УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ПРИВОДОМ ОТ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
AUTOMOTIVE FUEL SYSTEM DEVICE DRIVEN BY INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для топливной системы транспортного средства с приводом от двигателя внутреннего сгорания, более конкретно, к контрольному блоку, который подключен к трубопроводу для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания транспортного средства таким образом, что, по меньшей мере, часть топлива, подаваемого в двигатель, проходит через этот контрольный блок с тем, чтобы на основании постоянной или периодической проверки топлива, протекающего через контрольный блок, в случае если топливо не соответствует конкретным требованиям, предпринять определенные действия, такие как: (А) прекращение подачи, (В) уменьшение подачи, (С) уменьшение производительности двигателя иным способом, (D) ограничение пробега и/или (Е) измерение использованного объема топлива, выходящего за пределы определенных допустимых технических условий, для сообщения водителю или внешним пользователям этой информации, (F) вычитание рассчитанного одного или большего количества определенных продуктов сгорания, выбрасываемых транспортным средством, из допустимой квоты по выбросам в случае, если не используется определенный вид, предпочтительно, экологически безопасного биотоплива.
Уровень техники
2
x
2
Существует все возрастающая озабоченность относительно возросших выбросов CO и других продуктов сгорания, например NO, СО и твердых частиц, в атмосферу и, как следствие этого, глобального потепления. Поэтому правительства ряда странах ввели в действие стимулы и скидки при налогообложении и сборах на транспортные средства, которые не способствуют увеличению суммарных выбросов, например, CO в атмосферу. Это привело к тому, что в некоторых странах автомобили с электрическими двигателями, так называемые электромобили, и автомобили, которые могут работать на водороде, освобождены от всех единовременных выплат, прибавляемых к продажной цене нового автомобиля. Наблюдается также практика, согласно которой электромобили освобождены от НДС, платы за место на общественной стоянке, дорожного сбора и ежегодной пошлины. В некоторых регионах электромобилям разрешен также проезд по дорожной полосе для движения автобусов. Эти послабления дают большие экономические стимулы для того, чтобы перейти от обычных загрязняющих окружающую среду транспортных средств на электромобили. Общее мнение заключается в том, что все автомобили, которые имеют нулевые выбросы, должны иметь такие же льготы, как и электромобили. Это относится к транспортным средствам с приводом от водородного двигателя, а также к транспортным средствам, которые, среди прочего, могут работать на биотопливе.
Однако, на самом деле, транспортные средства, которые работают на водороде и биотопливе, могут работать также и на обычных ископаемых видах топлива, таких как бензин или дизельное топливо. Следовательно, из-за самого факта, что пользователь автомобиля, с чисто технической точки зрения, может использовать ископаемое топливо, существует реальная опасность того, что экологичные автомобили, которые получили преимущества от снижения/освобождения от налогов, в конце концов, не обеспечивают никакой экологической выгоды, поскольку для пользователя зачастую более удобно ездить на обычном топливе. Выполнение проверок на транспортных средствах на улице во время движения с целью выявления содержимого бака является дорогостоящим и материалоемким. Если опасность обнаружения злоупотребления невелика, то это легко может приводить к использованию экологически неблагоприятного топлива.
Из документа GB 1245312 известна топливная система для транспортного средства, которое может использовать различные виды топлива, и использование некоторых не подлежащих налогообложению видов топлива разрешается только в специфических ситуациях, например когда транспортное средство стационарно или припарковано, при этом селектор топлива активируется посредством использования тормозной системы с целью переключения с ископаемого топлива на альтернативное топливо и каждое топливо содержится в отдельном баке.
В документе JP 8144807 раскрыт блок управления двигателем, который анализирует свойства топлива. Описан испытательный бак для измерения давления паров в топливе, чтобы использовать эту информацию для регулирования топливной системы двигателя.
В документе US 5229946 раскрывается способ оптимизации параметров двигателя, причем оптимизация, среди прочего, осуществляется путем проведения анализа топлива. Множество графиков характеристик двигателя содержит желаемые технические характеристики двигателя. Для оценки выбранных сигналов датчиков двигателя с помощью непрерывной логики выбирается график, и этот выбор, по существу, выполняется при заполнении бака новым топливом, когда датчики зарегистрировали некоторое отклонение от определенных номинальных значений, поскольку это может указывать на то, что в двигатель была залита другая топливная смесь.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы устранить или уменьшить, по меньшей мере, один из недостатков достигнутого уровня техники.
Эта задача решается посредством признаков, указанных в приведенном далее описании и последующих пунктах формулы изобретения.
Изобретение относится к контрольному блоку, который подключен к трубопроводу для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания транспортного средства таким образом, что, по меньшей мере, часть топлива, подаваемого в двигатель, проходит через этот контрольный блок с тем, чтобы на основании постоянной или периодической проверки топлива, протекающего через контрольный блок, в случае если топливо не соответствует конкретным требованиям, предпринять действия, такие как: (А) прекращение подачи, (В) уменьшение подачи, (С) уменьшение выходной мощности двигателя иным способом, (D) ограничение пробега, (Е) измерение использованного объема топлива, выходящего за пределы определенных допустимых технических условий, для сообщения водителю или внешним пользователям этой информации и/или (F) вычитание рассчитанного одного или большего количества установленных продуктов сгорания, выбрасываемых транспортным средством, из локализованной квоты по выбросам в случае, если не используется определенный вид, предпочтительно, экологически безопасного биотоплива.
В упомянутом последнем случае (F) понимается, что транспортное средство приобретается с допустимой квотой выбросов на единицу пройденного расстояния, например г/км. Если используется топливо, выбросы которого меньше этой квоты, то квотный счет увеличивается, в то время как использование ископаемого топлива приводит к уменьшению баланса счета. Транспортное средство может иметь средства, которые указывают на доступное расстояние пробега с будущим выбросом, соответствующим, например, среднему выбросу за последний определенный период времени, или пройденное расстояние, или заправку и т.п., или с использованием обычного ископаемого топлива. В регионе, где имеется биотопливо, как правило, при езде будет использоваться биотопливо, увеличивая баланс на счете выбросов. Если, например, из-за отсутствия биотоплива заливается обычное ископаемое топливо, то баланс будет уменьшаться.
Устройство, соответствующее изобретению, применимо для большой группы вариантов установки и учета квоты на выбросы. Например, модели учета могут быть встроенными, предоставляя ограниченную по времени и в географическом отношении возможность для больших выбросов там, где использование биотоплива невозможно по климатическим причинам (температура) или снабжение является ограниченным из-за средств распространения и т.п. В таком случае понятно, что локализация транспортного средства определяется посредством технологии GPS или соответствующих приспособлений.
Устройство, соответствующее изобретению, в том виде, как оно описано далее, предполагается устанавливать на топливном шланге между топливным баком и двигателем. Контрольный блок предпочтительно устанавливать как можно ближе к впуску топлива в двигатель с тем, чтобы контрольным органам было легко убедиться, что контрольный блок не был отключен. Можно использовать также герметизацию винтов и шланговых соединений. Контрольный блок может быть сконструирован также в виде встроенной детали самого двигателя, например, в соединении с топливным насосом. При правильной установке контрольный блок будет осуществлять постоянную или периодическую проверку того, что используемое топливо находится в пределах технических требований так, чтобы оно считалось экологически безопасным биотопливом.
По сравнению с видами топлива на бензиновой основе биотопливо имеет другую физико-химическую "сигнатуру" (отличительные характеристики). Некоторые из этих характеристик могут потребовать сложного анализа, тогда как другие определяются легко.
На сегодняшний день имеются три основные группы биологического топлива:
(1) биодизельное топливо (изготавливаемое из растительных и животных масел),
(2) биоэтанол (изготавливаемый с помощью процессов ферментации и дистилляции) и
(3) синтетическое дизельное топливо, изготавливаемое, например, путем превращения в синтетический газ и использования реактора Фишера-Тропша.
Общим является то, что биотопливо может быть обнаружено путем датирования по углероду (С14). Это относительно сложный, дорогостоящий и трудоемкий способ, который в настоящее время не подходит для использования в устройствах, устанавливаемых на транспортных средствах, но вполне возможно, что датирование по углероду может стать недорогим и легко доступным через некоторое время в будущем. Однако имеется несколько других параметров, специфичных для биологических видов топлива. Синтетическое дизельное топливо выделяется своими химическими свойствами, которые в большой степени совпадают со свойствами ископаемого дизельного топлива. Тем не менее, синтетическое дизельное топливо имеет свойство, которое четко отличает его от обычного дизельного топлива, поскольку синтетическое дизельное топливо является светопрозрачным, почти как вода, и вследствие этого его можно идентифицировать, среди прочего, с помощью пропускания света.
Биодизельное топливо изготавливается, главным образом, из растительных и животных масел. Оно имеет несколько параметров, которые описаны в EN 14214.
Параметрами, которые трудно сымитировать в ископаемом топливе, являются:
- Содержание сложного эфира. Минимальное требование: 96,5%. Тестирование выполняется посредством хроматографического анализа в соответствии с EN 1403.
3
- Плотность. Требование составляет 860-900 кг/м. Испытание выполняется гидрометром в соответствии с EN ISO 3675 или с помощью «способа колеблющейся U-образной трубки» в соответствии с EN ISO 12185.
- Температура вспышки. Требование составляет минимум 120°С. Тестирование выполняется способом «закрытого быстрого равновесия» в соответствии с EN ISO 3679. По сравнению с дизельным топливом температура вспышки значительно ниже, обычно <59°С.
- Содержание кислорода. В EN 14214 этого требования нет. Биодизельное топливо имеет значительно более высокое содержание кислорода (8-12%), что имеет эффекты, такие как, среди прочего, возможность разложения в природных условиях. Кроме того, более высокое содержание кислорода обеспечивает более чистое сгорание, что в результате приводит к более низкому содержанию СО.
Биоэтанол изготавливается, главным образом, из биологических сахаросодержащих или мучнистых сельскохозяйственных продуктов с помощью процесса ферментации. Концентрация этанола увеличивается с помощью дистилляции. В Европе биоэтанол регламентируется нормами prEN 15376:2006. В новой измененной редакции EN 228 в обычном бензине (Е5) допускается содержание биоэтанола до 5%. На некоторых «зеленых» бензоколонках продается также Е85, содержащий до 85% этанола и 15% ископаемого топлива.
Подмешиваемый этанол должен, среди прочего, не превышать следующих предельных значений:
- Содержание этанола - min 98,7%, включая другие высшие спирты. Тестирование выполняется в соответствии с ЕС/2870/2000 - Приложение 2, Способ В.
- Содержание других высших спиртов max 2%. Тестирование выполняется в соответствии с ЕС/2870/2000 - Способ III, EN 13132 или EN 1601.
- Содержание метанола max 1%. Тестирование выполняется в соответствии с ЕС/2870/2000 - Способ III, EN 13132 или EN 1601.
- Кроме того, существуют некоторые предельные значения для содержания воды (max 0,3%), содержания хлора и т.п. Они свойственны не только биоэтанолу.
- Если используется композитный продукт Е85, то в силу этого требование по содержанию этанола будет уменьшаться до min 83,895%, по содержанию других высших спиртов - до max 1,7% и по содержанию метанола - до max 0,85%.
Синтетическое дизельное топливо:
- На момент регистрации заявки конкретные параметры тестирования для синтетического дизельного топлива отсутствуют, но, вероятно, могут быть использованы датирование по углероду (С14) и измерение пропускания света. Что касается пропускания света, то использование окрашивающих веществ может придать синтетическому дизельному топливу характерные особенности.
Устройство по изобретению анализирует отличительные характеристики топлива с целью обеспечения, например, параметров управления двигателем, которые могут использоваться для того, чтобы остановить двигатель или уменьшить его выходную мощность, если параметр топлива, например температура вспышки, выходит за определенное предельное значение. В качестве альтернативы может использоваться ископаемое топливо, однако система измеряет потребленный объем и предоставляет базис для установления баланса квоты по выбросам и возможного платежа за выброс загрязняющих веществ.
В первом аспекте изобретение предлагает устройство для топливной системы двигателя внутреннего сгорания, содержащее контрольный блок, подключенный к подводящему трубопроводу между топливным резервуаром и двигателем внутреннего сгорания, отличающееся тем, что оно содержит средство для регистрации потребления топлива двигателем внутреннего сгорания, накопитель данных, средство для отбора проб топлива, протекающего в двигатель внутреннего сгорания, средство для анализа характеристик топлива.
В предпочтительном варианте устройство включает в себя средство для регулирования подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания.
Средство для анализа характеристик топлива предпочтительно выполнено с возможностью проведения непрерывного анализа. В качестве альтернативы оно может проводить периодический анализ.
Средство для регулирования подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания предпочтительно выполнено с возможностью прекращения или ограничения подачи топлива.
В предпочтительном варианте к контрольному блоку подключен один или большее количество следующих блоков: блок регистрации времени; блок регистрации температуры окружающей среды и/или топлива; блок регистрации географического положения и блок регистрации пройденного расстояния.
В предпочтительном варианте контрольный блок дополнительно включает в себя множество наборов параметров, определяющих характеристики топлива; и/или множество наборов данных по квоте на выбросы, относящихся к климатическим и/или географическим условиям.
2
x
Множество наборов данных по квоте на выбросы преимущественно включает в себя данные по выбросам одного или большего количества газов CO, NO и СО, а также твердых частиц.
Во втором аспекте изобретение предлагает способ вычитания выбросов продуктов сгорания двигателя внутреннего сгорания из предусмотренных квот на выбросы, отличающийся тем, что включает в себя следующие шаги:
- подключение контрольного блока к подводящему трубопроводу между топливным резервуаром и двигателем внутреннего сгорания;
- регистрация текущего потребления топлива двигателем внутреннего сгорания в любой момент времени;
- определение характеристик топлива, относящихся к выбросам продуктов сгорания, посредством постоянного или периодического анализа и
- вычитание выбросов продуктов сгорания из предусмотренной квоты на выбросы.
2
x
Продукты сгорания предпочтительно вычитаются из группы, состоящей из газов CO, NO и СО, а также твердых частиц.
Предпочтительно постоянно или ступенчатым образом к имеющейся квоте на выбросы прибавляется дополнительная квота, определенная блоком времени.
Предпочтительно способ дополнительно включает в себя передачу информации о балансе квоты на выбросы во внешний регистр.
Имеющаяся квота на выбросы предпочтительно зависит от температуры окружающей среды и/или географической локализации двигателя внутреннего сгорания, поэтому к контрольному блоку подключен блок регистрации температуры окружающей среды и/или блок регистрации географического положения.
В третьем аспекте изобретение предлагает способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания, отличающийся тем, что включает в себя следующие шаги:
- подключение контрольного блока к подводящему трубопроводу между топливным резервуаром и двигателем внутреннего сгорания;
- регистрация текущего потребления топлива двигателем внутреннего сгорания в любой момент времени;
- определение характеристик топлива, относящихся к выбросам продуктов сгорания, посредством постоянного или периодического анализа;
- сравнение текущего выброса продуктов сгорания двигателя внутреннего сгорания за конкретный период с предопределенным максимально допустимым выбросом и
- в случае превышения предельно допустимого выброса коррекция подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, причем указанная коррекция включает в себя ограничение или прекращение подачи топлива, регулирование выходной мощности двигателя внутреннего сгорания, ограничение времени работы двигателя внутреннего сгорания и/или ограничение расстояния пробега транспортного средства.
Предопределенный максимально допустимый выброс продуктов сгорания предпочтительно связан с температурой окружающей среды и/или географической локализацией двигателя внутреннего сгорания, причем к контрольному блоку подключен блок регистрации температуры окружающей среды и/или топлива и/или блок регистрации географического положения.
Несмотря на то что в вышеприведенном описании ссылка была сделана на двигатель внутреннего сгорания, установленный на транспортном средстве, изобретение будет относиться также и к другим двигателям внутреннего сгорания, установленным, например, на судне, или к стационарным двигателям, а параметры, относящиеся к пройденному расстоянию, могут безусловно относиться к расстоянию, пройденному по воде, времени работы двигателя и т.д.
Краткое описание чертежей
Далее приводится описание примера предпочтительного варианта осуществления, который можно видеть на прилагаемых чертежах, где:
фигура 1 схематически показывает транспортное средство, включая устройство по изобретению, а также временно подсоединяемый внешний регистр для специфических параметров транспортного средства и топлива, и
2
фигура 2 схематически показывает транспортное средство, соответствующее фигуре 1, в котором также имеется временно подсоединяемый регистр квоты CO.
Осуществление изобретения
2
Несмотря на то что в настоящей заявке описываются устройство и способы, относящиеся к выбросам CO, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что то же самое может относиться к выбросам любого продукта сгорания из двигателя внутреннего сгорания.
Прежде всего, следует обратиться к фигуре 1, на которой транспортное средство К содержит топливный резервуар D, который хорошо известным способом присоединяется к двигателю внутреннего сгорания М через подводящий топливопровод L и топливную дозирующую систему F.
1
2
3
С топливопроводом L и топливной дозирующей системой F связан контрольный блок V. Контрольный блок V содержит средство DR для регистрации потребления топлива двигателем внутреннего сгорания М, средство DR для отбора проб топлива, протекающего в двигатель внутреннего сгорания М, и средство DR для регулирования подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания М.
Кроме того, контрольный блок V содержит накопитель данных S, средство А для анализа характеристик топлива, блок U регистрации времени и множество наборов Р параметров, определяющих характеристики топлива, для подходящей комбинации транспортного средства К и двигателя внутреннего сгорания М. Набор Р параметров обычно извлекается из центрального регистра К при временном подключении, например беспроводном соединении посредством хорошо известной технологии мобильной связи, используемой в телефонах.
Помимо этого контрольный блок К подключен к блоку КМ регистрации расстояния, блоку Т регистрации температуры окружающей среды и блоку G регистрации географического положения, например так называемому GPS-блоку (блоку Глобальной Навигационной Системы).
2
2
Далее следует обратиться к фигуре 2, на которой контрольный блок V вместо набора Р параметров включает в себя множество наборов Е данных по квоте на выбросы CO, относящихся к климатическим и/или географическим условиям и извлекаемых из центрального регистра К при временном подключении. Контрольный блок V выполнен с возможностью временного подключения к внешнему регистру R для передачи данных по выбросам CO, например, для расчета сборов (штрафов).
2
2
2
1
2
2
3
В конфигурации, соответствующей фигуре 1, необходимые данные Р, касающиеся конкретных выбросов CO для транспортного средства К или двигателя М, сохраняются, например, в связи с таможенной очисткой двигателя М, транспортного средства К, на котором используется двигатель, возможно, судна или других устройств, включающих в себя двигатель внутреннего сгорания М, который подлежит налоговому учету, связанному с выбросами CO. Эти данные Р обычно предоставляются налоговыми органами. Если вследствие недостаточного распространения биотоплива налоговый режим подразумевает, что допустимый выброс CO зависит от климатических условий, обычно температуры окружающей среды, и/или географического положения, то температура окружающей среды регистрируется посредством регистрирующего блока Т, и/или географическое положение - посредством регистрирующего блока G, и выбирается соответствующий набор Р данных. Удельное потребление топлива, например потребление на км или в час, рассчитывается посредством предназначенного для этого средства DR, и производится анализ топлива на соответствующие свойства с использованием средства DR, А. Если анализы показывают, что выброс CO превышает выброс, определенный в наборе Р параметров и составляющий базис для налогового учета транспортных средств и т.п., то предпринимаются следующие действия: ограничение или прекращение подачи топлива средством DR, предназначенным для регулирования подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания М, регулирование выходной мощности двигателя внутреннего сгорания, ограничение времени эксплуатации двигателя внутреннего сгорания М и/или ограничение пройденного расстояния (пробега) транспортного средства К во взаимодействии, среди прочего, с системой дозирования топлива F двигателя М, которая может представлять собой, например, хорошо известную систему впрыскивания.
2
2
2
2
2
В конфигурации, соответствующей фигуре 2, необходимые данные Е, касающиеся максимально допустимого выброса CO для конкретного транспортного средства К или двигателя М, сохраняются тем же самым способом, который упоминается выше для данных Р. Данные Е также обычно предоставляются налоговыми органами. Как правило, налоговый режим может определять квоту на CO на пройденное расстояние, на единицу времени или подобное, что определяется в наборе Е данных, характерных для двигателя. Когда используется двигатель М, контрольный блок V рассчитывает выброс CO, который вычитается из накопленной квоты. Если выбирается выгодное (по показателю выбросов) топливо, то регистрируется выброс CO, приводящий к балансированию или увеличению квоты, в то время как использование топлива, дающего неблагоприятный баланс CO, приводит к уменьшению остатка квоты. При наличии отрицательного остатка квоты, что регистрируется с помощью временного подключения к регистру R, создается основание для платежа дополнительной пошлины за выброс, выходящий за пределы выброса, создающего основание для расчета единовременных выплат и т.п., определяемых при таможенной очистке или регистрации транспортного средства К/судна/двигателя М.
При этом следует понимать, что в случае накопления некоторого отрицательного значения остатка квоты последняя конфигурация предусматривает вмешательство в подачу топлива в двигатель внутреннего сгорания М согласно описанию для конфигурации, соответствующей фигуре 1.