发明领域
[0001] 本
申请涉及一种用于控制以气体
燃料且更具体地说以存储为
液化形式的气体燃料作燃料的
内燃机的发动机控制装置。
背景技术
[0002] 现代
汽车和
卡车通常采用若干控制单元以管理总体上与内燃机和车辆相关联的各种部件。通常，存在用于管理内燃机的
基础发动机控制单元和在整个车辆上分布用于管理发动机之外的部件的许多额外控制单元。现代汽车控制设计的趋势是采用多个分布式专用
控制器，其管理特定功能和任务，并且与所述基础发动机控制单元通信。基础发动机控制单元是一种类型
电子控制单元，其控制发动机上的一系列
致动器以确保发动机在预定参数内运行。与基础发动机控制单元连接的多个
传感器供应反映发动机的各种运行参数的传感器值。
[0003] 当车辆被转换成或适配成以气体燃料(诸如
天然气)作燃料时，通常添加额外的燃料系统控制单元。燃料系统控制单元包括燃料系统模
块，其负责监测气体燃料的压
力并命令喷射气体燃料。当气体燃料以液化形式存储时，已知采用又另一个控制单元，即液化气体燃料控制单元。液化气体燃料控制单元包括液化气体燃料模块，其用于监测存储容器中气体燃料的量，管理液化气体燃料的
泵运并且监测
汽化气体燃料的压力和
温度。与采用
压缩天然气的常规
液体燃料系统和气体燃料系统相比较，采用液化气体燃料控制单元的燃料系统与这些其他系统相比较包括用于管理呈液化形式的气体燃料的不同策略和控制。
[0004] 额外控制单元通常通过J1939
接口来与基础发动机控制单元通信，所述J1939接口是用于车辆部件当中的通信和诊断的车辆总线标准物，但可以采用其他电子通信总线。图1示出了发动机装置10，其包括基础发动机控制单元20，所述基础发动机控制单元20与内燃机装置60操作性地连接并且通过总线50与燃料系统控制单元30和液化气体燃料控制单元40通信。燃料系统控制单元30和液化气体燃料控制单元40两者与装置60内如将由本领域技术人员已知的相应部件操作性地连接。
[0005] 如本文所使用的，控制单元包括自含式电子控制器。电子控制器可以包括
硬件部件和
软件部件两者。硬件部件可以包括数字电子部件和/或模拟电子部件。作为一个非限制性实例，电子控制器可以包括处理器和
存储器，所述存储器包括一个或多个永久性存储器(诸如FLASH、EEPROM和
硬盘)以及临时性存储器(诸如SRAM和DRAM)，各种存储器与处理器相互合作以存储和执行程序。如本文所使用的，术语
算法、模块和步骤指的是专用集成
电路(ASIC)、
电子电路、执行一个或多个软件或
固件程序的处理器(共享的、专用的或群组的)和存储器、组合
逻辑电路、和/或提供所描述的功能性的其他合适的部件。在优选实施方案中，本文的算法、模块和步骤是控制单元的一部分。
[0006] 当将车辆转换成以气体燃料作燃料时，使用单独的控制单元是更容易和明显的方法，因为它使存在可能仍然使用的控制单元的车辆的改变最小化，所述车辆例如可以液体燃料或气体燃料作燃料的双燃料车辆。然而，单独控制单元对现代发动机中防护罩下的空间受限的车辆系统整合器提出了封装和安装挑战。电源线和通信线需要输送到额外的控制单元，这呈现了发动机电气系统中的其他潜在的故障点。当针对每个控制单元开发必须与其他控制单元相互通信的软件时，负担增加。必须开发用于在这些控制单元之间交换和
请求信息的通信协议。在现代高速发动机中，由于控制单元之间的带宽有限，可能存在使控制单元内通信成为接收和/或响应发动机事件的潜在
瓶颈的时间约束，从而限制发动机的控制带宽并且可能限制最大发动机速度。软件维护和部署的复杂性在多控制单元环境中增加。软件的多个版本(release)需要单独管理并且彼此独立，并且当需要升级时，软件必须部署到多个控制单元中。当一个控制单元中的模块需要来自另一个控制单元的信息时，那么两个控制单元中的
软件模块都需要更新。
[0007]
现有技术缺少用于将额外的控
制模块整合到已经被转换成或适配成以替代燃料(诸如气体燃料)作燃料的发动机中的现存发动机控制装置中的技术。
发明内容
[0008] 一种改进的发动机控制装置，其包括以存储为液化形式的气体燃料作燃料的内燃机，所述内燃机包括控制单元，所述控制单元编程有燃料系统模块，所述燃料系统模块用于监测气体燃料压力并致动燃料喷射装置以用于将气体燃料引入到所述内燃机的
燃烧室中；以及气体燃料模块，其用于监测存储容器中剩余的液化气体燃料的量并控制将液化气体燃料从所述存储容器泵运到汽化器中的泵运装置；其中所述燃料系统
控制模块和所述液化气体燃料控制模块相互合作，以便在随发动机运行条件的变化而变化的预定压力下将气体燃料引入所述燃烧室中。在一个优选实施方案中，所述内燃机装置进一步以液体燃料作燃料，所述燃料系统控制模块进一步监测和控制液体燃料压力，并且致动所述燃料喷射装置以将液体燃料引入到所述燃烧室中。
[0009] 所述燃料喷射装置可以将气体燃料直接引入到所述燃烧室中，或将所述气体燃料引到与所述燃烧室相关联的进气
阀的上游。所述控制单元可以被进一步编程以致动强制点火源。所述发动机装置还可以包括编程有基础发动机模块的基础发动机控制单元。所述基础发动机模块监测进气
歧管温度、
进气歧管压力、发动机冷却剂温度、油压、油温、废气
氧浓度、发动机速度、发动机
位置以及点火
开关位置中的至少一个。所述基础发动机模块可以被编程来命令
节流阀致动器。
[0010] 改进的装置包括以气体燃料作燃料的内燃机。所述装置包括液化气体燃料存储容器。液化气体燃料测量装置提供代表所述液化气体燃料存储容器中剩余的液化气体燃料的量的
信号。气体燃料泵运装置从所述液化气体存储容器泵运液化气体燃料。汽化器使从所述气体燃料泵运装置接收的液化气体燃料
蒸发。气体燃料
压力传感器产生代表来自所述汽化器的下游的气体燃料压力的信号。燃料喷射装置将从所述汽化器接收的气体燃料引入到所述内燃机的燃烧室中。控制单元被编程来确定随着代表气体燃料压力的信号的变化而变化的实际气体燃料压力；致动所述气体燃料泵运装置以将实际气体燃料压力维持在预定公差范围内；致动所述燃料喷射装置以将气体燃料引入到所述燃烧室中；并且确定所述液化气体燃料存储容器中剩余的液化气体燃料的实际数量，所述实际数量随着代表所述液化气体燃料存储容器中剩余的液化气体燃料的量的信号的变化而变化。在一个优选实施方案中，所述内燃机还以液体燃料作燃料。所述发动机装置还包括液体燃料存储容器。液体燃料泵运装置从所述液体燃料存储容器泵运液体燃料。液体燃料压力传感器产生代表来自所述液体燃料泵运装置下游的液体燃料压力的信号。所述发动机控制单元被进一步编程来确定随着代表液体燃料压力的信号的变化而变化的液体燃料压力；致动所述液体燃料泵运装置以将实际液体燃料压力维持在预定公差范围内；并且致动所述燃料喷射装置以将液体燃料引入到所述燃烧室中。
[0011] 在一个优选实施方案中，代表气体燃料压力的信号代表来自汽化器下游的气体燃料压力(又称为
蓄能器压力)，并且代表液体燃料压力的信号代表液体燃料轨道压力。所述液体燃料可以是引燃燃料。所述发动机装置还包括用于对气体燃料点火的强制点火源，其中所述控制单元被编程来致动所述强制点火源。所述强制点火源可以是火花点火器、射频(RF)点火器以及
激光点火器中的一个。所述发动机装置还可以包括节流阀和节流阀致动器，其中所述控制单元被编程来致动所述节流阀致动器。所述控制单元可以被编程来监测进气歧管温度、进气歧管压力、发动机冷却剂温度、油压、油温、废气氧浓度、发动机速度、发动机位置以及点火开关位置中的至少一个。
[0012] 改进的发动机控制装置包括以气体燃料作燃料的内燃机。所述发动机装置包括控制单元，其被编程来监测气体燃料压力；控制气体燃料泵运装置以泵运液化气体燃料；致动燃料喷射装置以将气体燃料引入到所述内燃机的燃烧室中；并且监测液化气体燃料存储容器中剩余的液化气体燃料的量。在一个优选实施方案中，所述内燃机还以液体燃料作燃料。所述控制单元被进一步编程来监测液体燃料压力；控制液体燃料泵运装置以泵运液体燃料；并且致动所述燃料喷射装置以将液体燃料引入到所述燃烧室中。所述控制单元可以被编程来致动强制点火源。所述控制单元被编程来监测进气歧管温度、进气歧管压力、发动机冷却剂温度、油压、油温、废气氧浓度、发动机速度、发动机位置以及点火开关位置中的至少一个。所述控制单元可以被编程来命令节流阀致动器。
附图说明
[0013] 图1是已知发动机控制装置和以液化气体燃料作燃料的内燃机的示意图。
[0014] 图2是根据第一实施方案的以液体燃料和气体燃料作燃料的发动机系统的示意图。
[0015] 图3是图2的发动机系统的液体燃料供应装置的示意图。
[0016] 图4是图2的发动机系统的气体燃料供应装置的示意图。
[0017] 图5是图2的发动机系统的内燃机装置的示意图。
[0018] 图6是根据第二实施方案的以气体燃料作燃料的发动机系统的示意图。
[0019] 图7是图6的发动机系统的内燃机装置的示意图。
[0020] 图8是根据第三实施方案的以液体燃料和气体燃料作燃料的发动机系统的示意图。
[0021] 图9是根据第四实施方案的以气体燃料作燃料的发动机系统的示意图。
具体实施方式
[0022] 在主题发动机控制装置的描述中描述了许多不同的实施方案，并且在附图中，相同的部分和部件由相同的参考数字指示，并且如果实质上呈现相同的形式和功能，可能并不详细描述已经描述的此类部分和部件(如果有的话)。在本文的所有附图中，虚线表示用于
流体流的管道并且虚线上的箭头表示流动方向，具有单箭头的实线表示单向电子通信，并且每端具有箭头的实线表示双向通信。实线可以表示单线或一组线。
[0023] 参考图2，发动机系统100包括基础发动机控制单元20以及燃料系统和液化气体燃料控制单元110，它们通过总线50彼此通信。内燃机装置120以液体燃料和气体燃料两者作燃料。在一个优选实施方案中，液体燃料是引燃燃料，并且气体燃料是主燃料。液体燃料供应装置130供应液体燃料，并且气体燃料供应装置140将气体燃料供应到液体-气体燃料偏置装置150中，所述液体-气体燃料偏置装置150维持液体燃料与气体燃料之间的预先定义的偏置压力。基础发动机控制单元20与装置120和液体燃料供应装置130操作性地连接。燃料系统和液化气体燃料控制单元110与装置120、液体燃料供应装置130和气体燃料供应装置140操作性地连接，并且包括燃料系统模块和液化气体燃料模块，与图1的燃料系统模块和液化气体燃料模块的功能类似。当替代燃料系统整合器并不
访问基础发动机控制单元20以整合燃料系统和液化气体燃料模块时，发动机系统100是有利的。此外，可以简化燃料系统模块与液化气体燃料模块之间的通信，并且可以增加这些模块之间的控制带宽以用于改进的气体燃料系统和燃烧控制。
[0024] 现参考图3，更加详细地描述液体燃料供应装置130。在当前实施方案中，装置130代表公共轨道液体燃料供应系统，其从存储容器传输燃料并且然后将燃料加压到公共轨道压力。低压泵132将液体燃料泵运出液体燃料存储容器131使其朝向高压泵运装置133泵运。泵运装置133将液体燃料泵运为适合于燃料喷射的高压，并且压力传感器134产生代表液体燃料压力的信号。在一个优选实施方案中，基础发动机控制单元20通过线135命令泵132，并且控制单元110中的燃料系统模块通过线136命令泵运装置133。在其他实施方案中，燃料系统模块也可以命令泵132。控制单元110中的燃料系统模块通过线137从压力传感器134接收信号。如将由本领域技术人员已知的，在液体燃料系统中已知采用的其他部件可以被采用在供应装置130中。在其他实施方案中，液体燃料供应装置130可以采用单个泵用于加压来自存储容器131的燃料，并且这些实施方案不需要公共轨道系统。
[0025] 现参考图4，更加详细地描述气体燃料供应装置140。装置140包括泵运装置143，其将液化气体燃料从液化气体燃料存储容器141泵运穿过汽化器148。压力传感器144产生代表管道152中的气体燃料压力(又称为蓄能器压力)的信号。液化气体燃料测量装置142产生代表存储容器141中剩余的气体燃料的量的信号。在一个优选实施方案中，测量装置152包括
定位在存储容器141中的电容式
液位传感器和与所述液位传感器连接的电子模块。电子模块产生发送到液位传感器的测量信号，并且从液位传感器接收代表存储容器
141中剩余的气体燃料的量的信号。控制单元110中的液化气体燃料模块通过线146命令泵运装置143，并且分别通过线145和线147从测量装置142和压力传感器144接收信号。
液化气体燃料模块确定容器141中剩余的气体燃料的量，所述量随着从测量装置142接收的代表存储容器141中剩余的气体燃料的量的信号的变化而变化。如将由本领域技术人员已知的，在气体燃料系统中已知采用的其他部件可以被采用在供应装置140中。
[0026] 现参考图5，更加详细地描述内燃机装置120。装置120包括与内燃机121操作性地连接的燃料喷射装置122。加压的液体燃料通过管道153输送，并且加压的气体燃料通过管道154输送到燃料喷射装置122。在一个优选实施方案中，装置122包括燃料喷射器(未示出)，其将液体燃料和气体燃料两者(优选地单独地且独立于彼此)引入到发动机121的燃烧室(未示出)中。在其他实施方案中，可能存在多于一个燃烧室和多于一个燃料喷射器。在其他实施方案中，装置122可以包括用于引入液体燃料的第一燃料喷射器和用于引入气体燃料的第二燃料喷射器，并且在这些实施方案中，当第二燃料喷射器由液体燃料液压致动时，需要偏置装置150，但在其他情况下不一定是需要的。控制单元110中的燃料系统模块通过线127命令燃料喷射装置122喷射液体燃料和气体燃料。压力传感器123产生代表管道153中的液体燃料压力(又称为液体燃料轨道压力)的信号，并且压力传感器124产生代表管道154中的气体燃料压力(又称为气体燃料轨道压力)的信号。控制单元
110中的燃料系统模块分别通过线125和线126从压力传感器123和压力传感器124接收信号。
[0027] 现参考图6和图7，示出了用于发动机系统200的发动机控制装置的另一个实施方案，所述发动机控制装置可以被采用来将常规液体燃料式发动机转换为仅以气体燃料作燃料的发动机。发动机系统200包括内燃机装置220，其以来自供应装置140的气体燃料作燃料。在一个优选实施方案中，气体燃料利用强制点火源点火，诸如火花点火器、射频(RF)点火器或激光点火器，然而，可以采用其他点火技术。装置220类似于图2的装置120，并且在这个实施方案中，以通过管道152从供应装置140输送的气体燃料作燃料。参考图7，发动机装置220包括内燃机221和燃料喷射装置222。装置222包括燃料喷射器(未示出)，其在与内燃机221的燃烧室相关联的进气阀(未示出)上游喷射气体燃料，或直接喷射到燃烧室中。如将由熟悉本领域的人员所已知的，在其他实施方案中可以存在多于一个燃烧室和多于一个燃料喷射器。返回参考图6，基础发动机控制单元21类似于图2的控制单元20，例外的是发动机系统200不具有液体燃料系统并且控制单元21替换仅以液体燃料作燃料时通常由发动机使用的控制单元。在操作中，控制单元21可能是控制单元20的改编版本，其中用于液体燃料系统的控制逻辑被禁止或被适配成与发动机系统200一起使用。燃料系统和液化气体燃料控制单元111包括与图2的控制单元110类似的燃料系统模块和液化气体燃料模块。控制单元111中的燃料系统模块命令燃料喷射装置222喷射气体燃料，并且不需要管理液体燃料压力或命令液体燃料泵运装置。
[0028] 参考图8，示出了发动机系统300，其中单个发动机控制单元中的基础发动机控制单元22除了起到与图2中的控制单元110相同作用的燃料系统模块和液化气体燃料模块之外还包括基础发动机模块，所述基础发动机模块的功能类似于控制单元20。当替代燃料系统整合器访问基础发动机控制单元22以整合燃料系统和液化气体燃料模块时，发动机装置300是有利的。此外，可以简化基础发动机模块、燃料系统模块与液化气体燃料模块之间的通信，并且可以增加这些模块之间的控制带宽以用于改进的液体和气体燃料系统和燃烧控制。
[0029] 参考图9，示出了发动机系统400，其中基础发动机控制单元23除了以与图6中所示的单独控制单元111相同的方式起作用的燃料系统模块和液化气体燃料模块之外还包括基础发动机模块以起到如图6中所示的单独控制单元21的作用。在基础发动机模块致动燃料喷射器以将气体燃料直接引入内燃机221(参见图7)的燃烧室中或将所述气体燃料引到与相应燃烧室相关联的进气阀的上游的实施方案中，控制单元23包括基础发动机模块和液化气体燃料模块但不包括燃料系统模块。
[0030] 虽然已经示出并描述了本发明的具体元件、实施方案和应用，但应当理解，本发明并不限于所述具体元件、实施方案和应用，因为在不脱离本公开的范围、尤其是依据前述教导的情况下，本领域的技术人员可以进行
修改。
