Способ подачи топлива в двигатель - RU2656174C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к системам и способам подачи газового топлива и жидкого топлива в систему двигателя, а также к топливной системе.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Сжатый природный газ (CNG) является высокооктановым топливом, которое полезно для уменьшения детонации в двигателе, для снижения выбросов углеводородов при событиях холодного запуска и для снижения 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. Однако, включение в состав отдельных топливных баков, одного бака для газового топлива и одного бака для жидкого топлива, может не быть применимым на транспортных средствах вследствие пространственных ограничений. Предпочтительная система может быть системой, которая хранит жидкое топливо и находящееся под давлением газовое топливо вместе в одном и том же топливном баке. В частности, CNG является по существу растворимым в бензине или дизельном топливе, когда хранится вместе под относительно низким давлением (~100 фунтов на квадратный дюйм).

Авторы в материалах настоящего описания выявили потенциальные проблемы у вышеприведенного подхода. А именно, точность дозирования топлива может снижаться, так как жидкое топливо, подаваемое из топливного бака, может содержать в себе смесь жидкого топлива и растворенного газового топлива, а газовое топливо может формировать пузырьки во время впрыска топлива. Более того, формирование пузырьков газового топлива может неблагоприятно изменять распыление впрыскиваемого топлива в двигателе, снижая экономию топлива и коэффициент полезного действия двигателя.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один из подходов, который по меньшей мере частично преодолевает вышеприведенные проблемы, включает в себя способ для двигателя, включающий в себя этапы, на которых:

подают топливо, на борту транспортного средства, из топливного бака в топливный сепаратор, причем топливо содержит газовое топливо, растворенное в жидком топливе;

выделяют газовое топливо из жидкого топлива в топливном сепараторе; и

отделяют газовое топливо от жидкого топлива в топливном сепараторе.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых впрыскивают выделенное газовое топливо в двигатель через газовую топливную форсунку и впрыскивают жидкое топливо в двигатель через жидкостную топливную форсунку.

В одном из вариантов предложен способ, в котором выделение газового топлива из жидкого топлива включает в себя этап, на котором фильтруют топливо посредством коалесцирующего фильтра в топливном сепараторе.

В одном из вариантов предложен способ, в котором выделение газового топлива из жидкого топлива включает в себя этап, на котором понижают давление топлива ниже порогового давления.

В одном из вариантов предложен способ, в котором давление в расширительной камере фильтра меньше, чем 100 фунтов на квадратный дюйм.

В одном из вариантов предложен способ, в котором газовое топливо отделяют от жидкого топлива в местоположении выше по потоку от топливной форсунки.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых выделяют и отделяют газовое топливо от жидкого топлива в топливном сепараторе при нагрузке двигателя меньше, чем пороговая нагрузка.

В еще одном аспекте изобретения предложен способ подачи топлива в двигатель, включающий в себя этапы, на которых:

хранят топливо, на борту транспортного средства, в топливном баке, причем топливо содержит газовое топливо, растворенное в жидком топливе;

в первом состоянии,

выделяют и отделяют газовое топливо от жидкого топлива в топливном сепараторе, и подают газовое топливо и жидкое топливо в топливные форсунки; и

во втором состоянии,

подают смешанное топливо из топливного бака в топливные форсунки при обхождении топливного сепаратора.

В одном из вариантов предложен способ, в котором первое состояние включает в себя нагрузку двигателя меньшую, чем пороговая нагрузка двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором первое состояние включает в себя температуру двигателя меньшую, чем пороговая температура двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором первое состояние включает в себя давление в топливной системе меньшее, чем пороговое давление, или температуру окружающей среды меньшую, чем пороговая температура.

В одном из вариантов предложен способ, в котором второе состояние включает в себя нагрузку двигателя большую, чем пороговая нагрузка двигателя, температуру двигателя большую, чем пороговая температура двигателя, давление в топливной системе большее, чем пороговое давление, или температуру окружающей среды большую, чем пороговая температура.

В одном из вариантов предложен способ, в котором топливные форсунки содержат газовые топливные форсунки и жидкостные топливные форсунки, и дополнительно включающий в себя этапы, на которых подают газовое топливо в газовые топливные форсунки и подают жидкое топливо и смешанное топливо в жидкостные топливные форсунки.

В одном из вариантов предложен способ, в котором выделение газового топлива включает в себя этап, на котором понижают давление топлива в топливном сепараторе ниже 100 фунтов на квадратный дюйм.

В одном из вариантов предложен способ, в котором выделение газового топлива дополнительно включает в себя этап, на котором фильтруют топливо через коалесцирующий фильтр.

В еще одном аспекте, топливная система может содержать топливный бак на борту транспортного средства, содержащий газовое топливо, растворенное в жидком топливе;

систему впрыска топлива ниже по потоку от топливного бака, содержащую газовые топливные форсунки и жидкостные топливные форсунки; и

топливный сепаратор, присоединенный по текучей среде между топливным баком и системой впрыска топлива.

В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая перепускной клапан, присоединенный по текучей среде между топливным баком и системой впрыска топлива, при этом при открывании перепускного клапана топливо из топливного бака подается в систему впрыска топлива в обход топливного сепаратора.

В одном из вариантов предложена система, в которой топливный сепаратор содержит коалесцирующий фильтр и расширительную камеру ниже по потоку от коалесцирующего фильтра, при этом

давление в расширительной камере меньше, чем давление выше по потоку от коалесцирующего фильтра, и

при фильтрации топлива через коалесцирующий фильтр, газовое топливо выделяется в расширительную камеру, а жидкое топливо коалесцируется и удерживается выше по потоку от коалесцирующего фильтра.

В одном из вариантов предложена система, в которой коалесцирующий фильтр содержит фриттованный фильтр.

В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая контроллер, содержащий команды, исполняемые для:

в первом состоянии,

выделения и отделения газового топлива от жидкого топлива в топливном сепараторе и подачи газового топлива и жидкого топлива в топливные форсунки; и

во втором состоянии,

подачи смешанного топлива из топливного бака в топливные форсунки при обхождении топливного сепаратора.

Таким образом, технический результат может достигаться за счет того, что совместное распыление впрыскиваемого топлива в цилиндрах двигателя может поддерживаться наряду с обеспечением более надежного и точного управления впрыском топлива, так что выбросы двигателя могут понижаться, а экономия топлива и коэффициент полезного действия двигателя могут повышаться. 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 работы на смеси газового топлива и жидкого топлива.

Фиг. 3 показывает блок-схему последовательности операций примерного способа работы двигателя и топливной системы по фиг. 1-2.

Фиг. 4 показывает примерную временную диаграмму для работы двигателя и топливной системы по фиг. 1-2.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее описание относится к системам и способам подачи газового топлива и жидкого топлива в систему двигателя и топливную систему. Примерная система двигателя внутреннего сгорания с топливной системой проиллюстрирована на фиг. 1 и 2. Фиг. 3 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа работы системы двигателя и топливной системы, чтобы подавать газовое топливо и/или жидкое топливо в двигатель. Фиг. 4 - примерная временная диаграмма, представляющая подачу газового топлива и/или жидкого топлива из топливной системы в двигатель во время различных условий работы двигателя.

Далее, с обращением к фиг. 1, она 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 работу двигателя с детонацией.

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 рабочих режимах. 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 не ограничивающего 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.

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 испарения, 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. В некоторых примерах, 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 200, таким образом, может хранить или содержать в себе смешанное топливо. 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 впрыска во впускной канал, в других вариантах осуществления, обе форсунки 166 и 170 могут быть выполнены в виде топливных форсунок впрыска во впускной канал 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 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 считывания зажигания (PIP) с датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 140; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; 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. 3 и 4.

Далее, с обращением к фиг. 2, она показывает схематичное изображение многоцилиндрового двигателя в соответствии с настоящим раскрытием. Как изображено на фиг. 1, 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 170A и 170B изображены в качестве топливной форсунки непосредственного впрыска, а топливные форсунки 166A и 166B 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. Одна или более топливные 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 хранить 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.

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 166A и может подвергаться непосредственному впрыску в цилиндр 14 жидкостной топливной форсункой 170B. 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 170B и/или подвергаться оконному впрыску топлива в цилиндр 14 через жидкостную топливную форсунку 166B. В случае топливных систем, содержащих более чем один топливных баков, содержащих газовое топливо и жидкое топливо, хранимые в них, каждый топливный бак может быть присоединен по текучей среде к топливному сепаратору 230, чтобы давать возможность разделения газового топлива и жидкого топлива перед впрыском топлива.

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 170B DI и направляющую-распределитель для жидкого топлива PFI для оконного впрыска жидкого топлива через одну или более жидкостных топливных форсунок 166B 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 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 211 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 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 газовое топливо в направляющую-распределитель 205 для газового топлива. Впоследствии, выделенное газовое топливо может впрыскиваться в цилиндр 14 через газовые топливные форсунки 170A и 166A.

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 газового топлива может уменьшаться. Любые вовлеченные углеводородные составляющие из жидкого топлива, такие как остаточные бутаны, пентаны и гексаны, могут испаряться и вовлекаться выделенным 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 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 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 170A и 166A. 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 не ограничивающих примеров наряду с тем, что жидкое топливо может содержать одно или более из бензина, спирта и дизельного топлива в качестве не ограничивающих примеров.

Например, впрыск газового топлива может быть повышенным, так как газовое топливо может иметь более низкую стоимость, более низкую углеродную интенсивность (например, более низкое формирование CO₂), более высокое октановое число, и тому подобное, относительно жидкого топлива. Однако, на высоких нагрузках двигателя (особенно при оконном впрыске топлива газовым топливом), впрыск только газового топлива без впрыска жидкого топлива может понижать пригодность к работы двигателя, так как газовое топливо может вытеснять воздух (например, всасываемый воздух, поступающий в цилиндр, и/или во впускном воздушном канале) и уменьшать коэффициент полезного действия двигателя (например, неблагоприятно изменять топливно-воздушное соотношение). Таким образом, при нагрузках двигателя, больших, чем пороговая нагрузка, может выполняться впрыск растворенного газового топлива в жидком топливе. Более того, при нагрузках двигателя, больших, чем пороговая нагрузка, и когда оконный впрыск топлива включен (ON), может выполняться впрыск растворенного газового топлива в жидком топливе.

Отделение растворенного газового топлива от жидкого топлива может выполняться, когда условия работы двигателя и условия топливной системы могут приводить к проблемам подачи топлива, проистекающим из формирования пузырьков газового топлива в жидком топливе. Например, при высоких температурах топливной системы (например, высокой температуры окружающей среды или высокой температуры под капотом), при низком давлении в топливной системе, газовое топливо вероятно может формировать пузырьки по мере того, как растворенное газовое топливо в жидком топливе передается через топливную систему в направлении цилиндра. Таким образом, в условиях, где температура окружающей среды больше, чем пороговая температура окружающей среды, температура под капотом больше, чем пороговая температура под капотом, или давление в топливной системе находится ниже, чем пороговое давление в топливной системе, перепускной клапан 226 топливного сепаратора может закрываться, чтобы направлять жидкое топливо через топливный сепаратор 230, тем самым, отделяя растворенное газовое топливо от жидкого топлива, чтобы уменьшать формирование пузырьков газового топлива и повышать надежность и устойчивость подачи топлива. Температура окружающей среды и температура под капотом могут измеряться одним или более датчиков температуры, установленных под капотом транспортного средства (например, возле топливных магистралей 228, 220, или возле направляющей-распределителя 230 для топлива, или датчиком 212 температуры топливного бака 200), установленных на переднем бампере транспортного средства или за передней облицовкой радиатора транспортного средства. Давление в топливной системе может измеряться одним или более датчиков давления, расположенных в топливной системе 172. Например, давление в топливной системе может измеряться одним или более из датчика 212 давления в топливном баке 200, датчика 211 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.

Растворенное газовое топливо также может отделяться от жидкого топлива во время условий, когда температура двигателя меньше, чем пороговая температура двигателя, так как выбросы твердых частиц могут возрастать, когда капельки топлива ударяются о более холодные металлические поверхности в двигателе и перестают испаряться. Более того, количества жидкого топлива на металлических поверхностях также могут увеличиваться в определенных условиях скорости вращения двигателя и нагрузки двигателя, где гидроаэродинамика воздуха в системе двигателя вовлекает и направляет факел распыла топлива ближе к стенкам системы двигателя, таким как стенки цилиндра. Поэтому, управление конфигурацией факела распыла топливной форсунки может помогать регулированию формирования выбросов твердых частиц во время определенных условий работы, когда вероятны выбросы твердых частиц. В одном из примеров, справочная таблица может использоваться системой 13 управления, чтобы предопределять условия нагрузки двигателя и скорости вращения двигателя, когда может возникать формирование твердых частиц. По существу, в этих заданных условиях нагрузки двигателя и скорости вращения двигателя, растворенное газовое топливо может отделяться от жидкого топлива, так чтобы впрыск жидкого топлива мог уменьшаться (а впрыск газового топлива мог увеличиваться) для снижения выбросов твердых частиц.

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 высокого давления может быть включено в состав, чтобы предоставлять возможность совместимости с более чем одним типом штуцера топливного насоса высокого давления.

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 считывается 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.

Таким образом, топливная система может содержать топливный бак на борту транспортного средства, топливный бак включает в себя газовое топливо, растворенное в жидком топливе, систему впрыска топлива ниже по потоку от топливного бака, система впрыска топлива включает в себя газовые топливные форсунки и жидкостные топливные форсунки, а топливный сепаратор присоединен по текучей среде между топливным баком и системой впрыска топлива. Топливная система дополнительно может содержать перепускной клапан, присоединенный по текучей среде между топливным баком и системой впрыска топлива, при этом при открывании перепускного клапана, топливо из топливного бака подается в систему впрыска топлива при обхождении топливного сепаратора. Топливный сепаратор может содержать коалесцирующий фильтр и расширительную камеру ниже по потоку от коалесцирующего фильтра, при этом давление в расширительной камере меньше, чем давление выше по потоку от коалесцирующего фильтра, а по фильтрации топлива через коалесцирующий фильтр, газовое топливо выделяется в расширительную камеру, а жидкое топливо коалесцируется и удерживается выше по потоку от коалесцирующего фильтра. Коалесцирующий фильтр может содержать стальной фриттованный фильтр. Более того, топливная система дополнительно может содержать контроллер, включающий в себя команды, исполняемые, чтобы, в первом состоянии, выделять и отделять газовое топливо от жидкого топлива в топливном сепараторе, и подавать газовое топливо и жидкое топливо в топливные форсунки, а во втором состоянии, подавать топливо из топливного бака в топливные форсунки при обхождении топливного сепаратора.

Далее, с обращением к фиг. 3, она иллюстрирует примерную блок-схему последовательности операций способа 300 работы системы двигателя и топливной системы. Способ 300 может выполняться согласно стратегии управления контроллера 12 системы 13 управления. Способ 300 начинается на этапе 310, 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 300 переходит на этап 320, где он определяет, могут ли условия работы двигателя повышать выработку выбросов твердых частиц. На этапе 324, способ 300 определяет, является ли температура двигателя, T_engine, меньшей, чем пороговая температура двигателя, T_engine,TH. Если T_engineengine,TH, капельки жидкого топлива могут переставать испаряться при ударении о металлические поверхности двигателя и, в силу этого, могут повышать выработку выбросов твердых частиц. Если T_engine не меньше, чем T_engine,TH, способ 300 переходит на этап 328, где выработка твердых частиц определяется на основании скорости вращения и нагрузки двигателя. В качестве примера, способ 300 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 300 определяет, что выбросы твердых частиц могут не повышаться или являются низкими при текущих скорости вращения и нагрузке двигателя, способ 300 переходит на этап 330.

На этапе 330, способ 300 определяет, может ли формирование пузырьков газового топлива происходить в топливной системе на этапе 334, способ 300 определяет, является ли температура окружающей среды, T_ambient, большей, чем температура окружающей среды, T_ambient,TH. T_ambient также может указывать ссылкой на измеренную или оцененную температуру под капотом или температуру топливной системы, как описано выше. Если T_ambient>T_ambient,TH, 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_ambient не больше, чем T_ambient,TH, способ 300 переходит на этап 338, где он определяет, является ли давление в топливной системе, P_fuelsys, меньшим, чем пороговое давление в топливной системе, P_fuelsys,TH. Если P_fuelsysfuelsys,TH, пузырьки газового топлива могут формироваться во время подачи топлива в двигатель, и может снижаться надежность и устойчивость подачи топлива. Как описано выше, P_fuelsys может определяться по одному или более датчиков давления, расположенных в топливной системе 172. Например, давление в топливной системе может измеряться одним или более из датчика 212 давления в топливном баке 200, датчика 211 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.

Если, на этапе 338, P_fuelsysfuelsys,TH, способ 300 переходит на этап 340, где он определяет, является ли нагрузка двигателя меньшей, чем пороговая нагрузка двигателя, Load_TH. 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_TH, вытеснение всасываемого воздуха двигателя может понижать имеющийся в распоряжении крутящий момент двигателя и уменьшать готовность к работе, 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_TH, способ 300 переходит на этап 360, 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 300 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 364, смесь растворенного газового топлива и жидкого топлива может впрыскиваться через направляющую-распределитель 206 для жидкого топлива и жидкостные топливные форсунки 166A и 166B в двигатель. Так как способ 300 определяет, что условия работы двигателя не благоприятны для вырабатывания выбросов твердых частиц на этапе 320 и не благоприятны для формирования пузырьков газового топлива на этапе 330, смесь растворенного газового топлива и жидкого топлива может впрыскиваться в двигатель наряду с сохранением надежности и устойчивости подачи топлива. После 364, способ 300 заканчивается.

Если, на этапе 324, T_engineengine,TH, на этапе 328, выработка твердых частиц может возрастать, на этапе 334, T_ambient>T_ambient,TH, на этапе 338, P_fuelsysfuelsys,TH, или, на этапе 340, нагрузка двигателяTH, способ 300 приступает к выделению и отделению газового топлива от жидкого топлива на этапе 370, способ 300 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 372, способ 300 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 374, газовое топливо выделяется и отделяется от жидкого топлива в топливном сепараторе 230. В качестве примера, перепад давления на коалесцирующем фильтре 234 может выделять 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 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 376 и 378. Способ 300 заканчивается вслед за 376 и 378.

Таким образом, способ двигателя может содержать, на борту транспортного средства, подачу топлива из топливного бака в топливный сепаратор, при этом топливо содержит газовое топливо, растворенное в жидком топливе, выделение газового топлива из жидкого топлива в топливном сепараторе, отделение газового топлива от жидкого топлива в топливном сепараторе. Способ дополнительно может содержать впрыск выделенного газового топлива в двигатель через газовую топливную форсунку и впрыск жидкого топлива в двигатель через жидкостную топливную форсунку. Более того, выделение газового топлива из жидкого топлива может содержать фильтрование топлива посредством коалесцирующего фильтра в топливном сепараторе. Кроме того еще, выделение газового топлива из жидкого топлива может содержать понижение давления топлива ниже порогового давления. Кроме того еще, пороговое давление может содержать 100 фунтов на квадратный дюйм. Кроме того еще, газовое топливо может отделяться от жидкого топлива выше по потоку от топливной форсунки. Способ дополнительно может содержать выделение и отделение газового топлива от жидкого топлива в топливном сепараторе при нагрузке двигателя меньше, чем пороговая нагрузка.

Таким образом, способ подачи топлива в двигатель может содержать, на борту транспортного средства, хранение топлива в топливном баке, при этом топливо содержит газовое топливо, растворенное в жидком топливе, в первом состоянии, выделение и отделение газового топлива от жидкого топлива в топливном сепараторе и подачу газового топлива и жидкого топлива в топливные форсунки, а во втором состоянии, подачу топлива из топливного бака в топливные форсунки при обхождении топливного сепаратора. Первое состояние может включать в себя нагрузку двигателя меньшую, чем пороговая нагрузка двигателя. Более того, первое состояние может включать в себя состояние, в котором температура двигателя меньше, чем пороговая температура двигателя. Кроме того еще, первое состояние может включать в себя состояние, в котором давление в топливной системе находится ниже, чем пороговое давление. Второе состояние может включать в себя нагрузку двигателя большую, чем пороговая нагрузка двигателя, температуру двигателя большую, чем пороговая температура двигателя, и давление в топливной системе меньшее, чем пороговое давление в топливной системе. Более того, топливные форсунки могут содержать газовые топливные форсунки и жидкостные топливные форсунки, а способ дополнительно может содержать подачу газового топлива в газовые топливные форсунки и подачу жидкого топлива и топлива в жидкостные топливные форсунки. Выделение газового топлива может содержать понижение давления топлива в топливном сепараторе ниже 100 фунтов на квадратный дюйм. Выделение газового топлива дополнительно может содержать фильтрование топлива через коалесцирующий фильтр.

Далее, с обращением к фиг. 4, она иллюстрирует примерную временную диаграмму 400 для работы системы двигателя и топливной системы, содержащей газовое топливо и жидкое топливо. Временная диаграмма 400 включает в себя ременные диаграммы для состояния 910 перепускного клапана топливного сепаратора, состояния 920 клапана переключения газового топлива, нагрузки 930 двигателя, температуры 940 двигателя, температуры 950 окружающей среды, давления 960 в топливной системе и состояния 970 системы газового впрыска. Более того, временная диаграмма 400 включает в себя Load_TH 934, T_engine,TH 944, T_ambient,TH 954 и P_fuelsys,TH 964. До момента t1 времени, нагрузка двигателя меньше, чем Load_TH, T_engine>T_engine,TH, T_ambientambient,TH, P_fuelsys>P_fuelsys,TH, а состояние системы газового впрыска является включенным. Так как выработка выбросов твердых частиц и формирование пузырьков газового топлива, являющиеся результатом условий работы двигателя, низки, перепускной клапан топливного сепаратора открыт, а клапан переключения газового топлива позиционирован, чтобы связывать по текучей среде топливный бак с топливной магистралью для газового топлива. Таким образом, смесь растворенного газового топлива и жидкого топлива может впрыскиваться через систему впрыска жидкого топлива в двигатель.

В момент t1 времени, нагрузка двигателя возрастает выше Load_TH, например, при восхождении на крутой подъем. В ответ, перепускной клапан топливного сепаратора может оставаться открытым, а клапан переключения газового топлива может оставаться расположенным, чтобы присоединять топливную магистраль для газового топлива к топливному баку для предоставления возможности впрыска смеси растворенного газового топлива и жидкого топлива. Более того, состояние системы впрыска газового топлива может быть переключена в выключенное состояние (OFF), поскольку впрыск газового топлива под высокими нагрузками может вытеснять всасываемый воздух, снижая имеющийся в распоряжении крутящий момент двигателя и уменьшая пригодность к работе двигателя. В других примерах, в ответ на возрастание нагрузки двигателя выше Load_TH, впрыск газового топлива может уменьшаться. В момент t2 времени, нагрузка двигателя снижается ниже Load_TH. В ответ, состоянием системы впрыска газового топлива является включенное. Впрыск газового топлива может иметь более низкую стоимость, более низкую углеродную интенсивность (например, более низкое формирование CO₂), более высокое октановое число, и тому подобное, относительно жидкого.

В момент t3 времени, T_engine снижается ниже T_engine,TH. В ответ, перепускной клапан топливного сепаратора может закрываться, а клапан переключения газового топлива может позиционироваться, чтобы связывать топливный сепаратор по текучей среде с топливной магистралью для газового топлива. Таким образом, растворенное газовое топливо может отделяться от жидкого топлива, и газовое топливо может впрыскиваться отдельно от жидкого топлива. Поскольку T_engineengine,TH, выбросы твердых частиц могут повышаться, когда впрыскиваемое жидкое топливо соприкасается с холодными металлическими поверхностями двигателя. Отделение газового топлива от жидкого топлива может давать возможность увеличения впрыска газового топлива наряду с уменьшением впрыска жидкого топлива для снижения выработки выбросов твердых частиц. В момент t4 времени, T_engine возрастает выше T_engine,TH. В ответ, перепускной клапан топливного сепаратора открывается, а клапан переключения газового топлива закрывается, чтобы предоставлять возможность впрыска смеси растворенного газового топлива и жидкого топлива.

В момент t5 времени, T_ambient возрастает выше T_ambient,TH. В ответ, перепускной клапан топливного сепаратора может закрываться, а клапан переключения газового топлива может позиционироваться, чтобы связывать топливный сепаратор по текучей среде с топливной магистралью для газового топлива. Таким образом, растворенное газовое топливо может отделяться от жидкого топлива, и газовое топливо может впрыскиваться отдельно от жидкого топлива. Поскольку T_ambient>T_ambient,TH, формирование пузырьков газового топлива может усиливаться, когда растворенное газовое топливо в жидком топливе передается в топливной системе и впрыскивается в двигатель. Отделение газового топлива от жидкого топлива может давать возможность уменьшения формирования пузырьков газового топлива в топливной системе, тем самым, повышая надежность и устойчивость подачи топлива во время раздельного впрыска газового топлива и жидкого топлива, и тем временем, поддерживая пригодность к работы двигателя и ездовые качества транспортного средства. В момент t6 времени, T_ambient снижается ниже T_ambient,TH. В ответ, перепускной клапан топливного сепаратора открывается, а клапан переключения газового топлива закрывается, чтобы предоставлять возможность впрыска смеси растворенного газового топлива и жидкого топлива.

В момент t7 времени, P_fuelsys снижается ниже P_fuelsys,TH. В ответ, перепускной клапан топливного сепаратора может закрываться, а клапан переключения газового топлива может позиционироваться, чтобы связывать топливный сепаратор по текучей среде с топливной магистралью для газового топлива. Таким образом, растворенное газовое топливо может отделяться от жидкого топлива, и газовое топливо может впрыскиваться отдельно от жидкого топлива. Поскольку P_fuelsysfuelsys,TH, формирование пузырьков газового топлива может усиливаться, когда растворенное газовое топливо в жидком топливе передается в топливной системе и впрыскивается в двигатель. Отделение газового топлива от жидкого топлива может давать возможность уменьшения формирования пузырьков газового топлива в топливной системе, тем самым, повышая надежность и устойчивость подачи топлива во время раздельного впрыска газового топлива и жидкого топлива, и тем временем, поддерживая пригодность к работы двигателя и ездовые качества транспортного средства. В момент t8 времени, P_fuelsys возрастает выше P_fuelsys,TH. В ответ, перепускной клапан топливного сепаратора открывается, а клапан переключения газового топлива закрывается, чтобы предоставлять возможность впрыска смеси растворенного газового топлива и жидкого топлива.

Следует понимать, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и процедуры управления, раскрытые в материалах настоящего описания, могут храниться в качестве исполняемых команд в постоянной памяти. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в постоянную память машиночитаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.

Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по природе, 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.

Реферат

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен способ подачи топлива, хранящегося в топливном баке 200 на транспортном средстве в двигатель 10, причем топливо содержит газовое топливо, растворенное в жидком топливе. В определенных рабочих условиях, когда наличие газового топлива в жидком топливе может приводить к образованию газовых пузырьков в жидком топливе, отделяют газовое топливо от жидкого топлива в топливном сепараторе 230 и подают газовое топливо и жидкое топливо в газовые 166А, 170А и жидкостные 166В, 170В топливные форсунки, а если образование газовых пузырьков в жидком топливе не ожидается, подают смешанное топливо из топливного бака в топливные форсунки в обход топливного сепаратора. Технический результат – снижение вредных выбросов двигателя, улучшение топливной экономичности и рабочих характеристик двигателя. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула