本發(fā)明涉及一種用于氣態(tài)車輛燃料的燃料輸送裝置。具體而言，本發(fā)明涉及一種用于向內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)輸送諸如氫氣之類的氣態(tài)燃料的裝置。
背景技術(shù)：
1、隨著汽車不再依賴化石燃料，使用氫氣等氣態(tài)燃料而非液態(tài)燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)正受到關(guān)注。此類發(fā)動(dòng)機(jī)需要配置能夠處理氣態(tài)燃料的燃料輸送裝置，該系統(tǒng)的架構(gòu)可能與傳統(tǒng)的液態(tài)燃料系統(tǒng)相似，但需進(jìn)行修改以應(yīng)對(duì)使用氣態(tài)燃料所帶來(lái)的不同挑戰(zhàn)。
2、例如，已發(fā)現(xiàn)以遠(yuǎn)高于大氣壓的壓力（例如約300巴的壓力）噴射氣態(tài)燃料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能有益。盡管氣態(tài)燃料在車輛燃料箱中可能處于高壓狀態(tài)（例如，油箱滿時(shí)約為700巴），但隨著油箱內(nèi)燃料的消耗，該壓力會(huì)迅速降低，油箱空時(shí)可能低至30巴。
3、因此，當(dāng)燃料箱壓力降至噴射器所需壓力以下時(shí)，需要燃料壓縮機(jī)對(duì)從燃料箱供應(yīng)的燃料進(jìn)行加壓。因此，燃料壓縮機(jī)及相關(guān)的燃料輸送裝置可能需要能夠在輸送所需質(zhì)量流量的燃料時(shí)，處理其壓力比（即輸出壓力與輸入壓力之比）的大范圍變化，因?yàn)檩斎雺毫ψ兓艽螅敵鰤毫赡芑颈３趾愣?。更?fù)雜的是，壓縮機(jī)通常由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此壓縮機(jī)速度與發(fā)動(dòng)機(jī)速度直接相關(guān)，而所需的燃料質(zhì)量流量則由發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩需求決定。
4、本發(fā)明正是在這種背景下構(gòu)思出來(lái)的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于氫氣等氣態(tài)車輛燃料的燃料輸送裝置。該裝置包括：燃料壓縮機(jī)；入口管線，其布置成將燃料從儲(chǔ)存器輸送到壓縮機(jī)；出口管線，其布置成接收從壓縮機(jī)排出的燃料；旁通管線，其在入口管線和出口管線之間延伸；以及設(shè)置在旁通管線上的旁通閥。旁通閥構(gòu)造成打開和關(guān)閉旁通管線以控制燃料流動(dòng)。
2、如果該燃料輸送裝置用于車輛中，則儲(chǔ)存器例如可以是車輛的燃料箱，并且該裝置可以構(gòu)造成向車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)輸送燃料。
3、旁通管線可提供繞過(guò)壓縮機(jī)的一個(gè)或更多個(gè)壓縮室的流動(dòng)路徑。例如，旁通管線可以繞壓縮機(jī)延伸。旁通管線和旁通閥可使該裝置具有多種操作模式。例如，當(dāng)入口管線中的燃料處于燃料的最終接收者（例如車輛發(fā)動(dòng)機(jī)）所需的足夠壓力時(shí)，旁通管線可用于繞過(guò)壓縮機(jī)。旁通管線還可通過(guò)創(chuàng)建將壓縮機(jī)輸出與其輸入連接的流體短路，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的空轉(zhuǎn)模式。這可用于調(diào)節(jié)壓縮機(jī)到出口管線的有效輸出，例如通過(guò)快速切換旁通閥的狀態(tài)，以類似于脈沖寬度調(diào)制的方式控制壓縮機(jī)輸出。
4、燃料輸送裝置可包括連接到出口管線的緩沖容積，該緩沖容積構(gòu)造成容納燃料的膨脹和壓縮，以減輕出口管線中的壓力變化。緩沖容積（例如可以是罐的形式）通過(guò)吸收出口管線中的壓力波動(dòng)，可增加穩(wěn)定性和/或補(bǔ)償壓縮機(jī)輸出與需求之間的任何不匹配。緩沖容積可構(gòu)造成選擇性地容納和釋放壓縮燃料。緩沖容積可構(gòu)造成將燃料保持在高于閾值水平的壓力和/或目標(biāo)壓力范圍內(nèi)。如果壓縮機(jī)由車輛發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，則當(dāng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，緩沖容積可構(gòu)造成保持有壓燃料。
5、燃料輸送裝置可包括設(shè)置在出口管線上、位于出口管線與旁通管線的連接處下游的閥，例如止回閥。
6、燃料輸送裝置可構(gòu)造成使得壓縮機(jī)能夠選擇性地啟動(dòng)和關(guān)閉。
7、燃料輸送裝置可包括可分離的聯(lián)軸器，扭矩通過(guò)該聯(lián)軸器傳遞到壓縮機(jī)以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。分離聯(lián)軸器可關(guān)閉壓縮機(jī)。例如，可分離的聯(lián)軸器可包括離合器。
8、燃料輸送裝置可構(gòu)造成在壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)在打開和關(guān)閉狀態(tài)之間切換旁通閥，以控制流向連接到出口管線的燃料接收裝置（例如緩沖容積）的燃料的特性。燃料輸送裝置可構(gòu)造成改變壓縮機(jī)的壓縮沖程中旁通閥處于打開狀態(tài)的比例（相對(duì)于旁通閥處于關(guān)閉狀態(tài)的壓縮沖程），以控制流向燃料接收裝置的燃料的特性。
9、燃料輸送裝置可構(gòu)造成以與壓縮機(jī)的運(yùn)行速度成比例的頻率在打開和關(guān)閉狀態(tài)之間切換旁通閥。燃料輸送裝置可構(gòu)造成與壓縮機(jī)中的壓縮事件同步地在打開和關(guān)閉狀態(tài)之間切換旁通閥。在這樣的實(shí)施例中，燃料輸送裝置可構(gòu)造成僅在壓縮事件開始或完成時(shí)切換旁通閥的狀態(tài)。
10、燃料輸送裝置可構(gòu)造成改變旁通閥的切換頻率，以控制流向連接到出口管線的燃料接收裝置的燃料的特性（例如燃料壓力或流量）。例如，燃料接收裝置可以是發(fā)動(dòng)機(jī)或與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的燃料噴射系統(tǒng)。或者，燃料接收裝置可以是緩沖容積。
11、燃料輸送裝置可包括用于將旁通閥在打開和關(guān)閉狀態(tài)之間切換的機(jī)電致動(dòng)器。旁通閥的切換可由控制器控制。
12、本發(fā)明還擴(kuò)展到一種包括上述方面的燃料輸送裝置的車輛裝置。該車輛裝置可包括連接到燃料輸送裝置的入口管線的儲(chǔ)存器（例如燃料箱）。該車輛裝置還可包括燃料輸送裝置向其輸送燃料的燃料接收裝置。例如，燃料接收裝置可以是發(fā)動(dòng)機(jī)或與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的燃料噴射系統(tǒng)?；蛘撸剂辖邮昭b置可以是緩沖容積。該車輛裝置還可包括用于控制燃料輸送裝置的操作（例如控制旁通閥的操作）的控制器。
13、本發(fā)明還擴(kuò)展到一種包括上述方面的燃料輸送裝置或車輛裝置的車輛。
14、本發(fā)明的另一方面提供了一種壓縮氫氣等氣態(tài)車輛燃料的方法。該方法包括：通過(guò)入口管線將燃料輸送到壓縮機(jī)；將燃料從壓縮機(jī)排出到連接到燃料接收裝置的出口管線；以及操作旁通閥以打開和關(guān)閉在入口管線和出口管線之間延伸的旁通管線，以控制流向燃料接收裝置的燃料的特性。
15、例如，燃料接收裝置可以是發(fā)動(dòng)機(jī)或與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的燃料噴射系統(tǒng)。或者，燃料接收裝置可以是緩沖容積。
16、該方法可包括以與壓縮機(jī)的運(yùn)行速度成比例的頻率在打開和關(guān)閉狀態(tài)之間切換旁通閥。該方法可包括與壓縮機(jī)中的壓縮事件同步地切換旁通閥的狀態(tài)。該方法可包括僅在壓縮事件開始或完成時(shí)切換旁通閥的狀態(tài)。
17、該方法可包括在操作旁通閥以打開和關(guān)閉旁通管線的同時(shí)操作壓縮機(jī)，以控制流向燃料接收裝置的燃料的特性。
18、該方法可包括改變壓縮機(jī)的壓縮沖程中旁通閥處于打開狀態(tài)的比例（相對(duì)于旁通閥處于關(guān)閉狀態(tài)的壓縮沖程），以控制流向燃料接收裝置的燃料的特性。
19、該方法可包括改變旁通閥的切換頻率，以控制流向連接到出口管線的燃料接收裝置的燃料的特性。
20、本發(fā)明的另一方面提供了一種控制器，該控制器構(gòu)造成執(zhí)行上述方面的方法以控制用于氣態(tài)車輛燃料的燃料輸送裝置（例如上述方面的燃料輸送裝置）的操作。
21、本發(fā)明的另一方面提供了一種控制器，該控制器構(gòu)造成控制用于氣態(tài)車輛燃料的燃料輸送裝置的操作。該控制器構(gòu)造成：操作壓縮機(jī)以將燃料排出到連接到燃料接收裝置的出口管線，所述燃料已通過(guò)入口管線輸送到壓縮機(jī)；以及操作旁通閥以打開和關(guān)閉在入口管線和出口管線之間延伸的旁通管線，以控制流向燃料接收裝置的燃料的特性。該控制器可構(gòu)成上述方面的車輛裝置的一部分。
22、應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的每個(gè)方面的各種特征同樣適用于本發(fā)明的其他方面（單獨(dú)地或適當(dāng)組合地）。
1.一種用于氣態(tài)車輛燃料的燃料輸送裝置（16），所述裝置包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料輸送裝置（16），其中，所述緩沖容積（20）構(gòu)造成將燃料保持在高于閾值水平的壓力下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的燃料輸送裝置（16），其中，所述緩沖容積（20）構(gòu)造成將燃料保持在目標(biāo)壓力范圍內(nèi)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料輸送裝置（16），所述燃料輸送裝置（16）包括設(shè)置在所述出口管線（24）上、位于所述出口管線（24）與所述旁通管線（32）的連接處下游的閥（26）。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料輸送裝置（16），其中，設(shè)置在所述出口管線（24）上的所述閥（26）是止回閥。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料輸送裝置（16），其中，所述壓縮機(jī)（10）能夠被選擇性地啟動(dòng)和關(guān)閉。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料輸送裝置（16），所述燃料輸送裝置（16）包括可分離的聯(lián)軸器（28），扭矩通過(guò)所述聯(lián)軸器（28）傳遞到所述壓縮機(jī)（10）以驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)（10）。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料輸送裝置（16），其中，所述可分離的聯(lián)軸器（28）包括離合器（30）。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料輸送裝置（16），所述燃料輸送裝置（16）構(gòu)造成在所述壓縮機(jī)（10）運(yùn)行時(shí)使所述旁通閥（38）在打開狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)之間切換，以控制流向連接到所述出口管線（24）的燃料接收裝置（14、20）的燃料的特性。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料輸送裝置（16），所述燃料輸送裝置（16）構(gòu)造成改變所述壓縮機(jī)（10）的壓縮沖程中所述旁通閥（38）處于打開狀態(tài)的比例，以控制流向所述燃料接收裝置（14、20）的燃料的特性。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料輸送裝置（16），所述燃料輸送裝置（16）構(gòu)造成以與所述壓縮機(jī)（10）的運(yùn)行速度成比例的頻率使所述旁通閥（38）在打開狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)之間切換。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料輸送裝置（16），所述燃料輸送裝置（16）構(gòu)造成與所述壓縮機(jī)（10）中的壓縮事件同步地使所述旁通閥（38）在打開狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)之間切換。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料輸送裝置（16），所述燃料輸送裝置（16）構(gòu)造成僅在壓縮事件開始或完成時(shí)切換所述旁通閥（38）的狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的燃料輸送裝置（16），所述燃料輸送裝置（16）構(gòu)造成改變所述旁通閥（38）的切換頻率，以控制流向連接到所述出口管線（24）的燃料接收裝置（14、20）的燃料的特性。
15.一種車輛裝置（12），所述車輛裝置包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料輸送裝置（16）。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的車輛裝置，所述車輛裝置包括儲(chǔ)存器（18），其中，所述入口管線（22）布置成將燃料從所述儲(chǔ)存器（18）輸送至所述壓縮機(jī)（10）。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的車輛裝置，所述車輛裝置包括用于控制所述燃料輸送裝置（16）的操作的控制器。
18.一種車輛，所述車輛包括根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的燃料輸送裝置（16）或根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的車輛裝置。
19.一種壓縮氣態(tài)車輛燃料的方法，所述方法包括：
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，所述方法包括以與所述壓縮機(jī)（10）的運(yùn)行速度成比例的頻率使所述旁通閥（38）在打開狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)之間切換。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或權(quán)利要求20所述的方法，所述方法包括與所述壓縮機(jī)（10）中的壓縮事件同步地使所述旁通閥（38）在打開狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)之間切換。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，所述方法包括僅在壓縮事件開始或完成時(shí)切換所述旁通閥（38）的狀態(tài)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法包括在操作所述旁通閥（38）以打開和關(guān)閉所述旁通管線（32）的同時(shí)操作所述壓縮機(jī)（10）。
24.根據(jù)權(quán)利要求19至23中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法包括改變所述壓縮機(jī)（10）的壓縮沖程中所述旁通閥（38）處于打開狀態(tài)的比例，以控制流向所述燃料接收裝置（14、20）的燃料的特性。
25.一種控制器，所述控制器構(gòu)造成執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求19至24中任一項(xiàng)所述的方法，以控制用于氣態(tài)車輛燃料的燃料輸送裝置（16）的操作。