CN1795112A - 汽车的气体燃料管理*** - Google Patents

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CN1795112A CNA2004800143974A CN200480014397A CN1795112A CN 1795112 A CN1795112 A CN 1795112A CN A2004800143974 A CNA2004800143974 A CN A2004800143974A CN 200480014397 A CN200480014397 A CN 200480014397A CN 1795112 A CN1795112 A CN 1795112A
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约翰·R·布兰肯希普
史蒂文·J·什瓦鲍夫斯基
安东尼·G·格拉博夫斯基
阿鲁姆·库马尔·尧拉
约翰·R·格拉博夫斯基
圣迪奥多尔·J·菲利皮
迈克尔·布朗
里查德·E·绍尔蒂什
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Abstract

一种气体燃料管理***，用于机动车辆，包括：至少一个气体传感器，用于检测车辆的燃料存储箱、燃料线路和原动机之外的气体燃料的存在。在检测到易逃逸气体而且浓度超过预定阈值的情况下，供给到车辆的原动机的燃料将被关闭，以及如果这样设置，为了司机的方便，车辆然后可以在电池动力模式中进行操作。

Description

汽车的气体燃料管理***
技术领域
本发明涉及一种用于分配和另外用于处理提供到机动车的原动机(prime mover)的气体燃料的***。
背景技术
车辆设计者越来越有这样的趋势：燃料经济性和更低的发射物需求的不断增长。尽管提供了几种优点，气体燃料对设计者提出了独特的挑战，包括难于处理气体燃料的易逃逸的发射物(emission)。例如，不需要的氢气的释放难于用嗅觉或者视觉来检测，并且结果，需要使用电子检测装置用于检测逃逸的氢气并在车辆中建立适当测量的***以减轻氢气的或者诸如天然气或者液化气的气体燃料的不需要的排放效果。
转让给本发明的受让人的美国专利No.6,290,594公开了一种设置有燃料电池的车辆中测量易逃逸氢气的***，所述车辆具有风扇用于减小车辆的内部空间之内的自由氢气的浓度。但是，在易逃逸的氢气被检测时，专利’594既没有切断从气体燃料存储箱中供给的燃料，也没有在车辆之内的任一不同空间内所检测的易逃逸的氢气或者其它燃料的浓度保证车辆的原动机失去活的情况下，提供损耗策略模式，以允许设有通过氢气或者其它气体燃料提供动力的内燃机混合车辆、以及牵引电机/发电机的司机用电机/发电机操作车辆预定的时间周期。
发明内容
一种用于具有乘客室和原动机的机动车辆的气体燃料管理***具有：燃料***，其包括气体燃料存储箱和用于从存储箱将气体燃料传输到原动机的燃料线路。燃料线路具有至少一个电子控制阀，用于控制在燃料线路中的气体燃料的流动。可操作地与电子控制阀相连接的燃料管理控制器、在安装到车辆之内的气体传感器检测到气体燃料存储箱、或者燃料线路或者原动机中的至少之一的界限范围之外的易逃逸气体燃料的存在的情况下关闭阀。根据本发明，原动机可以包括内燃机、燃料电池、与牵引电机/发电机相连接的内燃机，或者对普通技术人员公知或者此公开文本中所公开的其它燃料消耗原动机。
根据本发明的燃料管理***优选地还包括：至少一个空气循环器，所述空气循环器响应来自气体传感器的气体检测信号通过燃料管理控制器进行操作。空气循环器可以包括一个吹风机或者风扇或者其它用于将空气移动通过车辆中的空间的装置，以将来自被通风的空间的易逃逸的燃料气体移除。车辆的乘客室可以通过在乘客室中的至少一个窗口上可操作连接到燃料管理控制器而通风，这样可能是侧窗口、或者遮阳篷顶、或者其它可移动关闭面板的窗口可以响应来自气体传感器的气体检测信号而打开。就这方面，术语“玻璃窗(glazing)面板”指的是视觉单元，诸如窗口，或者透明或者半透明可移动面板，所述可移动面板可以用于对车辆的乘客室进行通风。
在根据本发明的原动机包括内燃机的情况下，如果适当的气体检测信号从气体传感器出现，燃料管理控制器就将放置和保持一个或者多个电子控制燃料阀在关闭的位置中。在出现更高水平的气体检测信号的情况下可以采用其它的动作。例如，燃料管理控制器可以防止牵引电池重新充电，如果车辆被这样装备的话，或者防止车辆的燃料补给。此外，如上所述，在气体检测信号出现的情况下，燃料管理控制器可以关闭电子控制燃料箱阀以停止车辆的发动机，同时允许车辆用牵引电机/发电机继续操作。
根据本发明的优选实施例，设想车辆可以使用多个气体检测传感器。传感器可以安置在其内安装燃料存储箱的机壳(enclosure)之内，以及在发动机室或者原动机室之内。额外的传感器可以安置在乘客室之内，以及其内安装牵引电池的机壳之内。在另外的优选的实施例中，至少一个通风管道将被安置，这样所述管道的第一端连接到其内安装燃料存储箱的机壳，管道的第二端连接到安装到汽车的外表面的空气提取器，由此任何从燃料存储箱进入到燃料箱机壳的易逃逸的燃料气体将在车辆移动时通过流过机体的表面的空气而从机壳被提取。这就是所谓的无源式装置，由于使用形成在原动机室的上部部分中所形成的通风孔，这样允许空气流经原动机室的同时移除易逃逸的燃料气体发射物。
根据本发明的另外一方面，一种操作具有通过气体燃料的原动机和牵引电机/发电机的气体燃料机动车辆的方法，包括如下步骤：提供无源通风***以减轻车辆之内的不同空间之内的易逃逸的燃料气体的任何显著聚集，并监测车辆的至少一个内部空间，以通过至少一个电子传感器确定所述空间之内的易逃逸的燃料气体的存在。所述方法还包括提供至少一个空气循环器，诸如风扇或者吹风机，在停止原动机的操作并允许牵引电机/发电机操作时，以净化循环器所服务的内部空间，同时使用牵引电机和牵引电池允许司机限制操作。
根据本发明的方法的附加步骤包括：打开车辆的乘客室中的可移动玻璃窗(glazing)，以及关闭气体燃料箱和原动机之间的燃料供给阀。在电子气体传感器***变得不能操作或者如果超过预定的易逃逸的燃料气体浓度阈值的情况下，通过切断其原料供给停止原动机，同时允许操作牵引电机/发电机，并同时操作至少一个空气循环器以清洁车辆的内部空间。
本发明的优点在于，易逃逸的燃料气体发射物可以这样的方式来进行处理：在提高车辆的可靠性的同时，保持车辆的燃料经济性。
本发明的一个优点在于：本气体燃料管理***可以使用氢气、天然气或者液化石油气，并可以使用在具有作为原动机的燃料电池、或者发动机电机/发电机组合，或者只是发动机，或者其它类型的燃料消耗原动机的车辆中。
本发明的其它优点以及目的和特征将在阅读了本发明的说明书后变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的具有燃料管理***的车辆的透视图；
图2是图1所示车辆的底盘的透视图，显示了与本***和方法相关的不同部件；
图3是图1、2所示车辆的平面图；
图4是根据本发明的气体燃料管理***的不同部件的***方框图；
图5是根据本发明的气体燃料管理***的操作的一部分的流程图。
具体实施方式
如图1所示，车辆10具有几个可移动玻璃窗单元，诸如侧窗52和天窗(moon roof)46。车辆10具有一系列形成在发动机室罩42的尾边中的通风口44。最后，车辆10具有形成在驾驶员(左)侧的四开板上的NACA通气孔56以及对应的形成在乘客侧(右)的四开板上的NACA通气孔(scoop)。当车辆10运动时，空气通过NACA通气孔的空气动力学作用从车辆10的内部抽吸。这样的特征提供了被动式通风***的一部分，如同通过通风口44所提供的通风。如图2所示，车辆10的底盘具有燃料箱12，所述燃料箱12是适于天然气、氢气、液化石油气或者其它压缩和/或者液化燃料气体中的任一种的压缩和/或者液化气体燃料箱。如此处所使用，术语“气体燃料”指即或者是被存储为单相的压缩气体或者内存储为两相的压缩气体和液体的燃料。
牵引电池14被安装相邻于气体燃料箱12，并且来自燃料箱12的气体或者液体以及来自牵引电池14的电学能量移动到安置车辆10的原动机20的前部。
原动机20可以具有连接到传动机构30的发动机26，具有或者不具有牵引电机/发电机34，如图3中所示。可选地，原动机20可以包括燃料电池和相关的牵引电机/发电机，或者不具有相关的牵引电机/发电机的内燃机。
气体燃料通常悬浮在空气中，通过天窗46和发动机室通风口44使用通风将利用此自然的浮力。这是被动通风装置，如使用NACA通气孔来拉动空气通过燃料箱机壳通风管道88(图3)。管道88具有与燃料箱机壳18相连的内板和与前述NACA管道之一相连的外板。安置在燃料箱机壳18之内的气体传感器22b检测存储箱12的范围外侧的气体燃料(在这种情况下是氢气)的存在。如下完整所描述，在通过传感器22b检测到不需要水平的气体燃料时，燃料箱机壳通风扇84被用于对箱壳体18进行通风。普通技术人员看到这些公开文件时将理解，如本文所述，可以使用气体传感和有源和无源通风装置，并对缺乏浮力进行适当调整。
电池14被安置在电池机壳32之内，所述机壳32通过电池室风扇80进行通风，所述电池室扇80如同燃料箱机壳通风管道88的情况那样将在通过传感器22c检测到易逃逸燃料气体的浓度超过预定阈值的情况下被启动。环境控制风扇66被安装在乘客室68之内并在传感器22a传感到乘客室之内的易逃逸的气体的情况下被启动。相似地，用于发动机冷却散热器62的散热器扇64在传感器22d传感到发动机室40之内的易逃逸的燃料气体的情况下打开。
容纳用于操作牵引电机/发电机34的高压继电器保险丝和继电器箱72设有将如下所述打开的通风扇74。
如图4所示，车辆10还包括驱动器信息显示器36，所述驱动器信息显示器36通过燃料管理控制器24进行操作。驱动器显示器36包括两色灯，从车辆10的内侧和外侧可以看见。如果灯是绿的，这意味着在燃料处理***之内没有检测到缺陷。如果灯是红的，这意味着要么已经检测到易逃逸的燃料气体处于超过阈值浓度之上的浓度，要么一个或者多个传感器22不合格。驱动器显示器36还包括声音警告装置，如果检测到更高水平的易逃逸气体，启动所述声音警告装置。
如图4所示，燃料管理控制器24操作可移动窗46、52，以及空气循环器28，所述空气循环器28包括用于箱壳体18、电池壳体32、乘客室HVAC风扇66以及发动机室冷却风扇/散热器冷却风扇64的不同空气循环器。燃料管理控制器24从气体传感器22a-22d接收信号并可操作地与车辆***控制器38相连接，所述车辆***控制器38对发动机26和牵引电机/发电机34具有监管控制功能。燃料管理控制器24也操作燃料阀58a-58c。
如图5中所示，根据本发明的方法在方框100开始。在方框102上，燃料管理控制器24操作气体传感器22a-d以采集车辆10之内的内部空间之内的试样。本发明的发明人确定由Makel Engineering of Chico，CA所制造并具有模型标识02HDS021的硅微加工气体传感器对于实施本发明是有用的。
在方框104上，如有，所测量的易逃逸的燃料气体的浓度与较低浓度阈值CG1进行匹配。在易逃逸的燃料气体小于CG1的情况下，程序在方框102上持续采样。但是如果在方框104，浓度超过CG1，程序移动到方框106，其中允许较低水平的缓和程序。
在方框106的较低水平的缓和程序包括打开诸如天窗46或者侧窗52的可移动玻璃窗，中断牵引电池14的高压充电，以及警告司机已经检测到易逃逸的燃料。如果在乘客室中检测到泄漏，环境控制风扇66将***作。如果在发动机室中检测到易逃逸的燃料气体，发动机冷却扇64将***作，并且将停止环境控制扇66。同样，防止车辆的燃料补给。
在方框106开始较低水平缓和程序之后，程序移动到方框108，在此将来自传感器22a-d的已测量气体浓度与上阈值CG2进行比较。如果气体浓度不大于CG2，较低水平缓和程序继续直到气体的浓度下降到阈值CG1之下。如果在方框108上，气体浓度超过了CG3，程序就移动到方框110，在此原动机20将通过燃料切断阀58a、b和c切断燃料而被停止。这样用于缓轻任何燃料***集成问题，所述问题出现在在燃料箱12和原动机20之间传输气体或者液体的燃料线路16中，并缓轻原动机之内的任何燃料处理问题。
在方框110已经停止原动机，燃料管理控制器24移动到方框112，在方框112上运行更高水平的缓和程序，此较高水平的缓和程序包括诸如确定燃料箱螺旋阀58a、b和c在所有的条件下关闭，以及也包括维持通风扇80、84的操作。一旦燃料螺旋阀58a-c被关闭，它们就不能被再打开直到通过车辆的操作者重新手动设置。
如在方框110说明的，当停止原动机20时，发动机26将不接受任何燃料，结果，将用发动机电机/发电机34启动受限操作策略或者慢慢缓行回家(limp-home)模式，允许只有电驱动能力的车辆被驱动有限的时间周期，这对司机而言是方便的。在方框114上，图5的程序继续运行更高水平缓和程序直到易逃逸气体的浓度在CG2之下。如果所测量的燃料气体的浓度在方框112处位于CG2之下，程序就移动到方框104并继续将所测量的浓度与CG1进行比较。图5的方法优选地运行，不管车辆10什么时候载有燃料。
尽管对本发明的优选实施例进行了说明，但是普通技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和实质的情况下，可以对本发明进行修改，其范围由权利要求书及其等同物限定。

Claims (30)

1.一种用于具有乘客室和原动机的机动车辆的气体燃料管理***，所述气体燃料管理***包括：
气体燃料存储箱；
燃料线路，所述燃料线路用于将气体燃料从所述存储箱传输到所述原动机，所述燃料线路具有至少一个电子控制阀，用于控制在燃料线路中的气体燃料的流动；
至少一个气体传感器，用于检测所述存储箱、所述燃料线路以及所述原动机中的至少之一的界限外侧的气体燃料的存在，所述传感器在检测到超过预定阈值水平的燃料气体的浓度的情况下发出气体检测信号；
燃料管理控制器，所述燃料管理控制器可操作地与所述电子控制阀和所述气体传感器相连接，在所述气体传感器发出气体检测信号时所述控制器关闭所述电子控制阀。
2.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述原动机包括内燃机。
3.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述原动机包括燃料电池。
4.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，还包括至少一个大气循环器，所述空气循环器响应来自所述气体传感器的气体检测信号由所述燃料管理控制器进行操作。
5.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述燃料管理控制器响应来自所述气体传感器的气体检测信号打开所述乘客室中的至少一个窗口。
6.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述至少一个窗口包括所述乘客室中的天窗。
7.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述原动机包括内燃机，在所述气体检测信号出现的情况下，所述燃料管理控制器在关闭的位置中放置并维持所述电子控制阀。
8.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述原动机包括连接到牵引电机/发电机和传动***的内燃机。
9.根据权利要求8所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述燃料管理控制器在所述气体信号出现的情况下防止所述牵引电池的再充电。
10.根据权利要求8所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述燃料管理控制器在所述气体检测信号存在的情况下不仅关闭电子控制阀，而且允许所述车辆用所述牵引电机/发电机继续操作。
11.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述气体燃料包括氢气。
12.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述气体燃料包括天然气。
13.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述气体燃料包括液化石油气。
14.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，还包括警告***，用于在气体检测信号出现的情况下警告所述车辆的司机。
15.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述至少一个气体检测传感器安置在其内安装所述燃料存储箱的机壳之内。
16.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述至少一个气体检测传感器被安置在其内安装所述原动机的室内。
17.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述至少一个气体检测传感器被安置在所述乘客室内。
18.根据权利要求8所述的气体燃料管理***，其特征在于，所述至少一个气体检测传感器被安置在其内安装所述牵引电池的机壳之内。
19.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，还包括至少一个通风管道，所述通风管道具有第一端和第二端，第一端连接到其内安装燃料存储箱的机壳，第二端连接到安装到所述汽车的外表面的空气提取器，由此任何从所述燃料存储箱进入到所述机壳逃逸的燃料气体将从所述机壳被提取。
20.根据权利要求1所述的气体燃料管理***，其特征在于，还包括形成在其内安装所述原动机的室的上部部分中的至少一个通风孔，由此任何从所述原动机进入到所述室中的气体燃料将从所述机壳中被抽取。
21.一种机动车辆，包括：
乘客室；
包括内燃机的原动机；以及
燃料管理***，包括：
气体燃料存储箱，安装在具有与其相关联的至少一个大气循环器的机壳之内；
燃料线路，所述燃料线路用于将气体燃料从所述存储箱传输到所述原动机，所述燃料线路具有至少一个电子控制阀，用于控制在燃料线路中的气体燃料的流动；
至少一个气体传感器，用于检测所述存储箱、所述燃料线路以及所述原动机中的至少之一的界限外侧的气体燃料的存在，所述传感器在检测到超过预定阈值水平的燃料气体的浓度的情况下发出气体检测信号；
燃料管理控制器，所述燃料管理控制器可操作地与所述电子控制阀和所述气体传感器相连接，在所述气体传感器发出气体检测信号时所述控制器关闭所述电子控制阀并操作所述至少一个空气循环器以对所述燃料存储箱机壳进行通风。
22.一种机动车辆，包括：
乘客室；
包括内燃机的原动机，所述内燃机连接到至少一个牵引电机/发电机；以及
燃料管理***，包括：
气体燃料存储箱，安装在具有与其相关联的至少一个大气循环器的机壳之内；
燃料线路，所述燃料线路用于将气体燃料从所述存储箱传输到所述原动机，所述燃料线路具有至少一个电子控制阀，用于控制在燃料线路中的气体燃料的流动；
至少一个气体传感器，用于检测所述存储箱、所述燃料线路以及所述原动机中的至少之一的界限外侧的气体燃料的存在，所述传感器在检测到超过预定的阈值水平的燃料气体的浓度的情况下发出气体检测信号；
燃料管理控制器，所述燃料管理控制器可操作地与所述电子控制阀和所述气体传感器相连接，在所述气体传感器发出指示超过预定阈值的燃料气体的浓度的气体检测信号时，所述控制器通过关闭所述电子控制阀并操作所述至少一个大气循环器而停止所述发动机以对所述燃料存储箱机壳进行通风，同时利用牵引电机/发电机允许所述车辆连续操作。
23.根据权利要求22所述的机动车辆，还包括，多个安装到所述乘客室并通过所述燃料管理控制器进行控制的可移动玻璃窗面板，这样所述玻璃窗面板在所述气体传感器发出气体检测信号的情况下被打开。
24.一种操作具有通过气体燃料提供燃料的原动机、以及牵引电机/发电机的气体燃料机动车辆的方法，包括步骤：
提供无源通风***以减轻所述车辆之内的易逃逸的燃料气体的任何显著聚集；
监测所述车辆的至少一个内部空间，以通过至少一个电子传感器确定所述空间之内的易逃逸的燃料气体的存在；
提供至少一个大气循环器以将周围空气提供到所述车辆之内的所述至少一个空间中；以及
在允许牵引电机/发电机操作的同时停止所述原动机的操作，并在易逃逸的气体被传感同时所述车辆处于操作状态的情况下，操作所述至少一个大气循环器以净化易逃逸的燃料气体的所述至少一个内部空间。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，还包括在易逃逸的燃料气体被传感的情况下打开所述车辆的乘客室中的可移动玻璃窗。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，停止所述原动机包括至少关闭位于气体燃料存储箱和所述原动机之间的燃料供给阀步骤。
27.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，还包括在易逃逸气体在所述至少一个内部空间中被传感的情况下防止所述车辆被再次填充燃料的步骤。
28.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，还包括停止所述原动机的操作的步骤，同时允许操作所述牵引电机/发电机，以及在所述电子气体传感器不能操作的情况下，操作所述至少一个空气循环器以清洁所述至少一个内部空间。
29.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述至少一个空气循环器在超过第一较低预定浓度的易逃逸的燃料气体被传感的情况下进行操作，在超过第二更高预定浓度被传感的另外的情况下停止所述原动机。
30.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，还包括在检测到易逃逸的燃料气体高于预定阈值浓度的情况下警告车辆司机的步骤。
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