本发明总体上涉及一种用于将氢气喷射到发动机中以便燃烧的燃料系统。本发明还涉及一种用于喷射氢气的燃料喷射系统。
背景技术：
1、生态转变指示大气中二氧化碳排放的急剧减少，因此用可再生能源替代碳基化石燃料的压力增加。在汽车工业中，已经看到替代发电装置出现在以化石燃料运行的传统内燃机上。虽然作为内燃机技术的可行替代方案，电池组解决方案已经获得了相当大的动力，但是它确实具有局限性，尤其是当考虑到重载或越野车辆时，在当前技术水平下电池的尺寸和重量是不切实际的。
2、一种替代方法包括使用传统的内燃机技术，但是要用生态产生的氢代替现有的碳基化石燃料。广泛的研究已经表明这种解决方案的可行性并且已经成功地开发了中压氢气喷射系统。一旦气缸入口阀已经关闭，该中压系统将氢气喷射到气缸中，并继续喷射直到气缸压力达到由喷射压力限定的压力极限。这种压力极限限制了喷射窗口并规定了由火花塞启动的“预混合”类型的燃烧策略。因此，燃烧策略类似于在汽油型(奥托循环)直接喷射系统中使用的燃烧策略。
3、增加氢燃料喷射系统的工作压力是改善氢内燃机(ice)的发动机性能和降低燃料消耗的潜在途径。增加喷射压力的主要缺点是，对于典型的氢存储机构，一直依靠高压可用性会限制车辆的范围，或者需要昂贵且低效的泵/压缩机。
4、用于车辆的最常见的氢存储机构是容纳压缩气体的存储罐，其被再填充至350巴(适合于重型车辆)或700巴(与重型车辆相比更紧凑的存储机构，但更重。这种存储机构更适合于较小的车辆)。
5、当使用燃料时，存储罐压力降低，并且当压力降低到大约20巴时，存储罐通常被认为是空的。
6、对于低压(小于约10巴)和中压(小于约40巴)氢喷射系统，在气体被立即引入到燃料喷射器上游的蓄积器/共轨之前，通过气体压力调节器将存储罐压力降低到喷射器工作压力。
7、针对该背景设计了本发明。
技术实现思路
1、针对该背景，根据本发明的一个方面，提供了一种用于确定发动机内的氢燃料喷射系统内的燃料喷射器的喷射策略的控制器，该控制器包括：输入端，该输入端被设置成接收发动机操作参数以及与可用于从该燃料喷射系统中的该喷射器喷射的氢燃料的压力相关联的压力信号；处理器，该处理器被设置成根据所接收的压力信号和发动机控制参数来确定所述喷射器的喷射策略，所确定的喷射策略包括一个或更多个喷射器控制信号以控制所述燃料喷射器的操作；以及输出端，该输出端被设置成将所述一个或更多个控制信号输出到所述燃料喷射器。
2、本发明提供了一种控制器，该控制器确定氢气燃料喷射系统(单燃料喷射系统)中的喷射器的喷射策略。该控制器接收发动机操作参数(例如发动机负荷和/或发动机速度)以及与可用于喷射的氢燃料压力相关联的压力信号，该燃料压力对应于存储罐内的燃料压力。基于发动机操作参数和压力信号，确定包括输出到燃料喷射器的一个或更多个控制信号的喷射策略。注意，所述压力信号可以与可用于从燃料喷射系统中的喷射器喷射的氢燃料的当前最大压力相关联。
3、根据本发明上述方面的控制器可以实现氢喷射系统和控制策略，其在任何给定时间使用可从氢存储系统获得的最高压力。由根据本发明的这样一个方面的控制器控制的燃料喷射系统能够在从燃料箱的最大存储压力(满箱，例如700巴)下降到最小存储压力(出于结构和再填充功率/时间的原因，标称“空”箱可以保持在20巴-50巴)的压力范围内操作。
4、这样的喷射系统和控制策略因此可利用当高压喷射可用时可从高压喷射获得的增加的发动机效率，但仍保持在低喷射压力下操作以最大化车辆里程的能力。
5、与已知的低压和中压氢气喷射系统不同，根据本发明的控制器不调节/控制可用于注入器的氢气压力。喷射器可以暴露于燃料箱内的燃料存储压力，或者通过截止阀与燃料箱隔离。
6、为了在喷射压力的连续范围内保持可接受的发动机性能，根据本发明各方面的控制器可使用一定范围的喷射策略(每个循环的喷射次数以及每次喷射的正时和喷射量的变化)。最适当的喷射策略可以根据可用燃料压力以及其他发动机操作参数(例如当前发动机速度和期望扭矩)来调度。除了喷射策略之外，包括火花正时，持续时间和强度的相应点火策略可以以类似的方式变化，以优化整体燃烧效率和发动机性能。
7、通常，待喷射的氢气的压力范围为10至700巴，这取决于发动机速度/负荷要求。通过在高喷射压力下喷射氢气，主喷射在降低泵送和热损失方面提供了效率益处。
8、包括根据本发明上述方面的控制器的燃料喷射系统的优点是：
9、-系统简单且成本较低－与需要压缩机以维持高工作压力以使车辆里程最大化的高压系统相比，本布置使得在确定喷射策略时能够使用可从燃料箱获得的当前压力。类似地，与需要调节器和可能的热交换器的低/中压系统相比，根据本发明的方面的燃料喷射系统提供了更简单的系统。
10、-与低/中压系统相比，根据本发明的方面的燃料喷射系统提供了更高的总驱动循环效率。
11、-根据本发明的各方面的燃料喷射系统是灵活的，因为它们可以根据不同的喷射策略来操作，这取决于可用的氢燃料的可用压力(例如，如果/当燃料存储和再填充设施最大化时，它们可以以最高效率操作，但也能适应h2基础设施发展和扩展过程中补充不频繁和燃料箱较小的情况)。
12、发动机操作参数可以包括发动机速度和/或发动机负荷。
13、所述处理器可以被设置成访问查找表，所述查找表包含由发动机控制参数和可用于喷射的氢燃料的压力设置的多个喷射策略。处理器可被设置成根据接收到的发动机参数和接收到的压力信号从多个喷射策略中选择最佳喷射策略。另选地，该处理器可以被设置成访问数学模型，该数学模型被设置成根据所接收的发动机参数和所接收的压力信号来产生喷射策略。
14、所确定的喷射策略中的一个或更多个控制信号可设置成控制由喷射器喷射的燃料量。所确定的喷射策略中的一个或更多个控制信号可设置成控制喷射器阀打开和关闭时间。
15、该发动机可以包括具有汽缸活塞的发动机汽缸，该汽缸活塞借助于曲轴在下止点(bdc)与上止点(tdc)之间被驱动以执行压缩冲程，并且所确定的喷射策略可以包括以下各项中的一项或更多项：在压缩冲程后期(例如，在气缸活塞处于上止点之前的60度内)将氢燃料预喷射到燃烧室中；将氢燃料预喷射到燃烧室中，随后在上止点(tdc)两侧的后期将氢燃料主喷射到燃烧室中；在压缩冲程早期(例如，在进气阀关闭附近)将氢燃料预喷射到燃烧室中。
16、根据本发明的另一方面，提供了一种用于确定发动机内的氢燃料喷射系统内的燃料喷射器的喷射策略的方法，所述方法包括：接收发动机操作参数和与可用于从燃料喷射系统中的喷射器喷射的氢燃料的压力相关联的压力信号；根据所接收的压力信号和发动机控制参数确定所述喷射器的喷射策略，所确定的喷射策略包括一个或更多个喷射器控制信号以控制所述燃料喷射器的操作；以及将所述一个或更多个控制信号输出到所述燃料喷射器。
17、根据本发明的另一方面，提供了一种用于发动机的单燃料氢燃料喷射系统，包括：氢燃料存储罐；与该存储罐流体连通的蓄积器管轨；与该蓄积器管轨流体连通的一个或更多个喷射器；压力传感器，该压力传感器被设置成确定该燃料喷射系统内的氢燃料的压力；根据本发明上述方面的控制器。
18、蓄积器管轨可以与氢燃料存储罐直接流体连通。燃料喷射系统内由压力传感器确定的氢燃料压力可以对应于存储罐内的压力。
19、应当理解，本发明的任何方面的优选和/或任选特征可以单独地或以适当的组合并入本发明的任何其它方面中。
1.一种用于确定发动机内的氢燃料喷射系统内的燃料喷射器(64)的喷射策略的控制器(39)，所述控制器包括：
2.根据权利要求1所述的控制器(39)，其中，所述发动机操作参数包括发动机速度(68)。
3.根据权利要求1或2所述的控制器(39)，其中，所述发动机操作参数包括发动机负荷(66)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的控制器(39)，其中，所述处理器被设置成访问查找表(76)，所述查找表(76)包含由发动机控制参数和可用于喷射的氢燃料的压力设置的多个喷射策略(80)。
5.根据权利要求4所述的控制器(39)，其中，所述处理器被设置成根据所接收的发动机参数(66、68)和所接收的压力信号(72)从所述多个喷射策略中选择最佳喷射策略。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器(39)，其中，所述处理器(62)被设置成访问数学模型(78)，所述数学模型(78)被设置成根据所接收的发动机参数和所接收的压力信号产生喷射策略(80)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的控制器(39)，其中，所确定的喷射策略中的所述一个或更多个控制信号(54)被设置成控制由所述喷射器(64)喷射的燃料量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的控制器(39)，其中，所确定的喷射策略中的所述一个或更多个控制信号(54)被设置成控制喷射器阀打开和关闭时间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的控制器(39)，其中，所述发动机包括具有汽缸活塞(18)的发动机汽缸(10)，所述汽缸活塞(18)借助于曲轴在下止点(bdc)与上止点(tdc)之间被驱动以执行压缩冲程，所确定的喷射策略包括以下各项中的一项或更多项：
10.一种用于确定发动机内的氢燃料喷射系统内的燃料喷射器(64)的喷射策略(80)的方法，所述方法包括：
11.一种用于发动机的单燃料氢燃料喷射系统，包括：
12.根据权利要求11所述的单燃料氢燃料喷射系统，其中，所述蓄积器管轨(35)与所述氢燃料存储罐直接流体连通。
13.根据权利要求11或12所述的单燃料氢燃料喷射系统，其中，所述燃料喷射系统内由所述压力传感器确定的氢燃料的压力对应于所述存储罐(37)内的压力。
