引用“一个”元素或“第一”元素或其等价。这样的权利要求应被理解为包括对一个或一个以上这样的元素的结合，而不是要求或排除两个或两个以上这样的元素。喷射方法和燃料***使用方法、过程、装置，和/或其他特征、功能、元素，和/或属性的其他组合及子组合可以通过本发明权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提供新的权利要求来请求保护。这样的权利要求，无论是在范围上比原权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包括在本申请的主题之内。

Claims (18)

1.一种用于操作具有能够燃烧气体燃料的发动机的汽车中的燃料***的方法，其中从至少第一燃料源和第二燃料源向发动机的直接燃料喷射器供给气体燃料，所述第一燃料源具有的存储压力高于所述第二燃料源的存储压力，其特征在于，所述方法包括：

在第一发动机需求期间，从至少所述第一燃料源向所述直接燃料喷射器供给气体燃料；及

在低于所述第一发动机需求的第二发动机需求期间，从至少所述第二燃料源向所述直接燃料喷射器供给气体燃料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一燃料源压力是第一燃料箱中的存储压力，所述第二燃料源压力是第二燃料箱中的存储压力。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一发动机需求期间，从所述第一燃料源和第二燃料源两者供给所述气体燃料。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括调节所述第二燃料源的燃料源压力。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述第一发动机需求期间，基于所述第一燃料源压力调节喷射正时；在所述第二发动机需求期间，基于所述第二燃料源压力调节喷射正时。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述第一发动机需求期间，基于排气氧传感器调节喷射正时。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直接燃料喷射器是压电驱动喷射器，所述方法还包括在所述第一发动机需求期间，向所述压电驱动喷射器供给燃料，而基本上不调节所述第一燃料源压力；至少在压缩行程的后半段期间，所述喷射器直接喷射所供给的燃料至汽缸而不进行调节；及至少基于所述第一燃料源压力，调节喷射时间和喷射持续期中的至少一个。

8.一种用于操作具有能够燃烧气体燃料的发动机的汽车中的燃料***的方法，其中从至少第一燃料源和第二燃料源向发动机的直接燃料喷射器供给气体燃料，所述第一燃料源具有的存储压力和燃料存储量高于所述第二燃料源的存储压力和燃料存储量，其特征在于，所述方法包括：

在包括峰值发动机扭矩的第一发动机需求期间，从至少所述第一燃料源和第二燃料源向所述直接燃料喷射器供给气体燃料；及

在低于所述第一发动机需求并包括怠速操作的第二发动机需求期间，从所述第二燃料源向所述直接燃料喷射器供给气体燃料，而不从所述第一燃料源向所述直接燃料喷射器供给气体燃料。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括调节所述第二燃料源的燃料源压力。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括在所述第一发动机需求期间，基于所述第一燃料源压力调节喷射正时；在所述第二发动机需求期间，基于所述第二燃料源压力调节喷射正时。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括在所述第一发动机需求期间，基于排气氧传感器调节喷射正时。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述直接喷射器是压电驱动喷射器，所述方法还包括在所述第一发动机需求期间，向所述压电驱动喷射器供给燃料，而基本上不调节所述第一燃料源压力；至少在压缩行程的后半段期间，所述喷射器直接喷射所供给的燃料至汽缸而不进行调节；及至少基于所述第一燃料源压力，调节喷射时间和喷射持续期中的至少一个。

13.一种用于汽车的***，其特征在于，包括：

具有存储气体燃料的第一燃料箱、存储气体燃料的第二燃料箱，及燃料导管的燃料供给***；

包括燃烧室的内燃发动机；

将气体燃料直接喷射到所述燃烧室中的喷射器，所述喷射器通过所述燃料导管连接到所述第一燃料箱和第二燃料箱；及

控制***，所述控制***响应于所述第一燃料箱和第二燃料箱中的压力及发动机输出量，在至少所述第一燃料箱和第二燃料箱中选择向所述发动机供给燃料的燃料箱。

14.如权利要求13所述的***，其特征在于，在发动机负荷低于预定水平，并在所述第一燃料箱中的压力低于所述第二燃料箱中的压力时，所述控制***选择使用所述第一燃料箱供给燃料。

15.如权利要求14所述的***，其特征在于，在发动机负荷高于预定水平，并在所述第一燃料箱中的压力低于所述第二燃料箱中的压力时，所述控制***选择使用所述第二燃料箱供给燃料。

16.如权利要求15所述的***，其特征在于，所述喷射器是压电驱动喷射器。

17.如权利要求15所述的***，其特征在于，还包括连接到所述第一燃料箱的压力调节器。

18.如权利要求15所述的***，其特征在于，所述控制***还基于喷射压力调节喷射正时。

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