СПОСОБЫ ДОЗАПРАВКИ ТОПЛИВОМ, СИСТЕМА ДЛЯ ПОДАЧИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА И ГАЗОВОГО ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И СПОСОБ
REFUELING METHODS, SYSTEM FOR LIQUID FUEL AND GAS FUEL SUPPLY TO INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к двухтопливным двигателям внутреннего сгорания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Сжатый природный газ (CNG) является высокооктановым топливом, которое полезно для уменьшения детонации в двигателе, выбросов углеводородов при событиях холодного запуска и выбросов двуокиси углерода во время работы двигателя. Однако, CNG имеет низкую плотность энергии по сравнению с жидкими углеводородными видами топлива, такими как дизельное топливо или бензин. Для увеличения сортамента и общего количества топлива, хранимого на транспортном средстве, CNG может использоваться вместе с бензином и дизельным топливом, требуя, чтобы транспортное средство переключалось между видами топлива для оптимальных рабочих характеристик. Для содействия потреблению как газового, так и жидкого топлива, два отдельных топливных бака могут быть включены в транспортное средство для хранения соответственно газового и жидкого видов топлива.
Авторы в материалах настоящего описания выявили несколько проблем у вышеприведенного подхода. А именно, использование двух отдельных топливных баков, которые соответственно хранят газовое и жидкое топливо, увеличивает вес транспортного средства, компоновочное пространство, сложность хранения и впрыска топлива и уменьшает экономию топлива. Эти проблемы обостряются для малотоннажных транспортных средств.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один из подходов, который по меньшей мере частично преодолевает вышеприведенные проблемы, включает в себя способ дозаправки топливом, включающий в себя этап, на котором: посредством контроллера транспортного средства исполняют команды для регулирования привода для подачи жидкого топлива в топливный бак, выполненный с возможностью хранения как жидкого топлива, так и газового топлива, в ответ на определение того, что давление в топливном баке, определяемое датчиком давления, меньше, чем пороговое давление.
В одном из вариантов предложен способ, в котором привод регулируют для подачи жидкого топлива в топливный бак, в ответ на определение того, что и жидкое топливо определено в расширительном бачке, выполненном с возможностью хранения жидкого топлива, и давление в топливном баке меньше, чем пороговое давление, причем расширительный бачок присоединен по текучей среде к топливному баку и расположен выше по потоку от топливного бака.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором посредством контроллера исполняют команды для регулирования топливного насоса для нагнетания жидкого топлива из расширительного бачка в топливный бак, в ответ на определение того, что жидкое топливо определено в расширительном бачке и давление в топливном баке меньше, чем пороговое давление.
В одном из вариантов предложен способ, в котором жидкое топливо определяют датчиком жидкости, расположенным в расширительном бачке.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором посредством контроллера исполняют команды для осуществления работы топливного насоса спустя пороговую продолжительность времени, прошедшую после определения того, что давление в топливном баке больше, чем пороговое давление, для уменьшения парообразующих выбросов из расширительного бачка.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором посредством контроллера исполняют команды для регулирования привода для подачи жидкого топлива в топливный бак, в ответ на определение того, что жидкое топливо в топливном баке находится ниже порогового уровня, и давление в топливном баке меньше, порогового давления.
В одном из вариантов предложен способ, в котором уровень жидкости определяют поплавковым датчиком, расположенным в топливном баке.
В одном из вариантов предложен способ, в котором жидкое топливо принимают на отверстии дозаправки топливом низкого давления в местоположении выше по потоку от топливного бака.
В одном из вариантов предложен способ, в котором газовое топливо по меньшей мере частично растворено в жидком топливе в топливном баке.
В одном из вариантов предложен способ, в котором жидкое топливо является бензином, а газовое топливо является сжатым природным газом.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором посредством контроллера исполняют команды для регулирования насоса для нагнетания паров из топливного бака во вспомогательный бак, в ответ на определение того, что давление в топливном баке больше, чем пороговое давление.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором посредством контроллера исполняют команды для регулирования привода для подачи газового топлива в топливный бак через отверстие дозаправки топливом высокого давления в местоположении выше по потоку от топливного бака, в ответ на определение того, что давление в топливном баке меньше, чем пороговое давление.
В одном из дополнительных аспектов предложена система для подачи жидкого топлива и газового топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая:
один или более цилиндров, каждый связан с одной или более топливных форсунок;
топливный бак, хранящий как жидкое топливо, так и газовое топливо, причем топливный бак присоединен по текучей среде к одной или более топливных форсунок; и
контроллер, содержащий команды, исполняемые для:
обеспечения подачи жидкого топлива в топливный бак, только если давление в топливном баке меньше, чем пороговое давление; и
предотвращения подачи жидкого топлива в топливный бак, если давление в топливном баке больше, чем пороговое давление.
В одном из вариантов предложена система, в которой обеспечение подачи жидкого топлива в топливный бак включает нагнетание жидкого топлива из расширительного бачка посредством топливного насоса, причем расширительный бачок выполнен с возможностью хранения жидкого топлива и присоединен по текучей среде к топливному баку выше по потоку от топливного бака.
В одном из вариантов предложена система, в которой команды являются дополнительно исполняемыми для работы топливного насоса спустя пороговую продолжительность времени для уменьшения парообразующих выбросов из расширительного бачка.
В одном из вариантов предложена система, в которой подача жидкого топлива в топливный бак запрещена, если жидкое топливо в топливном баке больше, чем пороговый уровень.
В одном из вариантов предложена система, в которой жидкое топливо принимается на отверстии дозаправки топливом низкого давления выше по потоку от топливного бака, газовое топливо принимается на отверстии дозаправки топливом высокого давления выше по потоку от топливного бака, при этом газовое топливо по меньшей мере частично растворено в жидком топливе в топливном баке.
В одном из вариантов предложена система, в которой команды являются дополнительно исполняемыми, чтобы сбрасывать давление топливного бака посредством нагнетания паров из топливного бака во вспомогательный бак до обеспечения подачи жидкого топлива в топливный бак.
В одном из еще дополнительных аспектов предложен способ, включающий в себя этапы, на которых:
хранят жидкий бензин, содержащий метан, растворимый в нем;
отделяют метан от жидкости, и отдельно подают каждый в цилиндр двигателя; и
активируют дозаправку жидким топливом в зависимости от рабочего состояния.
В одном из вариантов предложен способ, в котором жидкость хранят в топливном баке, при этом рабочее состояние является одним из давления и уровня жидкости в топливном баке.
В более точном примере, жидкое топливо подается в топливный бак, если жидкое топливо определяется в расширительном бачке, выполненном с возможностью хранения жидкое топливо, расширительный бачок присоединен по текучей среде к топливному баку и расположен выше по потоку от топливного бака.
В еще одном из примеров, пары из топливного бака, нагнетаются во вспомогательный бак, если давление в топливном баке больше, чем пороговое давление.
Таким образом, транспортное средством может питаться и дозаправляться двумя разными видами топлива посредством использования одиночного топливного бака для хранения видов топлива, уменьшая вес транспортного средства, компоновочное пространство, сложность хранения и впрыска топлива и повышая экономию топлива. Таким образом, технический результат достигается этими действиями.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 схематично изображает примерный цилиндр двигателя внутреннего сгорания.
Фиг. 2 показывает схематичное изображение двигателя по Фиг. 1 и топливной системы, выполненной с возможностью работать на смеси газового топлива и жидкого топлива.
Фиг. 3 показывает схематичное изображение двигателя по Фиг. 1 и еще одной топливной системы, выполненной с возможностью работать на смеси газового топлива и жидкого топлива.
Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую примерный способ работы системы двигателя и топливной системы по Фиг. 1-3.
Фиг. 5 показывает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую примерный способ дозаправки топливной системы по Фиг. 2.
Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую примерный способ дозаправки топливной системы по Фиг. 3.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ключевым свойством природного газа (например, метана) является его растворимость в углеводородах. Это свойство может использоваться для хранения как жидких углеводородных видов топлива (например, бензина, дизельного топлива, и т.д.), так и сжатого природного газа (СПГ, CNG) в одиночном топливном баке. Посредством изменения давления видов топлива, смесь может разделяться на свои составляющие газовые и жидкие компоненты для раздельного потребления. Настоящее описание относится к системам и способам дозаправки такого топливного бака. Фиг. 1 схематично изображает примерный цилиндр двигателя внутреннего сгорания, Фиг. 2 показывает схематичное изображение двигателя по Фиг. 1 и топливной системы, выполненной с возможностью работать на смеси газового топлива и жидкого топлива, Фиг. 3 показывает схематичное изображение двигателя по Фиг. 1 и еще одной топливной системы, выполненной с возможностью работать на смеси газового топлива и жидкого топлива, Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую примерный способ работы системы двигателя и топливной системы по Фиг. 1-3, Фиг. 5 показывает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую примерный способ дозаправки топливной системы по Фиг. 2, и Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую примерный способ дозаправки топливной системы по Фиг. 3. Двигатель по Фиг. 1 также включает в себя контроллер для выполнения способов, изображенных на Фиг. 4-5.
Фиг. 1 изображает примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой 13 управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В одном из примеров, устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Цилиндр 14 (например, камера сгорания) двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть присоединен к коленчатому валу 140, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 140 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через последовательность впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах осуществления, один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, Фиг. 1 показывает двигатель 10, сконфигурированный турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбину 176 в системе выпуска, расположенную вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176 с приводом от выхлопных газов через вал 180, где устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. Однако, в других примерах, таких как где двигатель 10 снабжен нагнетателем, турбина 176 с приводом от выхлопных газов, по выбору, может быть не включена в состав, где компрессор может приводиться в действие механической подводимой мощностью от электродвигателя или двигателя. Дроссель 162, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль впускного канала двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на Фиг. 1, или, в качестве альтернативы, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может принимать выхлопные газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик 128 выхлопных газов показан присоединенным к выпускному каналу 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 128 может быть любым пригодным датчиком для выдачи показания топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), двухрежимный датчик кислорода или EGO (как изображено), HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO. Устройство 178 снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выхлопных газов или их комбинациями.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан включающим в себя по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе, цилиндр 14, может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 152. Подобным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 154. Во время некоторых условий, контроллер 12 может изменять сигналы, выдаваемые на приводы 152 и 154, для управления открыванием и закрыванием соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться соответствующими датчиками положения клапана (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут иметь тип электрического клапанного привода или тип кулачкового привода, либо их комбинацию. Установка фаз распределения впускных и выпускных клапанов может управляться одновременно, или может использоваться любая из возможности регулируемой установки фаз кулачкового распределения впускных клапанов, регулируемой установки фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, сдвоенной независимой установки фаз кулачкового распределения или постоянной установки фаз кулачкового распределения. Каждая система кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 14, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, в том числе, CPS и/или VCT. В других вариантах осуществления, впускной и выпускной клапаны могут управляться системой золотникового клапанного исполнительного механизма или привода, либо системой исполнительного механизма или привода с переменной установкой фаз клапанного распределения.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, которая является отношением объемов того, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке, к тому, когда в верхней мертвой точке. Традиционно, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако, в некоторых примерах, где используется другое топливо, степень сжатия может быть увеличена. Это, например, может происходить, когда используется более высокооктановое топливо или топливо с более высоким скрытым теплосодержанием испарения. Степень сжатия также может быть повышена, если используется непосредственный впрыск, вследствие его воздействия на детонацию в двигателе.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, в выбранных режимах работы. Однако, в некоторых вариантах осуществления, свеча 192 зажигания может быть не включена в состав, таких как где двигатель 10 может инициировать сгорание самовоспламенением или впрыском топлива, как может иметь место у некоторых дизельных двигателей.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть сконфигурирован одной или более топливных форсунок для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 14, включающий в себя две топливных форсунки 166 и 170. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала FPW-1, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (в дальнейшем указываемый ссылкой как «DI») топлива в цилиндр 14 сгорания. Несмотря на то, что Фиг. 1 показывает форсунку 166 в качестве боковой форсунки, она также может быть расположена выше поршня, к примеру, возле положения свечи 192 зажигания. Такое положение может способствовать смешиванию и сгоранию при работе двигателя на спиртосодержащем топливе вследствие низкой летучести некоторых спиртосодержащих видов топлива. В качестве альтернативы, форсунка может быть расположена выше и возле впускного клапана, чтобы способствовать смешиванию всасываемого воздуха и впрыскиваемого топлива. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливной системы 172, включающей в себя топливный бак, топливные насосы, направляющую-распределитель для топлива и формирователь 168. В качестве альтернативы, топливо может подаваться однокаскадным топливным насосом на низком давлении, в каком случае, установка момента непосредственного впрыска топлива могут ограничиваться в большей степени во время такта сжатия, чем если используется топливная система высокого давления. Кроме того, хотя и не показано на Фиг. 1, топливный бак может иметь измерительный преобразователь давления, выдающий сигнал в контроллер 12.
Топливная форсунка 170 показана расположенной скорее во впускном канале 146, нежели в цилиндре 14, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно в качестве оконного впрыска топлива (в дальнейшем указываемого ссылкой как «PFI»), в воздушное впускное окно выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW-2, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 171. Топливо может подаваться в топливную форсунку 170 топливной системой 172.
Топливо может подаваться обеими форсунками в цилиндр в течение одиночного цикла цилиндра. Например, каждая форсунка может подавать часть полного впрыска топлива, который подвергается сгоранию в цилиндре 14. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, подаваемого из каждой форсунки, может меняться в зависимости от условий работы, таких как описанные ниже. Относительное распределение совокупного впрыскиваемого топлива среди форсунок 166 и 170 может указываться ссылкой как первое соотношение впрыска. Например, впрыск большего количества топлива для события сгорания через форсунку 170 (оконного впрыска) может быть примером более высокого первого соотношения оконного и непосредственного впрыска наряду с тем, что впрыск большего количества топлива для события сгорания через форсунку 166 (непосредственного впрыска) может быть более низким первым соотношением оконного и непосредственного впрыска. Отметим, что таковые являются всего лишь примерами разных соотношений впрыска, и могут использоваться различные другие соотношения впрыска. Дополнительно, следует принимать во внимание, что впрыскиваемое оконным впрыском топливо может подаваться во время события открытого впускного клапана, события закрытого впускного клапана (например, по существу после такта впуска, к примеру, во время такта выпуска), а также во время работы как с открытым, так и закрытым впускным клапаном. Подобным образом, непосредственно впрыскиваемое топливо, например, может подаваться во время такта впуска, а также частично во время предшествующего такта выпуска, во время такта впуска и частично во время такта сжатия. Кроме того, непосредственно впрыскиваемое топливо может подаваться в качестве одиночного впрыска или множественных впрысков. Таковые могут включать в себя многочисленные впрыски во время такта сжатия, многочисленные впрыски во время такта впуска или комбинацию некоторого количества непосредственных впрысков во время такта сжатия и некоторого количества во время такта впуска. Когда выполняются многочисленные непосредственные впрыски, относительное распределение совокупного непосредственно впрыскиваемого топлива между (непосредственным) впрыском такта впуска и (непосредственным) впрыском такта сжатия может указываться ссылкой как второе соотношение впрыска. Например, впрыск большего количества непосредственно впрыскиваемого топлива для события сгорания во время такта впуска может быть примером более высокого второго соотношения непосредственного впрыска такта впуска наряду с тем, что впрыск большего количества топлива для события сгорания во время такта сжатия может быть примером более низкого второго соотношения непосредственного впрыска такта сжатия. Отметим, что таковые являются всего лишь примерами разных соотношений впрыска, и могут использоваться различные другие соотношения впрыска. Более того, соотношения впрыска могут регулироваться на основании одного или более условий работы двигателя, таких как нагрузка двигателя, скорость вращения двигателя, давление в топливной системе, температура двигателя, и тому подобное. Таким образом, одно или оба из жидкого или газового видов топлива могут сжигаться в цилиндре двигателя.
По существу, даже для одиночного события сгорания, впрыскиваемое топливо может впрыскиваться с разными установками момента из форсунки оконного и непосредственного впрыска. Кроме того, для одиночного события сгорания, многочисленные впрыски подаваемого топлива могут выполняться за каждый цикл. Многочисленные впрыски могут выполняться в течение такта сжатия, такта впуска или любой надлежащей их комбинации.
Как описано выше, Фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр, подобным образом, может включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки(ок), свечи зажигания, и т.д.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь разные характеристики. Таковые включают в себя отличия по размеру, например, одна форсунка может иметь большее отверстие для впрыска, чем другая. Другие отличия включают в себя, но не в качестве ограничения, разные углы факела распыла, разные рабочие температуры, разное нацеливание, разную установку момента впрыска, разные характеристики факела распыла, разные расположения, и т.д. Сверх того, в зависимости от коэффициента распределения впрыскиваемого топлива среди форсунок 170 и 166, могут достигаться разные эффекты. Кроме того еще, топливные форсунки 166 и 170 каждая может включать в себя одну или более газовых топливных форсунок для впрыска газового топлива и одну или более жидкостных топливных форсунок для впрыска жидкого топлива.
В некоторых вариантах осуществления, топливная система 172 может включать в себя топливный бак, который содержит в себе жидкое топливо, такое как бензин, и также содержит в себе газовое топливо, такое как CNG. Часть газового топлива может быть растворена в жидком топливе. Жидкое топливо и газовое топливо вместе могут указываться ссылкой как смешанное топливо, а топливный бак, таким образом, может хранить или содержать в себе смешанное топливо. В других вариантах осуществления, топливная система 172 может включать в себя один топливный бак или многочисленные топливные баки. В вариантах осуществления, где топливная система 172 включает в себя многочисленные топливные баки, топливные баки могут содержать в себе идентичное качество топлива или могут вмещать топливо с разными качествами топлива, такими как разные составы топлива. Эти отличия могут включать в себя разное содержание спирта, разное октановое число, разную теплоту парообразования, разные топливные смеси и/или их комбинации, и т.д. В одном из примеров, топливо с разным содержанием спиртов могло бы включать в себя бы смеси бензина, этилового спирта, метилового спирта или спиртов, такие как E85 (которая является приблизительно 85% этилового спирта и 15% бензина) или M85 (которая приблизительно является 85% метилового спирта и 15% бензина). Другие спиртосодержащие виды топлива могли бы быть смесью спирта и воды, смесью спирта, воды и бензина, и т.д. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью впрыскивать топливо из одного и того же топливного бака, из разных топливных баков, из множества одних и тех же топливных баков или из перекрывающегося множества топливных баков. Несмотря на то, что Фиг. 1 изображает топливную форсунку 166 в качестве топливной форсунки непосредственного впрыска и топливную форсунку 170 в качестве топливной форсунки оконного впрыска, в других вариантах осуществления, обе форсунки 166 и 170 могут быть выполнены в виде топливных форсунок оконного впрыска или могут быть обе выполнены в виде топливных форсунок непосредственного впрыска.
Контроллер 12 показан на Фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимую оперативную память 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 122 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 116 температуры, присоединенного к патрубку 118 охлаждения; сигнал профильного определения зажигания (PIP) с датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 140; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; сигнал кислорода выхлопных газов (EGO) с датчика 128 выхлопных газов; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) с датчика 124. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе.
Постоянное запоминающее устройство 110 запоминающего носителя может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 106 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены. Примерные процедуры, которые могут выполняться контроллером, описаны в материалах настоящего описания и со ссылкой на Фиг. 4 и 5.
Далее, с обращением к Фиг. 2, показано схематичное изображение двигателя 10 по Фиг. 1 и топливной системы 172, выполненных с возможностью работать на смеси газового топлива и жидкого топлива. Как показано, двигатель 10 внутреннего сгорания включает в себя цилиндры 14, присоединенные к впускному каналу 144 и выпускному каналу 148. Впускной канал 144 может включать в себя дроссель 162. Выпускной канал 148 может включать в себя устройство 178 снижения токсичности выхлопных газов. Система 13 управления, включающая в себя контроллер 12, может принимать сигналы с различных датчиков 16 и дополнительных датчиков, показанных на Фиг. 1 и 2, и выводить сигналы на различные исполнительные механизмы 81, в том числе, дополнительные исполнительные механизмы, показанные на Фиг. 1 и 2.
Цилиндры 14 могут быть выполнены в виде части головки 201 блока цилиндров. На Фиг. 2, показана головка 201 блока цилиндров с 4 цилиндрами в рядной конфигурации. В некоторых примерах, головка 201 блока цилиндров может иметь большее или меньшее количество цилиндров, например, шесть цилиндров. В некоторых примерах, цилиндры могут быть расположены в V-образной конфигурации или другой пригодной конфигурации.
Головка 201 блока цилиндров показана присоединенной к топливной системе 172. Цилиндр 14 показан присоединенным к топливным форсункам 166A и 166B, а также топливным форсункам 170A и 170B. Хотя показан только один цилиндр, присоединенный к топливным форсункам, следует понимать, что все цилиндры 14, заключенные в головке 201 блока цилиндров, также могут быть присоединены к одной или более топливных форсунок. В этом примерном варианте осуществления, топливные форсунки 166A и 166B изображены в качестве топливной форсунки непосредственного впрыска, а топливные форсунки 170A и 170B изображены в качестве топливной форсунки оконного впрыска. Хотя только две форсунки непосредственного впрыска и две форсунки оконного впрыска показаны на Фиг. 2, следует понимать, что двигатель 10 может содержать больше, чем две форсунки непосредственного впрыска и больше, чем две топливных форсунок оконного впрыска. Каждая топливная форсунка может быть выполнена с возможностью подавать специфичное количество газового и/или жидкого топлива в конкретный момент времени в цикле двигателя в ответ на команды из контроллера 12. В некоторых примерах, топливные форсунки 166A и 170A могут использоваться для впрыска газового топлива, такого как CNG, наряду с тем, что, в других примерах, топливные форсунки 166B и 170B могут использоваться для впрыска жидкого топлива. В последнем примере, в котором топливные форсунки 166B и 170B используются для впрыска жидкого топлива, жидкое топливо, такое как бензин или дизельное топливо, также может впрыскиваться через топливные форсунки 166A и 170A, хотя также предполагаются варианты осуществления, в которых топливные форсунки 166B и 170B используются для впрыска жидкого топлива в комбинации с непосредственным впрыском газового топлива. Одна или более топливных форсунки могут использоваться для подачи сжигаемого топлива в цилиндр 14 во время каждого цикла сгорания. Установка момента и количество впрыска топлива могут регулироваться в зависимости от условий работы двигателя.
Топливная система 172 включает в себя топливный бак 200. Топливный бак 200 может включать в себя жидкое топливо, такое как бензин или дизельное топливо или спиртобензиновая смесь (например, E10, E85, M15 или M85), и также может включать в себя газовое топливо, такое как CNG. Топливный бак 200 может быть выполнен с возможностью хранения жидкое топливо и газовое топливо вместе под относительно низким давлением по сравнению с традиционным хранением CNG (например, 200-250 атмосфер). Например, газовое топливо может добавляться до давления в 100 атмосфер. Таким образом, часть газового топлива может растворяться в жидком топливе. При 100 атмосферах, CNG может растворяться в бензине до точки, где 40% жидкой составляющей топлива в топливном баке 200 являются CNG. Топливный бак 200 может включать в себя датчик 211 давления, датчик 212 температуры и датчик 215 уровня жидкости (например, поплавковый датчик).
Жидкое топливо и/или газовое топливо могут подаваться из топливного бака 200 в цилиндры 14 двигателя 10 посредством топливной магистрали 220 для жидкого топлива и топливной магистрали 221 для газового топлива, направляющих-распределителей 205 и 206 для топлива и топливных форсунок 166A, 166B, 170A и 170B. В одном из примеров, газовое топливо может подаваться из топливного бака 200 посредством расположения трехходового клапана 224 переключения газового топлива для присоединения топливного бака 200 по текучей среде к топливной магистрали 221 для газового топлива и направляющей-распределителю 205 для газового топлива. Газовое топливо, подаваемое в топливную магистраль 205 для газового топлива, может подвергаться оконному впрыску топлива в цилиндр 14 газовой топливной форсункой 170A и может подвергаться непосредственному впрыску в цилиндр 14 газовой топливной форсункой 166A. Жидкое топливо, включающее в себя растворенное газовое топливо в жидком топливе, может подаваться из топливного бака 200 посредством работы подкачивающего топливного насоса 210. Топливная магистраль 220 для жидкого топлива может быть присоединена к нижней части топливного бака 200, для того, чтобы извлекать жидкое топливо из топливного бака 200 посредством подкачивающего топливного насоса 210. В некоторых случаях, подкачивающий топливный насос 210 может быть не включен в топливную систему 172. В таких вариантах осуществления, давление газового топлива, хранимого в топливном баке 200, может использоваться, чтобы выгонять жидкое топливо из топливного бака 200 в топливную магистраль 220. В вариантах осуществления, где подкачивающий топливный насос 210 не включен в состав, дополнительный клапан для жидкого топлива может быть присоединен к топливной магистрали 220, чтобы управлять потоком жидкого топлива через топливную магистраль 220. Если перепускной клапан 226 топливного сепаратора открыт, жидкое топливо может подаваться через перепускную топливную магистраль 228 в топливную магистраль 220 для жидкого топлива и направляющую-распределитель 206 для жидкого топлива, где жидкое топливо может непосредственно впрыскиваться в цилиндр 14 через жидкостную топливную форсунку 166B и/или подвергаться оконному впрыску топлива в цилиндр 14 через жидкостную топливную форсунку 170B.
В одном из примеров, направляющая-распределитель 205 для газового топлива может содержать направляющую-распределитель для газового топлива DI для непосредственного впрыска газового топлива посредством одной или более газовых топливных форсунок 170A DI и направляющую-распределитель для газового топлива PFI для оконного впрыска газового топлива через одну или более жидкостных топливных форсунок 170B PFI. В других примерах, может использоваться система впрыска только для газового топлива DI или только для газового топлива PFI. Более того, направляющая-распределитель 206 для жидкого топлива может содержать направляющую-распределитель для жидкого топлива DI для непосредственного впрыска жидкого топлива через одну или более жидкостных топливных форсунок 166B DI и направляющую-распределитель для жидкого топлива PFI для оконного впрыска жидкого топлива через одну или более жидкостных топливных форсунок 170B PFI. В других примерах, может использоваться система впрыска только для жидкого топлива DI или только для жидкого топлива PFI. Кроме того еще, топливный насос для газового топлива DI может быть предусмотрен выше по потоку от направляющей-распределителя для газового топлива DI и ниже по потоку от клапана 224 переключения газового топлива для подачи газового топлива под давлением в направляющую-распределитель для газового топлива DI. Кроме того еще, топливный насос для жидкого топлива DI может быть предусмотрен выше по потоку от направляющей-распределителя для жидкого топлива DI и ниже по потоку от перепускной топливной магистрали 228 для подачи жидкого топлива под давлением в направляющую-распределитель для жидкого топлива DI. Кроме того еще, одиночный топливный насос DI может использоваться для подачи как газового топлива, так и жидкого топлива. Хотя и не показано на Фиг. 2, топливный насос для жидкого топлива DI может быть топливным насосом высокого давления, содержащим приводимый в действие соленоидом входной запорный клапан, поршень и выходной запорный клапан, для подачи жидкого топлива высокого давления в направляющую-распределитель для жидкого топлива DI. Впрыск жидкого топлива через нагнетательный насос для жидкого топлива DI может смазывать поршень топливного насоса DI для жидкого топлива, тем самым, уменьшая износ и ухудшение характеристик насоса и ослабляя NVH насоса.
Если перепускной клапан 226 топливного сепаратора закрыт, жидкое топливо, подаваемое из топливного бака 200, может подаваться в топливный сепаратор 230. В качестве примера, топливный сепаратор 230 может содержать коалесцирующее устройство или другое известное устройство обработки для разделения жидкостей и газов. Топливный сепаратор 230 может содержать коалесцирующий фильтр 234 и расширительную камеру 232 на его расположенной ниже по потоку стороне, и зумпфовую камеру 236 на его расположенной выше по потоку стороне. Жидкое топливо может подаваться в зумпфовую камеру 236 и/или коалесцирующий фильтр 234 под давлением топлива подкачивающего топливного насоса 210. Перепад давления может поддерживаться на коалесцирующем фильтре 234, при этом давление в расширительной камере 232 может быть меньшим, чем давление топлива в зумпфовой камере 236. Например, перепад давления может поддерживаться посредством управления подкачивающим насосом 210, чтобы подводить достаточное давление. Более того, коалесцирующий фильтр может содержать фриттованный фильтр, такой как стальной фриттованный фильтр. Расширительная камера 232 также может быть описана в качестве коллекторной камеры.
В одном из примеров, перепад давления может поддерживаться на коалесцирующем фильтре 234 запорным клапаном 242, расположенным ниже по потоку от топливного сепаратора 230 и присоединенным по текучей среде к расширительной камере 232 через канал 240 стравливания газового топлива. Запорный клапан 242 может быть выполнен с возможностью открываться, когда давление выше по потоку от запорного клапана превышает пороговое давление, например, давление во впускном коллекторе. Выход запорного клапана 242, через канал 240 стравливания газового топлива, может быть присоединен по текучей среде к впускному коллектору и/или системе принудительной вентиляции картера (PCV) двигателя 10. Таким образом, отделенное газовое топливо может подаваться во впускной коллектор и/или картер двигателя, где оно может использоваться, чтобы содействовать понижению вязкости масла и смазыванию компонентов двигателя.
Например, давление в расширительной камере 232 может быть меньшим, чем пороговое давление. Давление в расширительной камере 232 может измеряться датчиком 238 давления и сообщаться в контроллер 12. В одном из примеров, пороговое давление может содержать давление, меньшее, чем 100 фунтов на квадратный дюйм. Ниже 100 фунтов на квадратный дюйм, растворимость CNG, метана и других видов газового топлива может понижаться, так что количество растворенного газового топлива в жидком топливе может быть очень низким. Например, растворимость газового топлива (объем газового топлива, растворенного в расчете на объем жидкого топлива) может иметь значение приблизительно 1 мл/мл на каждую атмосферу давления газового топлива. Соответственно, по поступлению в топливный сепаратор 230, газовое топливо, растворенное в жидком топливе, может выделяться из раствора и улетучиваться из жидкого топлива, и может передаваться через коалесцирующий фильтр 234 в расширительную камеру 232 и из топливного сепаратора 230 в направлении клапана 224 переключения газового топлива. Более того, расположение трехходового клапана 224 переключения газового топлива для присоединения по текучей среде топливного сепаратора к направляющей-распределителю 205 для газового топлива может подавать выделенное из раствора газовое топливо в направляющую-распределитель 205 для газового топлива. Впоследствии, выделенное из раствора газовое топливо может впрыскиваться в цилиндр 14 через газовые топливные форсунки 166A и 170A.
Улетучивание газового топлива из жидкого топлива может понижать температуры жидкого и газового топлива и может охлаждать коалесцирующий фильтр 234. Более того, пониженная температура жидкого топлива может уменьшать испаряемость жидкого топлива, так что вовлечение более легких составляющих углеводородного топлива в поток выделенного из раствора газового топлива может уменьшаться. Любые вовлеченные углеводородные составляющие из жидкого топлива, такие как остаточные бутаны, пентаны и гексаны, могут испаряться и вовлекаться выделенным из раствора газовым топливом в топливном сепараторе. Соответственно, октановое число жидкого топлива, таким образом, слегка повышается, тем временем, октановое число газового топлива может слегка понижаться. Более того, повторное сжатие газового топлива ниже по потоку от топливного сепаратора может конденсировать эти остаточные углеводородные составляющие.
Жидкое топливо, подаваемое в топливный сепаратор 230, может течь через зумпфовую камеру 236 и из топливного сепаратора 230 в направлении перепускной топливной магистрали 228 и топливной магистрали 220 для жидкого топлива. Часть жидкого топлива, подаваемого в топливный сепаратор 230, может конденсироваться в качестве капелек на и внутри коалесцирующего фильтра 234. По мере того, как капельки жидкого топлива текут через коалесцирующий фильтр 234, они могут сливаться и коалесцировать, тем самым, формируя большие капли, которые могут перемещаться под силой тяжести обратно в зумпфовую камеру 236.
Хотя, на Фиг. 2, зумпфовая камера 236, коалесцирующий фильтр 234 и расширительная камера 232 проиллюстрированы в качестве являющихся расположенными линейным образом, другие компоновки также могут быть включены в состав. Например, зумпфовая камера 236, коалесцирующий фильтр 234 и расширительная камера 232 могут быть расположены в концентрической конфигурации, в которой расширительная камера окружена коалесцирующим фильтром 234 и зумпфовой камерой 236, при этом топливо, текущее через и из топливного сепаратора 230, течет в осевом и/или радиальном направлении, что касается концентрической конфигурации. Более того, зумпфовая камера 236 может быть присоединена по текучей среде к расширительной камере 232 через коалесцирующий фильтр 234.
Таким образом, растворенное газовое топливо в жидком топливе может выделяться из раствора и отделяться от жидкого топлива перед впрыском жидкого топлива в цилиндр 14. Более того, газовое топливо может впрыскиваться отдельно от жидкого топлива в цилиндр 14 через газовые топливные форсунки 166A и 170A. Другими словами, газовое топливо может впрыскиваться только через газовые топливные форсунки, а жидкое топливо может впрыскиваться только через жидкостные топливные форсунки. Кроме того, только газовое топливо может впрыскиваться посредством выключения впрыска жидкого топлива, или только жидкое топливо может впрыскиваться посредством выключения впрыска газового топлива. Газовое топливо может содержать одно или более из сжатого природного газа (CNG), метана, пропана и бутана в качестве неограничивающих примеров наряду с тем, что жидкое топливо может содержать одно или более из бензина, спирта и дизельного топлива в качестве неограничивающих примеров.
Топливная система 172 показана присоединенной к системе 250 дозаправки топливом. Система 250 дозаправки топливом может быть присоединена к топливному баку 200 через клапан 218 доступа в бак. Клапан 218 доступа в бак может быть присоединен к трубопроводу 260 дозаправки топливом. Трубопровод 260 дозаправки топливом может включать в себя отверстие 255 дозаправки топливом высокого давления. отверстие 255 дозаправки топливом высокого давления может быть выполнено с возможностью принимать штуцер топливного насоса для находящегося под давлением газового топлива или штуцер топливного насоса, выполненный с возможностью подавать находящуюся под давлением смесь жидкого топлива и газового топлива. В некоторых случаях, второе отверстие дозаправки топливом может быть включено в состав, чтобы предоставлять возможность совместимости с более, чем одним, типом штуцера топливного насоса высокого давления - например, первое отверстие дозаправки топливом может быть выполнено с возможностью принимать смесь жидкого топлива и газового топлива под давлением, а второе отверстие дозаправки топливом может быть выполнено с возможностью принимать газовое топливо.
Доступ к отверстию 255 дозаправки топливом высокого давления может контролироваться замком 257 дозаправки топливом. В некоторых вариантах осуществления, замок 257 дозаправки топливом может быть запорным механизмом топливной крышки. Запорный механизм топливной крышки может быть выполнен с возможностью автоматически запирать топливную крышку в закрытом положении, так чтобы топливная крышка не могла открываться. Например, топливная крышка может оставаться запертой посредством замка 257 дозаправки топливом, в то время как давление в топливном баке больше, чем пороговое значение. Запорный механизм топливной крышки может быть защелкой или захватом, которые, когда введены в зацепление, предотвращают снятие топливной крышки. Защелка или захват могут запираться электрически, например, посредством соленоида или могут запираться механически, например, диафрагмой под давлением.
В некоторых вариантах осуществления, замок 257 дозаправки топливом может быть клапаном наливного патрубка, расположенным в устье трубопровода 260 дозаправки топливом. В таких вариантах осуществления, замок 257 дозаправки топливом может предотвращать вставку насоса дозаправки топливом в трубопровод 260 дозаправки топливом. Клапан наливного патрубка может запираться электрически, например, посредством соленоида или запираться механически, например, диафрагмой под давлением.
В некоторых вариантах осуществления, замок 257 дозаправки топливом может быть замком лючка дозаправки топливом, таким как защелка или захват, который запирает лючок дозаправки топливом, расположенный на панели кузова транспортного средства. Замок лючка дозаправки топливом может запираться электрически, например, посредством соленоида или запираться механически, например, диафрагмой под давлением.
В вариантах осуществления, где замок 257 дозаправки топливом запирается с использованием электрического механизма, замок 257 дозаправки топливом может отпираться командами контроллера 12. В вариантах осуществления, где замок 257 дозаправки топливом запирается с использованием механического механизма, замок 257 дозаправки топливом может отпираться посредством градиента давления.
Трубопровод 260 дозаправки топливом может быть присоединен к трубопроводу 280 дозаправки топливом низкого давления. Трубопровод 280 дозаправки топливом низкого давления может быть присоединен к буферному бачку 270. Буферный бачок 270 может включать в себя отверстие 265 дозаправки топливом низкого давления и датчик 275 жидкости. Трубопровод 280 дозаправки топливом низкого давления может включать в себя топливный насос 285 и запорный клапан 290. Топливный насос 285 может работать, только когда давление в топливном баке находится ниже порогового значения, и может работать, только когда есть уровень жидкости в буферном бачке 270, который определяется датчиком 275 жидкости. Таким образом, топливный насос 285 может не закачивать топливно-воздушную смесь в топливный бак 200. Кроме того, когда давление в топливном баке достигает порогового значения, топливный насос 285 может выключаться контроллером 12, заставляя жидкое топливо накапливаться в буферном бачке 270. Это может побуждать штуцер заправочной колонки для жидкого топлива низкого давления, введенный в контакт с отверстием 265 дозаправки топливом низкого давления, самостоятельно выключаться. Доступ к отверстию 265 дозаправки топливом может контролироваться замком 267 дозаправки топливом. Замок 267 дозаправки топливом может содержать один из примеров, описанных для замка 257 дозаправки топливом. Замки 257 и 267 дозаправки топливом дополнительно могут содержать иные механизмы.
Топливная система 172 может предоставлять жидкому топливу не под давлением (например, бензину, дизельному топливу, спирту, и т.д.), газовому топливу под давлением (например, CNG) и/или смеси жидкого и газового топлива под давлением (например, бензина и CNG, дизельного топлива и CNG, и т.д.) возможность добавляться в топливный бак 200 по необходимости до тех пор, пока давление в топливном баке меньше, чем максимально допустимое давление. Добавление топлива под давлением, в частности, не требует активного механизма управления. Когда жидкость определяется внутри расширительного бачка 270, топливный насос 285 может использоваться для нагнетания жидкого топлива в бак, если давление в баке меньше, чем максимально допустимое давление. Датчик 275 жидкости может использоваться для избегания закачивания воздуха в бак 270 и для избегания создания легковоспламеняющейся смеси внутри бака. Когда бак 270 полон (например, что касается давления или уровня жидкости), топливный насос 285 останавливается, жидкое топливо заполняет расширительный бачок 270, и штуцер заправочной колонки для жидкого топлива может перекрываться. В некоторых примерах, управляющая логика может применяться для уменьшения парообразующих выбросов из расширительного бачка 270 посредством приведения в действие топливного насоса 285 в более позднее время. Фиг. 5 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую примерный способ 500, который может использоваться для дозаправки топливом топливного бака 20 посредством топливной системы 172.
Как описано выше, в некоторых вариантах осуществления, топливная система 172 может включать в себя два отверстия дозаправки топливом высокого давления. В этом примере, первое отверстие дозаправки топливом высокого давления может быть выполнен с возможностью принимать предварительно находящуюся под давлением смесь жидкого топлива и газового топлива, а второе отверстие дозаправки топливом высокого давления может быть выполнено с возможностью принимать газовое топливо. Конструкция штуцер/отверстие, используемая первым отверстием дозаправки топливом высокого давления может отличаться от используемой вторым отверстием дозаправки топливом высокого давления, например, так чтобы правильное топливо подавалось в соответствующее отверстие.
Далее, с обращением к Фиг. 3, показано схематичное изображение двигателя 10 по Фиг. 1 и топливной системы 300, выполненных с возможностью работать на смеси газового топлива и жидкого топлива. Так как топливная система 300 может считаться модификацией топливной системы 172, аналогичные номера ссылки используются, где следует, причем, их функциональные возможности являются понятными из описания, приведенного выше.
В отличие от топливной системы 172, топливная система 300 не имеет расширительного бачка и топливного насоса на отверстии 265 дозаправки топливом низкого давления. По существу, добавление жидкого топлива может выполняться, когда давление в топливном баке 200 является приблизительно нулевым. Для сброса давления основного бака 200, по существу все (например, 90% или более) растворенное газовое топливо в основном баке может втягиваться в и расходоваться двигателем 10. В качестве альтернативы или дополнительно, может быть предусмотрен механизм, посредством которого основной бак 200 может подвергаться сбросу давления отведением растворенного газового топлива в атмосферу или в отдельный бак, не показанный на Фиг. 3. В этих вариантах осуществления, дозаправка топливом может выполняться без активного механизма управления: если по существу ненулевое давление (например, атмосферное или более высокое давление) существует в основном баке 200, запорный клапан 290 может предоставлять жидкому топливу возможность заполнять отверстие 265 дозаправки топливом низкого давления, и штуцер заправочной колонки для жидкого топлива низкого давления может автоматически перекрываться.
Фиг. 3 также показывает вспомогательный бак 304 и насос 306, который может быть по выбору включен в топливную систему 300 в некоторых вариантах осуществления. Вспомогательный бак 304 присоединен по текучей среде к основному баку 200, так чтобы основной бак мог подвергаться активному сбросу давления, чтобы предоставлять возможность дозаправки жидким топливом низкого давления. Управляющая логика может применяться для определения, на основании первого порогового значения, может ли давление в основном топливном баке 200 понижаться посредством нагнетания паров из основного бака во вспомогательный бак 304. Управляющая логика также может определять, на основании второго порогового значения, меньшего, чем первое пороговое значение, было ли понижено давление в основном баке 200 посредством откачки паров топлива во вспомогательный бак 204 до некоторой степени, из условия, чтобы отверстие 265 дозаправки топливом низкого давления могло быть открыто. Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую примерный способ 600 для дозаправки топливом бака 200 посредством топливной системы 300.
engine
engine,TH
engine
engine,TH
engine
engine,TH
Далее, с обращением к Фиг. 4, показана блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая примерный способ 400 для работы двигателя и топливной системы. Способ 400, например, может применяться для работы двигателя 10 по Фиг. 1 и одной или более из топливных систем 172 и 300 по Фиг. 2 и 3 соответственно. Способ 400 начинается на этапе 410, где измеряются и/или оцениваются условия работы двигателя, такие как состояние включения двигателя (EOC), температура двигателя, давление в топливной системе, крутящий момент двигателя, нагрузка двигателя, скорость вращения двигателя (скорость вращения в минуту, RPM), и тому подобное. Способ 400 переходит на этап 420, где он определяет, могут ли условия работы двигателя повышать выработку выбросов твердых частиц. на этапе 424, способ 400 определяет, является ли температура двигателя, T, меньшей, чем пороговая температура двигателя, T. Если T < T, капельки жидкого топлива могут переставать испаряться при ударении о металлические поверхности двигателя и, в силу этого, могут повышать выработку выбросов твердых частиц. Если T не меньше, чем T, способ 400 переходит на этап 428, где выработка твердых частиц определяется на основании скорости вращения и нагрузки двигателя. В качестве примера, способ 400 может обращаться к справочной таблице заданных скорости вращения и нагрузки двигателя, чтобы определять, могут ли выбросы твердых частиц повышаться в текущих условиях скорости вращения и нагрузки двигателя. Если способ 400 определяет, что выбросы твердых частиц могут не повышаться или являются низкими при текущих скорости вращения и нагрузке двигателя, способ 400 переходит на этап 430.
ambient
ambient,TH
ambient
ambient
ambient,TH
ambient
ambient,TH
fuelsys
fuelsys,TH
fuelsys
fuelsys,TH
fuelsys
На этапе 430, способ 400 определяет, может ли формирование пузырьков газового топлива происходить в топливной системе. На этапе 434, способ 400 определяет, является ли температура окружающей среды, T, большей, чем температура окружающей среды, T. T также может указывать ссылкой на измеренную или оцененную температуру под капотом или температуру топливной системы, как описано выше. Если T > T, пузырьки газового топлива могут формироваться во время подачи топлива в двигатель, и может снижаться надежность и устойчивость подачи топлива. В одном из примеров, объемный расход подачи топлива может понижаться вследствие расширения пузырьков газового топлива в топливной магистрали для жидкого топлива. В еще одном примере, формирование пузырьков газового топлива может вызывать образование пустот в топливной магистрали для жидкого топлива или в топливном насосе DI, понижая надежность подачи топлива и уменьшая готовность к работы двигателя. В еще одном другом примере, пузырьки топлива могут оказывать влияние на дозирование топлива топливными форсунками, таким образом, изменяя топливно-воздушное соотношение и ухудшая выбросы двигателя. Если T не больше, чем T, способ 400 переходит на этап 438, где он определяет, является ли давление в топливной системе, P, меньшим, чем пороговое давление в топливной системе, P. Если P < P, пузырьки газового топлива могут формироваться во время подачи топлива в двигатель, и может снижаться надежность и устойчивость подачи топлива. Как описано выше, P может определяться по одному или более датчиков давления, расположенных в топливной системе 172 и/или 300. Например, со ссылкой на Фиг. 2, давление в топливной системе может измеряться одним или более из датчика 212 давления в топливном баке 200, датчика 238 давления в топливном разделителе 230, датчика 223 давления в топливной магистрали 220 жидкого топлива и датчика давления в направляющей-распределителе 205 для газового топлива или направляющей-распределителе 206 для жидкого топлива.
fuelsys
fuelsys,TH
TH
TH
TH
Если, на этапе 438, P < P, способ 400 переходит на этап 440, где он определяет, является ли нагрузка двигателя меньшей, чем пороговая нагрузка двигателя, Load. Впрыск газового топлива (в особенности посредством оконного впрыска топлива) может вытеснять всасываемый воздух в цилиндре двигателя или впускном воздушном канале 146 двигателя. По существу, при высоких нагрузках двигателя выше Load, вытеснение всасываемого воздуха двигателя может понижать имеющийся в распоряжении крутящий момент двигателя и уменьшать готовность к работы, а растворенное газовое топливо может не отделяться от жидкого топлива, чтобы давать возможность впрыска растворенного газового топлива в жидком топливе. Если нагрузка двигателя не меньше, чем Load, способ 400 переходит на этап 460, где он открывает перепускной клапан 226 топливного сепаратора, тем самым, направляя растворенное газовое топливо и жидкое топливо в перепускную топливную магистраль 228 и топливную магистраль 220 для жидкого топлива. Более того, способ 400 может позиционировать клапан 224 переключения газового топлива для соединения топливного бака 200 по текучей среде с топливной магистралью 221 для газового топлива. Затем, на этапе 464, смесь растворенного газового топлива и жидкого топлива может впрыскиваться через направляющую-распределитель 206 для жидкого топлива и жидкостные топливные форсунки 166A и 170A в двигатель. Так как способ 400 определяет, что условия работы двигателя не благоприятны для вырабатывания выбросов твердых частиц на этапе 420 и не благоприятны для формирования пузырьков газового топлива на этапе 430, смесь растворенного газового топлива и жидкого топлива может впрыскиваться в двигатель наряду с сохранением надежности и устойчивости подачи топлива. После 464, способ 400 заканчивается.
engine
engine,TH
ambient
ambient,TH
fuelsys
fuelsys,TH
TH
Если, на этапе 424, T< T, на этапе 428, выработка твердых частиц может возрастать, на этапе 434, T > T, на этапе 438, P < P, или, на этапе 440, нагрузка двигателя < Load, способ 400 приступает к выделению из раствора и отделению газового топлива от жидкого топлива. На этапе 470, способ 400 закрывает перепускной клапан топливного сепаратора и позиционирует клапан 224 переключения газового топлива, чтобы соединял топливный сепаратор 230 и топливную магистраль 221 для газового топлива. Затем, на этапе 472, способ 400 направляет растворенное газовое топливо и жидкое топливо в топливный сепаратор 230, например, через подкачивающий топливный насос 210. В качестве альтернативы, давление в топливном баке 210 может передавать топливо из топливного бака 210. На этапе 474, газовое топливо выделяется из раствора и отделяется от жидкого топлива в топливном сепараторе 230. В качестве примера, перепад давления на коалесцирующем фильтре 234 может выделять из раствора газовое топливо, в силу чего, газовое топливо течет через коалесцирующий фильтр 234 в расширительную камеру 232 и из топливного сепаратора 230 через клапан 224 переключения газового топлива в топливную магистраль 221 для газового топлива. В качестве примера, давление в расширительной камере может быть меньшим, чем пороговое давление, например, меньшим, чем 100 фунтов на квадратный дюйм, чтобы без задержки выделять из раствора газовое топливо из жидкого топлива. Капельки жидкого топлива могут конденсироваться на коалесцирующем фильтре 234, где они могут сливаться, а затем, выпадать обратно в зумпфовую камеру 236, где большая часть жидкого топлива собирается перед вытеканием из топливного сепаратора 230 в перепускную топливную магистраль 228 для жидкого топлива и топливную магистраль 220 для жидкого топлива. После того, как газовое топливо и жидкое топливо разделены в топливном сепараторе 230, газовое топливо и жидкое топливо могут раздельно впрыскиваться в двигатель через систему впрыска газового топлива и систему впрыска жидкого топлива, соответственно, на этапе 476 и 478. Способ 400 заканчивается вслед за 476 и 478.
Далее, с обращением к Фиг. 5, блок-схема последовательности операций способа иллюстрирует примерный способ 500 для дозаправки топливом топливной системы, имеющей основной топливный бак, выполненный с возможностью хранения как жидкое топливо, так и газовое топливо. Способ 500, например, может использоваться для дозаправки топливом топливного бака 20 посредством топливной системы 172 по Фиг. 2.
На этапе 502 способа 500, определяется, требуется ли дозаправка топливом основного топливного бака. Желание дозаправить основной топливный бак может указываться различными пригодными способами. Например, водитель транспортного средства может запрашивать дозаправку топливом посредством пригодного интерфейса. В качестве альтернативы или дополнительно, открывание наружной дверцы отверстия дозаправки топливом выше по потоку от основного топливного бака может указывать желание осуществить дозаправку топливом. В качестве еще одного примера, близость транспортного средства к заправочной станции может указывать желание осуществить дозаправку топливом. Близость транспортного средства может определяться посредством различных пригодных механизмов, таких как (глобальная система определения местоположения) GPS-система, описанная выше, или посредством данных местоположения, полученных иным образом - например, через прямую связь между транспортным средством и заправочной станцией. Если определено, что дозаправка топливом основного топливного бака не требуется (Нет), способ 500 заканчивается. Если определено, что требуется дозаправка основного топливного бак (Да), способ 500 переходит на этап 504.
На этапе 504 способа 500, определяется, присутствует ли жидкое топливо в расширительном бачке (например, расширительном бачке 270 по Фиг. 2) топливной системы. Датчик уровня жидкости, такой как поплавковый датчик (например, поплавковый датчик 215 по Фиг. 2), расположенный в расширительном бачке, может использоваться для определения, присутствует ли жидкое топливо в расширительном бачке. В некоторых вариантах осуществления, уровни жидкого топлива ниже порогового значения могут обрабатываться, как если бы жидкое топливо отсутствовало в расширительном бачке. Посредством выявления присутствия жидкого топлива в расширительном бачке, закачивание воздуха в основной топливный бак может избегаться, в свою очередь, избегая создания легковоспламеняющейся топливной смеси внутри основного топливного бака. Если определено, что жидкое топливо не присутствует в расширительном бачке (Нет), способ 500 возвращается на этапе 502. Если, взамен, определено, что жидкое топливо присутствует в расширительном бачке (Да), способ 500 переходит на этап 506.
На этапе 506 способа 500, определяется, превышает ли давление в основном топливном баке пороговое давление, или превышает ли уровень жидкого топлива в основном топливном баке пороговый уровень. Различные пригодные механизмы могут применяться для измерения давления и/или уровня жидкости в основном топливном баке - например, датчик 211 давления (Фиг. 2) и датчик 215 уровня жидкости (Фиг. 2) могут соответственно использоваться для определения давления и уровня жидкости в основном топливном баке. Если определено, что давление в основном топливном баке превышает пороговое давление, или что уровень жидкости в основном топливном баке превышает пороговый уровень (Да), способ 500 заканчивается, и дозаправка топливом запрещается. Если, взамен, определено, что давление в основном топливном баке не превышает пороговое давление, и что уровень жидкости в основном топливном баке не превышает пороговый уровень (Нет), способ 500 переходит на этап 508.
На этапе 508 способа 500, предоставляется возможность дозаправки топливом, и жидкое топливо нагнетается из расширительного бачка в основной топливный бак. Например, топливный насос 285 по Фиг. 2 может использоваться для нагнетания жидкого топлива. По инициированию перекачки жидкого топлива из расширительного бачка в основной топливный бак на этапе 508, способ 500 возвращается на этапе 504 и условно на этапе 506, так что присутствие жидкого топлива в расширительном бачке, а также давление и уровень жидкости в основном баке могут оцениваться на повторяющейся основе, чтобы надлежащим образом управлять нагнетанием жидкого топлива. Как описано выше, если жидкого топлива нет в расширительном бачке, как определено на этапе 504, или если давление или уровень жидкости в основном топливном баке превышают соответствующие пороговые значения, как определено на этапе 506, способ 500 заканчивается, и заканчивается нагнетание жидкого топлива из расширительного бачка в основной топливный бак. Подобным образом, дозаправке газовым топливом основного топливного бака может предоставляться возможность, если определено, что давление и уровень жидкости в основном топливном баке находятся ниже своих соответствующих пороговых значений, как определено на этапе 506. Предоставление возможности дозаправки газовым топливом, например, может включать в себя открывание замка 257 дозаправки топливом на отверстии 255 дозаправки топливом высокого давления.
Нагнетание жидкого топлива из расширительного бачка в основной топливный бак на этапе 508 может включать в себя, на этапе 509, определение объема топлива, которым следует дозаправлять основной топливный бак, на основании температуры подвода топлива и температуры основного топливного бака. Например, температура подвода топлива может оцениваться или измеряться посредством датчика температуры, расположенного на отверстии 265 дозаправки топливом низкого давления, наряду с тем, что температура основного топливного бака может измеряться посредством датчика 212 температуры. Здесь, объем топлива может определяться на основании разности между температурой подвода топлива и температурой основного топливного бака, и максимальной температуры, которая может допускаться основным топливным баком во время работы транспортного средства. Определение объема топлива таким образом учитывает повышения давления в основном топливном баке, обусловленные повышениями температуры. Без учета таких повышений давления, объем топлива при относительно низкой температуре может подаваться в основной топливный бак, а позже, превышать максимально допустимое давление в основном топливном баке по мере того, как объем топлива нагревается. Определение объема топлива может включать в себя осуществление доступа к справочным таблицам, которые ассоциативно связывают температуры подвода топлива и температуры основного топливного бака с объемами топлива, специфичными для типов используемого жидкого и газового топлива, и растворимости газовых видов топлива в жидких видах топлива.
Затем, на этапе 510 способа 500, топливный насос по выбору может приводиться в действие после того, как прошла пороговая продолжительность времени вслед за определением, что давление или уровень жидкости в основном топливном баке у основного бака превысили соответствующие пороговые значения. Здесь, приведение в действие топливного насоса спустя пороговую продолжительность времени может уменьшать парообразующие выбросы из расширительного бачка. Вслед за 510, способ 500 заканчивается.
Далее, с обращением к Фиг. 6, блок-схема последовательности операций способа иллюстрирует еще один примерный способ 600 для дозаправки топливом топливной системы, имеющей основной топливный бак, выполненный с возможностью хранения жидкое топливо. Способ 600, например, может использоваться для дозаправки топливом топливного бака 20 посредством топливной системы 300 по Фиг. 3.
На этапе 602 способа 600, определяется, требуется ли дозаправка топливом основного топливного бака. Как описано выше со ссылкой на этапе 602 способа 600, желание дозаправить топливом основной бак может указываться запросом водителя транспортного средства, открыванием наружной дверцы отверстия дозаправки топливом, данными местоположения, указывающими близость транспортного средства к заправочной станции, посредством прямой связи между транспортным средством и заправочной станцией, и т.д. Если определено, что дозаправка топливом основного топливного бака не требуется (Нет), способ 600 заканчивается. Если определено, что требуется дозаправка основного топливного бак (Да), способ 600 переходит на этап 604.
На этапе 604 способа 600, определяется, находится ли давление в основном топливном баке ниже первого порогового давления. Датчик 211 давления по Фиг. 2, например, может использоваться для измерения давления в основном топливном баке. Если определено, что давление в основном топливном баке не находится ниже первого порогового давления (Нет), способ 600 заканчивается, и дозаправка топливом основного бака запрещается. Если, взамен, определено, что давление в основном топливном баке находится ниже первого порогового давления (Да), способ 600 переходит на этап 606.
На этапе 606 способа 600, определяется, находится ли давление в основном топливном баке ниже второго порогового давления. В этом примере, второе пороговое давление меньше, чем первое пороговое давление. Если определено, что давление в основном топливном баке не находится ниже второго порогового давления (Нет), способ 600 переходит на этап 608, где пары нагнетаются из основного топливного бака во вспомогательный бак, выполненный с возможностью принимать пары из основного топливного бака. Со ссылкой на Фиг. 3, пары, например, могут нагнетаться насосом 306 из топливного бака 200 во вспомогательный бак 304. Таким образом, основной топливный бак может дозаправляться топливом, что касается случаев, в которых давление в основном топливном баке находится между первым и вторым пороговыми давлениями, посредством нагнетания паров из основного топливного бака во вспомогательный бак. Способ 600 может быть приспособлен к вариантам осуществления, в которых топливная система не включает в себя вспомогательный бак; в этом примере, основной топливный бак может подвергаться сбросу давления посредством втягивания по существу всего газового топлива в основном топливном баке в двигатель, или, в других примерах, посредством отведения газового топлива в атмосферу или в другой бак, будь таковой в распоряжении.
Если, взамен, определено, что давление в основном топливном баке находится ниже второго порогового давления (Да), способ 600 переходит на этап 610, где предоставлена возможность дозаправки основного топливного бака жидким топливом. Дозаправка топливом на этапе 610 может включать в себя указание водителю транспортного средства, что предоставлена возможность дозаправки топливом, и/или отпирание или открывание дверцы люка отверстия дозаправки топливом. Дозаправке газовым топливом также может быть предоставлена возможность на этапе 610, которая, например, может включать в себя открывание замка 257 дозаправки топливом на отверстие 255 дозаправки топливом высокого давления.
Дозаправка основного бака жидким топливом на этапе 610 может включать в себя, на этапе 612, определение объема топлива, которым следует дозаправлять основной топливный бак, на основании температуры подвода топлива и температуры основного топливного бака. Объем топлива может определяться описанным выше образом со ссылкой на этапе 509 способа 500. Как описано выше, определение объема топлива может учитывать повышения давления, которые могут возникать по мере того, как топливо нагревается, и может включать в себя осуществление доступа к справочным таблицам, которые ассоциативно связывают температуры подвода топлива и температуры основного топливного бака с объемами топлива, специфичными для типов используемого жидкого и газового топлива, и растворимости газовых видов топлива в жидких видах топлива. Вслед за этапом 612, способ 600 заканчивается.
Таким образом, как показано и описано, способы 500 и 600 могут использоваться для дозаправки топливного бака, выполненного с возможностью хранения как жидкие, так и газовые виды топлива, жидким топливом. Несмотря на то, что подходы, описанные в материалах настоящего описания, не ограничены каким-нибудь конкретным типом газового или жидкого топлива, использование CNG (например, метана) в комбинации с бензином, в частности, может уменьшать детонацию в двигателе наряду с расширением запаса хода и рабочих характеристик транспортного средства. Способы 400, 500 и 600 могут храниться в качестве машиночитаемых команд на запоминающем носителе и исполняться логической подсистемой - например, способы могут храниться в ОЗУ 112 контроллера 12 и приводиться в исполнение ЦПУ 106.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по сути, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.