CN102400799A - 经由液体燃料和燃料蒸气的选择性提取的燃料箱温度与压力管理 - Google Patents

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R.W.赫利
M.D.阿彻尔
A.G.伍利
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Abstract

本发明涉及经由液体燃料和燃料蒸气的选择性提取的燃料箱温度与压力管理，具体地，一种用于管理以其蒸气压力或接近其蒸气压力储存在燃料箱中的燃料的温度与压力的方法和设备。响应于燃料进给压力，从燃料箱提取可变比的液体燃料与燃料蒸气，以便调节燃料的温度与压力以在预期再填充中保持压力较低或帮助不完全蒸发燃料的燃料系统的蒸发器。

Description

经由液体燃料和燃料蒸气的选择性提取的燃料箱温度与压力管理
技术领域
本发明涉及燃料供应系统的温度与压力管理，其中燃料以燃料的蒸气压力或接近燃料的蒸气压力储存在燃料箱(或容器)中。
背景技术
机动车辆设计者不断地争取产生具有比当前使用中的车辆低的有害和温室气体排放的车辆。降低车辆排放的一种手段是利用替代性燃料。常用的燃料，诸如汽油或柴油燃料，是可能还包含诸如硫的不需要的化学制品的复杂碳氢化合物的混合物。非限制性例子，替代性燃料的一种形式是液化石油气(LPG)。LPG主要由丙烷、三碳碳氢化合物和丁烷、四碳碳氢化合物组成。这些碳氢化合物具有比汽油或柴油燃料低的碳氢比。由于碳氢比较低，所以在LPG的燃烧中比在汽油或柴油燃料的燃烧中产生少的二氧化碳。汽油和柴油燃料较长的链烃还更加可能在废气中产生不需要的颗粒排放。相对于LPG，汽油和柴油燃料的确具有两个优点，即：(i)汽油和柴油燃料在标准温度和压力(STP)为液体，然而在典型的环境操作条件下，LPG必须储存在压力容器中，以保持液化状态；和(ii)即使当LPG处于液体状态时，汽油和柴油燃料同LPG相比每单位体积的燃料产生更多的能量。
利用替代性燃料的现有技术的燃料系统的系统功能性通常如下。燃料经由蒸发器和压力调节器(蒸发器-调节器)供应至燃料消耗装置。燃料来自燃料箱，该燃料箱以燃料的蒸气压力或接近燃料的蒸气压力储存燃料。供应至蒸发器-调节器的燃料由液体燃料、汽油蒸气或液体燃料与燃料蒸气的混合物组成。在正常的操作条件下，供应至蒸发器-调节器的燃料主要由液体燃料组成，但也可包括一些燃料蒸气。在不正常的操作条件下(例如当燃料箱几乎空时)，供应至蒸发器-调节器的燃料可主要由或完全由燃料蒸气组成。在正常的操作条件下，供应至蒸发器-调节器的燃料满足蒸发器-压力调节器处的最低燃料进给压力需求。该最低燃料进给压力是确保如下情形所需的压力：蒸发器-调节器正确运行，并且能维持压力调节器下游的目标燃料进给压力，以供应燃料消耗装置的燃料要求。对于一些现有技术的燃料系统实施例，最低燃料进给压力需求可改变，这取决于诸如燃料消耗装置处的背压、燃料到燃料消耗装置的流率、供应至燃料消耗装置的燃料的密度、或来自燃料消耗装置的能量流速率的因素(例如，如果燃料消耗装置是内燃机，则最低燃料进给压力要求可取决于进气歧管压力、燃料流率、燃料密度、驱动轴扭矩、功率输出和/或转速)。一些现有技术的实施例可配备有燃料泵，以在如下环境中提高燃料进给压力：燃料箱中的燃料的蒸气压力不足以大至满足蒸发器-调节器处的最低燃料进给压力需求。
通常，利用替代性燃料的现有技术的燃料系统必须解决以下的功能性需求：1)满足蒸发器-调节器处的最低燃料进给压力需求(其中，取决于诸如燃料消耗装置处的背压、燃料到燃料消耗装置的流率、供应至燃料消耗装置的燃料的密度或来自燃料消耗装置的能量流的速率的各种因素，该最低燃料进给压力需求可改变)；和2)满足燃料泵送系统最小化的操作和/或工作循环(其中，目标是减少由燃料泵送产生的噪声和/或减少电能消耗和/或延长燃料泵送系统的使用寿命)。
图1A和1B描绘了典型的现有技术的LPG燃料系统10、10'的示例，其中相同的附图标记用于指相同的零件，并且其中为了简便起见修剪了图1B。这些现有技术的LPG燃料系统是如例如由例如机动车的内燃机利用的气相进气歧管喷射类型的，其中系统计量以气相进入发动机的进气歧管的LPG燃料。
加压燃料箱(或者容器)12保存液相15'和蒸气相15''的LPG燃料含量15。燃料箱12装备有箱压力安全阀13，并且可装备有温度传感器14和压力传感器16。燃料箱12的LPG燃料15可经受如例如来自燃料箱外的机动车排气系统的外热17，并且在图1的示例中，可经受来自燃料箱内的部件的如例如由燃料泵26的操作引起的热19，其中所有的这些热源提高LPG燃料15的温度，从而提高燃料箱内的蒸气压力。
包含在燃料箱12内的在图1A的示例中的是构成燃料管线泵送系统18的部件，在图1B的示例中的仅是在燃料管线22的前端处的过滤器24。在图1A和1B的示例中，在首先经过过滤器24以便防止碎屑进入燃料管线之后经由燃料管线22吸取LPG燃料15的液相燃料15'。
在图1A的示例中，过滤器24连接至燃料泵26。当燃料箱12内的压力低于如例如3巴的(绝对)压力时，典型地接合燃料泵26以升压燃料进给压力。在经过燃料泵26之后，燃料经过止回阀25并且然后经过过滤器28。燃料压力调节器20控制横跨泵26和燃料过滤器28的压差，使得维持所期望的燃料压差，如例如大约2.5巴的压差。燃料过滤器24位于燃料泵26的上游，并且具有低的压力阻力，以便使燃料泵内的气穴现象最少化。燃料过滤器24可取滤网的形式，而燃料过滤器28相反为设计成防止碎屑进入燃料泵26下游的燃料系统部件及其止回阀25的精滤器。由于燃料过滤器28位于燃料泵26的下游，所以横跨燃料过滤器28的压降可大于横跨燃料过滤器24的压降，并因此燃料泵气穴现象不会由于横跨燃料过滤器28的压降而出现。
在图1A和1B的示例中，燃料管线22连接至通常安装在燃料箱的壁上的阀组36。阀组36通常包括：流量控制阀30，其用于在下游燃料管线意外破裂的情况下防止过度的流量；检修阀32，其在车辆的正常操作期间总是打开的，但当检修车辆时，技术人员可手动地关闭该检修阀32，从而将燃料箱12和相关的结构与车辆的燃料管线的剩余部分隔离；和自动燃料关断电磁阀34，其通常由未示出的控制器或电子控制模块(ECM)控制，其中控制器协调来自未示出的一个或多个传感器的信息，以便检测需要通过燃料管线22的燃料流量停止的条件。这样的条件的典型示例是当驾驶员切换发动机点火“关断”时。
燃料管线22然后连接至另一自动燃料关断电磁阀40，其中该电磁阀40的也未示出的控制器协调来自未示出的一个或多个传感器的信息，以便检测需要通过燃料管线22的燃料流量停止的条件。在经过切断的电磁阀40之后，燃料进入蒸发器-调节器38。该蒸发器-调节器38的蒸发器44通常包括热交换电路46，其中为了将液相或蒸气相的燃料转变成过热的气相，从发动机冷却系统46a提取热。燃料也可由电热器48a加热，其中与发动机冷却剂交换热的热交换器常常和与电热器交换热的热交换器一样。当发动机冷却系统仍然相对冷时，该装置在发动机加温期间提供为将燃料完全蒸发成过热气态所需的额外的热。气体燃料然后进入蒸发器-调节器38的压力调节器50，其中压力调节器控制燃料轨54中的燃料的压力，并通常参考进气歧管压力；例如，压力调节器50可维持进气歧管压力与燃料轨压力之间1巴的压差。蒸发器-调节器38的或作为独立部件的最后的部件是防止燃料轨中的气体的压力超过预定水平的压力安全阀52，其通常在2到3巴之间打开，这可在诸如当没有来自燃料轨的燃料流动时的某些操作条件下出现。如果燃料轨中的气体燃料的压力超过该预定水平，则压力安全阀52打开，并从压力调节器50的下游侧向诸如未示出的发动机进气歧管的较低压力位置释放过多的燃料。应指出的是，压力安全阀52与装配至燃料箱12的前述泄压安全阀13分开并且不同，该压力安全阀52通常在26到28巴之间打开。
一旦气体燃料通过压力安全阀52，其就进入用于将燃料分配至发动机70的气缸64a-64f的燃料轨54，其中在本申请中作为燃料消耗装置的能力的发动机可具有任意数量的气缸，作为示例仅示出六个气缸，并且其中每个气缸拥有通常由未示出的控制器或ECM控制的燃料喷射器56a-56f。燃料轨54还可设置有温度传感器60和压力传感器62，使得来自温度传感器60和压力传感器62的数据可由未示出的发动机系统控制器使用。
图1C示出指示用于图1A的现有技术的LPG气相歧管喷射燃料系统10的操作的典型步骤的算法80的示例。
在方框82处，当开启燃料消耗装置时、例如当点火开关起动发动机70时，初始化系统。算法然后前进至方框84，在这里，可由传感器获得、从查阅表计算或获得包括蒸发器-调节器38处或上游的燃料进给压力的数据。算法然后前进至判定块86，在这里，进行关于是否需要燃料泵送的查询，以便向蒸发器-调节器供应满足燃料消耗装置的燃料要求的最低燃料进给压力。如果查询答案为是，则在方框88处启动燃料泵送，或者如果已启动则燃料泵送维持启动，并且算法返回方框84。然而，如果在判定块86处的查询答案为否，则算法前进至方框90，在这里，燃料泵送保持停用，或者如果已启动，则停用燃料泵送。算法然后返回方框84。
现有技术的LPG燃料系统以及其他加压燃料系统通常会遇到的一个问题涉及当燃料箱内的压力相对于加油车(或再填充站)的喷嘴处的压力太高而不允许相当快速地再填充时、或者实际上太高而不允许任何再填充(无填充情形)时的再填充(或再加燃料)。为了产生快速的再填充，加油车喷嘴的压力应充分地超过燃料箱内的燃料蒸气压力。由于该压差变得较小，因此再填充的速率也变得较小。因此，合乎需要的是，根据加油车喷嘴的预期压力，燃料箱中的蒸气压力为预定的蒸气压力阈值或低于预定的蒸气压力阈值，采用该预定的蒸气压力阈值被认为将提供所期望的再填充速率。该问题对于具有变化挥发性的多成分的燃料而恶化。
现有技术的LPG燃料系统以及其他的加压燃料系统通常会遇到的另一问题涉及蒸气在冷的事件(如例如在冷天气中的发动机冷起动)期间到所述系统的燃料消耗装置的输送，其中蒸发器提供完全的燃料蒸发的能力可能低于以燃料消耗装置要求的质量流率获得100%的燃料蒸发所需的能力，由此消耗装置会变成缺少燃料。
因此，需要一些管理燃料箱内的燃料的温度和/或压力的手段，以便在作为对蒸发器的帮助还具有提取蒸气的一些能力的同时限制燃料箱内的最大蒸气压力，并牢记燃料箱再填充的速度和简易性。
发明内容
尽管可能有管理燃料箱温度的不同方法，但从成本效益的角度看，一种有吸引力的方法是从燃料箱以燃料的蒸气相去除燃料的一部分。因此，本发明是一种燃料箱温度与压力管理系统，其选择性地从燃料箱提取燃料的液体、蒸气和/或液体与蒸气，其中燃料蒸气的提取颠覆燃料箱内的蒸气-液体的平衡，通过随后蒸发燃料的蒸发潜热的吸收引起燃料箱内的液体燃料的额外蒸发，从而冷却燃料箱和/或燃料箱结构内的燃料并降低燃料箱内的蒸气压力。
作为非限制性示例，和前述现有技术的气相歧管喷射LPG燃料系统一样，本发明经由蒸发器和压力调节器(蒸发器-调节器)向燃料消耗装置供应燃料；然而，与现有技术形成对比，本发明至少在某些操作条件下，例如其中燃料箱中的蒸气压力高于蒸发器-调节器的最低燃料进给压力需求，向蒸发器-调节器供应燃料，由于蒸发器上游的燃料进给中的液体燃料与燃料蒸气的可变比，以便提供超过现有技术的额外功能性，即：i)箱中的燃料的温度以及因此蒸气压力的管理，降低未填充情形的可能和/或缩短填充燃料箱所需的时间；和/或ii)在对于蒸发器来说可能不合需要、困难或者不可能提供足够热能来可靠地蒸发全部液体燃料的操作条件下提高进给到蒸发器-调节器的燃料中燃料蒸气的比例，所述液体燃料否则将进入蒸发器(例如在出现冷的事件的情况下，或者作为对蒸发器的帮助，如果蒸发器内的燃料加热器功能上不足以满足燃料消耗装置的质量流量需求)。
通常，除现有技术的功能性需求之外，根据本发明的燃料系统必须解决以下功能性需求：1)在对于蒸发器来说可能不合需要、困难或者不可能提供足够热能来可靠地蒸发全部液体燃料的操作条件下满足提高的进给到蒸发器-调节器的燃料中燃料蒸气的比例，所述液体燃料否则将进入蒸发器；2)满足燃料箱中的燃料的温度以及因此蒸气压力的管理，以便降低未填充情形的可能；3)满足燃料箱中的燃料的温度以及因此的蒸气压力管理，以便缩短再填充燃料箱(给燃料箱再加燃料)所需的时间；和4)满足只有本发明才有的燃料流量控制的最小化操作和/或工作循环，其中目的是减少由燃料流量控制器产生的噪声和/或降低电能消耗和/或延长燃料流量控制器的使用寿命。
与本发明有关的燃料系统利用具有通常为液相和蒸气相的燃料含量的燃料箱，其中燃料储存压力为燃料的蒸气压力或接近该蒸气压力。可这样储存的燃料包括但不局限于：丙烷、丁烷、液化石油气(LPG)和二甲醚。本发明的应用意在包括所有这样的燃料系统，其以燃料的蒸气压力或接近该蒸气压力储存燃料，并且在此介绍的示范LPG燃料系统仅为了例证。因此，在此对“LPG”的任何参考应广泛地取为意味着以其蒸气压力或接近其蒸气压力储存的任何燃料，并且不是将本发明的范围限制到LPG燃料系统。类似地，由于本发明适用于利用可能是或可能不是内燃机的燃料消耗装置的任何气相燃料系统应用，所以在此对机动车燃料系统的参考不应被取为将本发明的范围限制到机动车燃料系统。
以燃料的蒸气压力或接近该蒸气压力储存的燃料可以是多组分混合物(例如LPG通常是包括丙烷、丁烷及其他碳氢化合物的多组分的混合物)。在这样的多组分燃料混合物的情况下，在相同的燃料箱中的燃料蒸气和液体燃料的化学成分之间可能存在小的差异。此外，还可能的情况是，当倒空燃料箱时，燃料箱中的燃料蒸气的化学成分以比燃料箱中的液体燃料的化学成分大的程度改变。(对于在这些化学成分差异的技术原因的讨论，参考Lutz等的SAE技术文献981388“The Effects of Fuel Composition, System Design and Operating Conditions on In-System Vaporization and Hot-Start of a Liquid-Phase LPG Injection System”)。根据本发明，当燃料进给从大部分液相的燃料转换成包含较大量的蒸气相的燃料时，这些化学成分差异继而可导致燃料能量含量和化学计量的空气燃料比的小的差异，或者反之亦然。然而，燃烧由多组分混合物组成的燃料的燃料消耗装置对燃料组分变化在限度内通常是容许的。这样的系统通常还容许由从大部分液相的燃料转换成大部分蒸气相的燃料所引起的化学成分的变化。然而，在有些应用中，可能需要限制在大部分液相的燃料到大部分蒸气相的燃料之间的转换率，以防止与燃料成分突然的“阶跃”变化相关的潜在问题。
以蒸气压力储存并且通常具有多种化学成分的LPG和其他燃料的另一方面是化学成分分别具有不同的蒸气压力。可存在于LPG燃料中的高的蒸气压力组分的示例包括：乙烷、氮和二氧化碳；而箱制造或维修可将空气(或诸如用于渗漏检测的氮的其他污染物气体)引入箱，其可能未被完全除去。燃料箱内的蒸气压力为燃料混合物的蒸气压力，然而各化学成分可具有比混合物的蒸气压力高或者低的蒸气压力。由于高蒸气压力的化学成分具有增强的保持它们的气相的倾向，并因此当燃料箱内的压力提高时“压缩”而非“冷凝”，所以不利地影响箱的再填充能力。有利地，本发明提供：1)以比用现有技术的燃料系统能获得的快的速率选择性地去除高蒸气压力的化学成分的能力，使燃料系统更容许关于再填充问题的燃料成分变化，其中现有技术的燃料系统通常仅从燃料箱汲取液体燃料；2)在制造或维修之后去除污染物化学成分的能力；和3)选择性地保持燃料箱内的高蒸气压力的组分的能力(即类似于通过现有技术的液体进给燃料系统的高蒸气压力的组分的保持)，这在高的燃料箱压力将帮助减少对通过替代性装置提高压力的需求时(例如通过启动燃料泵)例如在低温操作条件下可能是合乎需要的。
根据本发明的燃料箱温度与压力管理系统作为例子可接合如在图1A和1B处例证地已根据本发明改型的现有技术的气相歧管喷射LPG燃料系统实施，或者可以另外的方式实施。
本发明的燃料箱温度与压力管理系统利用：第一燃料进给管线(在此称为“FF1”)，其提供全部的或通常最主要的所有的液体燃料；第二燃料进给管线(在此称为“FF2”)，其提供所有的或最主要的所有的燃料蒸气；连接部，其将FF1流体地连接至FF2并连接至下游的现有技术的燃料系统；以及FF1和FF2中至少一个的燃料流量控制器，从而优选地以可变质量流量比从燃料箱到蒸发器-调节器选择性地提取：(i)燃料蒸气；(ii)液体燃料；或(iii)液体燃料和燃料蒸气，其中蒸气源为燃料箱内的本地蒸气；或者其中在替代性的实施例中，蒸气源由箱内蒸发器系统提供。
根据本发明，通过蒸发和/或膨胀的潜热的冷却和/或加热(例如来自燃料泵和/或在燃料箱内或以另外的方式热连接至燃料箱的其他电气装置的运转)可共同地用于控制燃料箱内的燃料的温度以及因此的蒸气压力。
因此，本发明的目的是提供一种用于向连接至燃料消耗装置下游的蒸发器-调节器供应燃料的燃料箱温度与压力管理系统，其中燃料以选择的饱和液体燃料与燃料蒸气的相对比例的形式，其中主动控制液体燃料与燃料蒸气的比率，以提供：i)燃料箱中的蒸气压力的管理，以利于快速的且迅速的再填充(或再加燃料)；和/或ii)作为对蒸发器的帮助向蒸发器-调节器供应燃料蒸气。
本发明的所述及另外的目的、特征和优点将从以下对优选实施例的说明变得更加清楚。
本发明还提供如下方案：
1. 一种用于燃料系统的燃料箱温度与压力管理的方法，所述燃料系统利用气相燃料适合的燃料消耗装置，其中燃料以大致接近燃料的蒸气压力作为液体燃料和燃料蒸气储存在所述燃料箱中，所述方法包括步骤：
获得所述燃料系统的燃料进给压力；
选择性地从所述燃料箱提取作为大致液体燃料的燃料；以及
选择性地从所述燃料箱提取作为大致燃料蒸气的燃料；
其中选择性地提取燃料的所述步骤响应于所述获得步骤给所述燃料箱下游的所述燃料系统提供为液体燃料与燃料蒸气的可变比的燃料，从而提供如下项中的至少一项：a)所述燃料箱内的燃料的温度与压力调节；和b)到所述燃料系统的蒸发器的为不完全蒸发燃料的蒸发燃料。
2. 根据方案1所述的方法，其特征在于，选择性提取燃料的所述步骤提供燃料的具有相对较高挥发性的化学成分从所述燃料箱的选择性的去除。
3. 根据方案1所述的方法，其特征在于，获得和选择性地提取的所述步骤调节所述燃料箱内的燃料的温度与压力，使得所述燃料箱内的燃料的压力大致保持低于与所述燃料箱的再填充相关的预定压力阈值。
4. 根据方案1所述的方法，其特征在于，所述燃料消耗装置的操作需要最低燃料进给压力；并且其中在选择性提取的所述步骤中，如果获得的燃料进给压力高于或等于所述最低燃料进给压力，则提高燃料蒸气在比率中的比例。
5. 根据方案4所述的方法，其特征在于，倘若所述燃料箱内的燃料压力在预定的上阈值压力与预定的下阈值压力之间，则提高燃料蒸气在比率中的比例。
6. 根据方案1所述的方法，其特征在于，从所述燃料箱选择性地提取作为大致燃料蒸气的燃料的所述步骤包括从所述燃料箱的本地燃料蒸气的提取，这颠覆所述燃料箱中的燃料的蒸气-液体的平衡，从而以便冷却所述燃料箱中的燃料。
7. 根据方案1所述的方法，其特征在于，从所述燃料箱选择性地提取作为大致燃料蒸气的燃料的所述步骤包括吸收潜热的箱内蒸发过程，从而冷却所述燃料箱中的燃料。
8. 根据方案1所述的方法，其特征在于，从所述燃料箱选择性地提取作为大致燃料蒸气的燃料的所述步骤包括如下项中的至少一项：
从所述燃料箱的本地燃料蒸气的提取，这颠覆所述燃料箱中的燃料的蒸气-液体的平衡，从而以便冷却所述燃料箱中的燃料；
箱内蒸发过程，其吸收潜热，从而冷却所述燃料箱中的燃料；以及
箱内压力减小过程，其吸收膨胀热，从而以便冷却所述燃料箱中的燃料。
9. 根据方案1所述的方法，其特征在于，从所述燃料箱选择性地提取作为大致燃料蒸气的燃料的所述步骤包括：
箱内蒸发过程，其吸收潜热，从而冷却所述燃料箱中的燃料；以及
箱内压力减小过程，其吸收膨胀热，从而以便冷却所述燃料箱中的燃料。
10. 根据方案1所述的方法，其特征在于，获得和选择性地提取的所述步骤包括冷却和加热所述燃料箱内的燃料中的至少一项。
11. 根据方案1所述的方法，其特征在于，选择性地提取的所述步骤由机械控制的流量控制装置执行。
12. 根据方案1所述的方法，其特征在于，选择性地提取的所述步骤由电子控制的流量控制装置执行。
13. 一种用于对利用气相燃料适合的燃料消耗装置的燃料系统的燃料箱温度与压力进行管理的设备，其中燃料以大致接近燃料的蒸气压力作为液体燃料和燃料蒸气储存，所述设备包括：
燃料箱；
蒸发器；
燃料管线，其将所述蒸发器连接至所述燃料箱；
第一燃料进给管线，其具有与所述燃料箱内的液体燃料流体连通的入口；
第二燃料进给管线，其具有与所述燃料箱内的燃料蒸气流体连通的入口；
连接部，其将所述第一燃料进给管线流体地连接至所述第二燃料进给管线并连接至所述第一燃料进给管线和第二燃料进给管线下游的所述燃料管线；以及
流量控制器，其连接至所述第一燃料进给管线和第二燃料进给管线中的至少一个，所述流量控制器相对地控制相对于所述第一燃料进给管线到所述连接部的液体流量和所述第二燃料进给管线到所述连接部的燃料蒸气流量的燃料流量；
其中所述流量控制器响应于相对于所述燃料系统中的燃料进给压力的预定关系控制作为液体燃料与燃料蒸气的可变比的燃料流量，从而提供如下项中的至少一项：a)所述燃料箱内的燃料的温度与压力调节；和b)如果所述蒸发器不完全蒸发燃料则到所述蒸发器的蒸发燃料。
14. 根据方案13所述的设备，其特征在于，所述流量控制器包括与所述第一燃料进给管线和所述第二燃料进给管线中的至少一个连接的至少一个电磁阀。
15. 根据方案13所述的设备，其特征在于，所述流量控制器包括：
燃料泵，其与所述第一燃料进给管线连接；以及
止回阀，其与由所述燃料泵泵送的液体燃料成操作地响应相关地连接至所述第二燃料进给管线；
其中从所述第二燃料进给管线到所述连接部的燃料蒸气的流量由所述燃料泵的燃料泵送来调节。
16. 根据方案15所述的设备，其特征在于，所述流量控制器还包括与所述第一进给燃料管线和所述第二燃料进给管线中的至少一个连接的至少一个电磁阀。
17. 根据方案13所述的设备，其特征在于，所述流量控制器和所述连接部包括三通电磁阀，其具有连接至所述第一燃料进给管线的第一入口、连接至所述第二燃料进给管线的第二入口、和连接至所述第一和第二燃料进给管线下游的所述燃料管线的出口。
18. 根据方案13所述的设备，其特征在于，所述流量控制器包括与所述第二燃料流量管线连接的压力启动阀，所述压力启动阀响应于燃料进给压力相对于基准压力的变化改变到所述连接部的燃料蒸气流量。
19. 一种用于对利用气相燃料适合的燃料消耗装置的燃料系统的燃料箱温度与压力进行管理的设备，其中燃料以大致接近燃料的蒸气压力作为液体燃料和燃料蒸气储存，所述设备包括：
燃料箱；
蒸发器；
燃料管线，其将所述蒸发器连接至所述燃料箱；
箱内蒸发器组件，其设置在所述燃料箱内；
入口，其与所述燃料箱内的液体燃料流体连通；
蒸发器流量控制器，其连接至所述入口和所述箱内蒸发器组件，所述蒸发器流量控制器控制从所述入口进入所述箱内蒸发器组件的燃料流量；以及
至少一个连接部，其将所述入口流体地连接至所述箱内蒸发器组件并连接至所述蒸发器流量控制器下游的所述燃料管线；
其中所述蒸发器流量控制器控制进入所述箱内蒸发器组件的燃料流量，以便提供从其通过的燃料的蒸发，使得响应于相对于所述燃料系统中的燃料进给压力的预定关系提供液体燃料与燃料蒸气的可变比，从而提供如下项中的至少一项：a)所述燃料箱内的燃料的温度与压力调节；和b)如果所述蒸发器不完全蒸发燃料则到所述蒸发器的蒸发燃料。
20. 根据方案19所述的设备，其特征在于，所述箱内蒸发器组件包括：
燃料进给调节器；以及
箱内蒸发器，其设置在所述燃料进给调节器的下游。
附图说明
图1A是用于包括燃料泵的机动车的现有技术的气相歧管喷射LPG燃料系统的示意图。
图1B是用于如在图1A中的机动车的现有技术的气相歧管喷射LPG燃料系统的部分修剪的示意图，但不包括燃料泵。
图1C是用于图1A的现有技术的燃料系统的现有技术的示范操作算法。
图2是如下的比较性图形描绘：1)根据现有技术燃料系统的燃料箱内的燃料压力的概率分布的示例，2)加油车的燃料进给压力的概率分布的示例，和3)本发明对燃料箱内的燃料压力的概率分布的影响的示例。
图3是本发明的一般表现的示意图，描绘了第一燃料进给管线FF1、第二燃料进给管线FF2、连接部和流量控制器，全部是大体与提取燃料箱的本地燃料蒸气(也就是说除箱内蒸发之外)的本发明实施例所共有的特征。
图4是如在图3大体所示的根据本发明的用于燃料箱温度与压力管理系统的示范操作算法。
图5A至5C是图4的算法的滞后回线实现的示意图，分别描绘了每个均为燃料进给压力的函数的(现有技术)FF1泵送、FF1流量控制器和FF2流量控制器的启动状态。
图6A是根据本发明用于经由蒸发器-调节器向燃料消耗装置供应燃料的燃料箱温度与压力管理系统的第一示例的示意图。
图6B是用于图6A的系统的示范操作算法。
图7A是根据本发明用于经由蒸发器-调节器向燃料消耗装置供应燃料的燃料箱温度与压力管理系统的第二示例的示意图。
图7B是用于图7A的系统的示范操作算法。
图8是根据本发明配备有燃料箱温度与压力管理系统的第一优选示例的气相燃料系统的示意图。
图9是根据本发明配备有燃料箱温度与压力管理系统的第二示例的气相燃料系统的示意图。
图10是根据本发明配备有燃料箱温度与压力管理系统的第三同样优选示例的气相燃料系统的示意图。
图11是根据本发明配备有燃料箱温度与压力管理系统的第四示例的气相燃料系统的示意图。
图12是根据本发明配备有燃料箱温度与压力管理系统的第五示例的气相燃料系统的示意图。
图13是在利用图10的实施例进行的试验期间获得的燃料箱压力相对燃料消耗的变化率的图表。
图14是根据本发明配备有燃料箱温度与压力管理系统的第六示例的此时包括箱内蒸发器系统的气相燃料系统的示意图。
具体实施方式
现在参考附图，图2至14描绘了仅作为例证结合用于机动车的改进的现有技术的气相歧管喷射LPG燃料系统实施根据本发明的燃料箱温度与压力管理系统的方面，应理解的是，本发明可以另外的方式实施，或者可能包括或可能不包括作为燃料消耗装置的内燃机。在这点上如上所述，应记住的是，在此相对于LPG燃料系统描述的优选实施方式应被当作可扩张地适用于以燃料的蒸气压力或接近该蒸气压力储存燃料的任何燃料系统。作为非限制性示例，这样的燃料包括但不局限于：丙烷、丁烷、液化石油气(LPG)和二甲醚。因此，对“LPG”的任何参考应广泛地取为意指“燃料”，并且不作为将本发明的范围限制到LPG燃料系统。类似地，由于本发明适用于任何气相燃料系统的应用，所以对机动车燃料系统的参考不应被理解为将本发明的范围限制到机动车燃料系统。
由本发明解决的一个方面涉及便于燃料箱的再填充(或再加燃料)。为了产生快速的再填充，加油车(再填充泵)喷嘴的压力应充分地超过燃料箱内的燃料蒸气压力。当箱内的燃料蒸气压力接近加油车喷嘴压力时，再填充速率降低，并且如果燃料蒸气压力相对于加油车喷嘴压力变得足够高时，再填充会变成不可能。不可能再填充或未填充的情形，其中燃料由于由箱内的燃料蒸气压力所引起的过高背压而不能从加油车喷嘴流入燃料箱，是非常不合需要的。如果遇到这样的未填充情形，则在现有技术中用于克服该问题的技术是冷却燃料箱的容纳物，以便降低燃料箱内的蒸气压力。这样做的现有技术的方法包括将冷水倒在燃料箱上，或将冰或湿抹布放置在燃料箱上。这样的方法实施起来困难并且费时，并且取决于环境可能是不可接受的、不切实际的或者难以获得的。
再填充燃料箱的能力的问题对于具有变化挥发性的多化学成分的燃料来说受到恶化。通常以蒸气压力储存的LPG及其他燃料具有分别具有不同的蒸气压力的多种化学成分。可存在于LPG燃料中的高蒸气压力成分的示例包括：乙烷、氮和二氧化碳；而制造或维修可将空气(或诸如用于渗漏检测的氮的其他污染物气体)引入箱，其可能未被完全除去。燃料箱内的蒸气压力是燃料混合物的蒸气压力，然而，各化学成分可具有比混合物的蒸气压力高或者低的蒸气压力。如果化学成分的蒸气压力比混合物高，则该成分倾向于保持在其气相，并且该化学成分的浓度(摩尔分数)在蒸气相中相对于液相较高。相反地，如果化学成分的蒸气压力比混合物低，则该化学成分的浓度(摩尔分数)在蒸气相中相对于液相较低。由于蒸气相相对于液相包含高蒸气压力化学成分的更高浓度(摩尔分数)，所以燃料箱内的蒸气相的化学成分通常不同于液相的化学组成。结果，同当提取燃料蒸气时相比，高蒸气压力化学成分能离开燃料箱的速率比当提取液体燃料时更低。因此，当倒空燃料箱时，最终的蒸气压力与化学成分的比率相关，并且其取决于提取的液体燃料与燃料蒸气的比率。如果高挥发性(高蒸气压力引起)化学成分已助于保持它们的气相，并因此在燃料箱内的压力提高时“压缩”而非“冷凝”，则不利地影响再填充燃料箱的能力。如果燃料箱压力在能装满燃料箱之前接近加油车喷嘴压力，则不能够充分地再填充燃料箱(给燃料箱再加燃料)。因此，如果允许高蒸气压力成分积聚在燃料箱内，则再填充的速率慢，或者甚至可阻止再填充(未填充情形)。如果在当前的再填充期间，向燃料箱添加比在燃料消耗装置的操作期间去除的相对多量的高蒸气压力化学成分，则该问题对于下一次再填充恶化。因此，在供应的燃料中希望将高蒸气压力化学成分的浓度保持在低的水平；然而，这可能强加提高的燃料成本，并且在实践中可能不会总是满足从燃料箱再填充的角度的期望的低的水平。
在再填充期间，来自加油车供应箱的燃料通常被供应至加油车喷嘴。在以燃料的蒸气压力或接近蒸气压力储存的燃料的情况下，被再填充(再加燃料)的燃料箱和加油车供应箱中的压力接近燃料的蒸气压力，并且两个箱都包含液体燃料和燃料蒸气的混合物。
能影响未填充情形的可能的变量包括：1)横跨加油车的压差；2)加油车供应箱中的液体燃料水平相对于被再填充的燃料箱的液体燃料水平的高度(例如，加油车供应箱可位于地面下，然而被再填充的燃料箱通常位于地面上)；3)加油车供应箱中的燃料的化学成分(燃料蒸气压力随化学成分而变化，并且如果加油车供应箱包含低蒸气压力的燃料，则可降低加油车喷嘴处的进给压力)；4)加油车供应箱中的燃料的温度(较低的燃料温度降低加油车箱中的蒸气压力，并因此降低加油车喷嘴处的进给压力)；5)被再填充的燃料箱中的燃料的化学成分(燃料蒸气压力随化学成分而变化，并且如果被再供料的燃料箱包含高蒸气压力的燃料，则将提高加油车喷嘴处对燃料箱接口的背压)；和6)被再填充的燃料箱中的燃料的温度(高的燃料温度将提高加油车喷嘴处对燃料箱接口的背压)。第五和第六变量的控制是本发明的焦点。
能影响该第六变量(被再填充的燃料箱中的燃料的温度)的因素包括：1)周围温度(较高的周围温度倾向于较高的燃料温度)；2)排气系统与燃料箱的接近度(减小的分离通常导致到燃料箱的增强的传热)；3)发动机负载(较高的发动机负载可导致从排气系统到燃料箱的增强的传热)；4)燃料箱上的气流(增强的气流导致较好的对流冷却)；和5)发动机运行时间(较长的时间可将更多传热转移至燃料箱)。
图2是概率相对压力的图表100，其例证LPG燃料箱的再填充(或再加燃料)如何会受燃料箱内的蒸气压力影响。分布曲线102表示加油车（或燃料供应站）的加油车喷嘴压力的假想概率分布，而分布曲线104表示在现有技术的操作条件下LPG燃料箱内的燃料蒸气压力的假想概率分布，两者都在再填充开始之前，并且其中点106表示燃料箱压力安全阀13(在图1A和图1B中描绘)打开时的压力。分布曲线102、104受诸如周围温度和燃料化学成分的因素影响，其可因填充变化和可因市场变化。仅作为示例，为了便于燃料流量从加油车喷嘴进入燃料箱，加油车喷嘴压力应高于燃料箱内的燃料蒸气压力优选地大约5巴或更多，以便便于填充站环境中的燃料箱的快速再填充。
分布曲线108表示根据本发明的燃料箱温度与压力管理系统在操作条件下在LPG燃料箱内的燃料蒸气压力的假想概率分布，其中本发明提供：1)改变从燃料箱提取的液体燃料与燃料蒸气的比率的能力，以便调节箱内的温度以及因此箱内燃料的压力；2)以比通过现有技术的液体进给燃料系统(例如图1A和1B)能获得的更快的速率提取高蒸气压力化学成分的能力，以使燃料系统更加容许关于再填充问题的燃料特性变化；3)在制造或维修之后去除气相污染物化学成分的能力；以及4)燃料箱内的高蒸气压力成分的选择性的保持(即类似于通过通常仅从燃料箱汲取液体燃料的现有技术的燃料系统的高蒸气压力成分的保持)，这例如可在高的燃料箱压力将帮助减少对通过替代性装置(例如通过启动燃料泵)提高压力的需求时在低温操作条件下可能是合乎需要的。
现在注意图3至5C，将详述根据本发明的燃料箱温度与压力管理系统的宽广示例，其与燃料箱中的燃料的本地燃料蒸气的选择性去除有关。
如图3所示，燃料箱温度与压力管理系统120包括：第一燃料进给管线FF1，在此还简称为“FF1”；第二燃料进给管线FF2，在此还简称为“FF2”。包括FF1和FF2的部件是由本发明添加至现有技术的燃料系统的新部件；这些部件包括：连接部130；和流量控制器125。FF1经由到可包括或可不包括燃料泵的现有技术的燃料系统98的连接提供所有的、或通常主要所有的液体燃料(例如大部分饱和的液体燃料，但可包括一些燃料蒸气)。FF1可包括FF1流量控制器128和/或过滤器126。FF2经由连接至现有技术的燃料系统95的入口132提供所有、或主要所有的燃料蒸气(例如大部分的燃料蒸气，但可包括一些液体燃料冷凝物)。FF2同样可包括FF2流量控制器138和/或过滤器134。流量控制器125包括FF2流量控制器138(如果配置有)和/或FF1流量控制器128(如果配置有)，并且可以是单个部件或多个部件。连接部130使FF1流体地连接至FF2，并在蒸发器-调节器之前的某处将FF1和FF2流体地连接至在FF1和FF2下游的现有技术燃料系统98。
用于将燃料以其蒸气压力或接近其蒸气压力储存的燃料箱没有使用液体燃料100%充满。作为替代，它们通常配置有填充限制装置，一旦箱内的液体燃料达到预定的水平，该填充限制装置就防止额外的燃料流入燃料箱。例如，在LPG的情况下，填充限制装置通常设计成：当燃料箱内的液体燃料的体积大约为总的箱体积的80%时，停止额外的燃料流入箱。因此，即使当LPG燃料箱“充满”时，在燃料箱的顶部中的液体的上方存在典型的蒸气体积，并且该蒸气空间在尺寸上随燃料离开燃料箱而增长。FF2燃料入口132位于燃料箱中的液体燃料的表面上方的该蒸气空间中，以便暴露于现有技术的燃料系统98的本地燃料蒸气，该本地燃料蒸气处于或接近其蒸气压力。流量控制器128、138和连接部130可设置在燃料箱内、设置在燃料箱的壁上或设置在燃料箱外，经受由现有技术的燃料系统的上游或下游硬件强加的调节约束和/或位置约束。FF2应被过滤至以下需求中更严格的一个：(1)FF2流量控制器138所需的过滤度；或(2)FF1流量控制器128所需的过滤度(如果配置有)；或(3)现有技术的燃料系统98所需的过滤度(注意：在有些现有技术的燃料系统上，额外的燃料过滤器可位于连接部130的下游)。可能的是，FF2燃料流量流可能足够清洁以致不需要额外的过滤；对于过滤器134还可能也用作入口132。FF2流量控制器138由作为输入的一个或多个燃料压力信号控制，并且当需要时应能够关掉FF2(例如以满足连接部130处的燃料进给压力要求)，和当完全打开时向燃料流提供低的阻力。
到FF1的液体燃料源来自在燃料箱中的液体燃料的表面以下某个位置的现有技术的燃料系统98。该燃料可能已经通过燃料过滤器和/或燃料泵和/或诸如止回阀的燃料流量控制器，该燃料泵在启动时将燃料进给压力提高至高于燃料箱蒸气压力。FF1应被过滤至以下需求中更严格的一个：(1)FF1燃料流量控制器128所需的过滤度(如果配置有)；或(2)FF2燃料流量控制器138所需的过滤度(如果配置有)；或(3)现有技术的燃料系统98所需的过滤度(注意：如果现有技术的燃料系统在该位置上游结合燃料过滤器，则可能不需要FF1流量流的额外过滤)。FF1燃料流量控制器128(如果配置有)由作为输入的一个或多个燃料压力信号控制，并且当需要时(例如当箱压力高或者如果存在燃料蒸气向后流入FF1的危险)应能够关掉FF1，和当完全打开时向燃料流提供低的阻力。可能的是，现有技术的燃料系统可能已经在该位置上游结合燃料流量控制器(例如安全电磁阀)，而在这样的情况下可能不需要该位置的第二燃料流量控制器。
连接部130优选地位于处于燃料箱中的液体燃料的表面上方的水平(高度)。如果连接部130位于与燃料箱中的液体燃料的表面相同或比该表面低的水平，则需要燃料流量控制器关掉经由FF1的液体燃料流量(例如以便防止连接部连续地充满经由FF1流入连接部的液体燃料)。在有些情形下，可能存在从连接部130进入FF1和FF2中任何一个的少量回流。离开连接部130的液体燃料与燃料蒸气的比率由现有技术的燃料泵(如果配置有)和/或FF2流量控制器138(如果配置有)和/或FF1流量控制器128(如果配置有)中的至少一个控制。
关于根据本发明的燃料箱温度与压力管理系统的操作应理解的是，操作部件、例如FF1流量控制器(如果配置有)、FF2流量控制器(如果配置有)、连接部和燃料泵(如果配置有)彼此同步操作，使得避免操作冲突。
图4描绘了用于实施在图3处描绘的燃料箱温度与压力管理系统120的典型算法，该典型算法被结合图5A至5C考虑，所述图5A至5C是实现图4的算法的滞后回线的示意图，并分别描绘了均作为燃料进给压力的函数的(现有技术)FF1泵送、FF1流量控制器和FF2流量控制器的启动状态。
在图5A至5C中，阈值压力P1、P2、P3、P4、P5、P6、PMIN-L和PMIN-V为预选值。选择PMIN-L和PMIN-V，以确保燃料进给压力分别在100%的饱和液体燃料进给和100%的气体燃料进给的情况下满足蒸发器-调节器处的最低燃料进给压力需求；它们可以是常数，选择成使得燃料进给压力在预期操作条件的全范围上足够，或者它们可以是基于诸如瞬间燃料流率、燃料箱中的燃料的密度等的输入增加或减小的变量。在图5A的滞后回线180中，为了稳定操作，P1与P2之间的压差应大于当启动FF1燃料泵送时在蒸发器-调节器处经历的燃料进给压力增加。在图5B的滞后回线182中，为了稳定操作，P5与P6之间的压差应大于当从液体燃料进给转换至燃料蒸气进给时在蒸发器-调节器处经历的燃料进给压力降低。在图5C的滞后回线184中，为了稳定操作，P3与P4之间的压差应大于当从液体燃料进给转换至燃料蒸气进给时在蒸发器-调节器处经历的燃料进给压力降低。仅作为示例并且不是限制地，P1可等于3.5巴，P2可等于6.5巴，P3可等于4巴，P4可等于8巴，P5可等于4巴，P6可等于8巴，PMIN-L可等于3.5巴，而PMIN-V可等于4巴。
在图4中，算法开始于方块142，在该处在接通燃料消耗装置时将系统状况设定成初始化值，其中启动FF1流量控制器128(如果配置在系统中)，停用FF2流量控制器138(如果配置在系统中)，并经由现有技术的燃料系统98开始FF1燃料泵送(如果配置在系统中)。在此，采用“常开”/“常闭”惯例，其中术语“启动”意味着开启、完全打开或部分打开，而术语“停用”意味着关掉或关闭。采用该惯例，以简洁地并且明确地描述配置于燃料系统的燃料泵和任何阀的状态。无意利用该惯例证明“常开”对“常闭”的阀的优先。使用“常开”或“常闭”的阀取决于功能性需求(包括故障安全需求)和成本。适于与LPG燃料一起使用的低成本“现成的”电磁阀通常为“常闭的”，然而如果电磁阀配置成FF1流量控制器的一部分，则在有些实施例上，可能合乎需要的是该阀为“常开的”，因为该类型的阀在“开路”的情况下回复到与现有技术的燃料系统相同的功能性。
算法然后前进至方块144，在该处数据通过传感器获得、计算和/或从查阅表获得数据。这通常包括优选地正好在现有技术的燃料系统98的蒸发器-调节器上游的燃料进给压力。算法然后前进至判定块146。
在判定块146处，倘若FF1流量控制器存在于系统，作出关于燃料进给压力是否低于P5的查询。如果查询的答案为是，则算法前进至方块148，在该处，启动FF1流量控制器128，并且算法然后前进至判定块150；否则，如果判定块146处的查询的答案为否，则算法直接前进至判定块150。
在判定块150处，倘若FF2流量控制器存在于系统，作出关于燃料进给压力是否低于P3的查询。如果查询的答案为是，则算法前进至方块152，在该处，停用FF2流量控制器138，并且算法然后前进至判定块154；否则，如果判定块150处的查询的答案为否，则算法直接前进至判定块154。
在判定块154处，作出关于现有技术的燃料系统是否包括燃料泵的查询，其中如果查询的答案为否，则算法前进至判定块164；否则，如果判定块154处的查询的答案为是，则算法前进至判定块156。
在判定块156处，作出关于燃料进给压力是否低于P1的查询。如果查询的答案为是，则算法前进至方块158，在该处，启动FF1燃料泵送，算法然后前进至判定块160；否则，如果判定块156处的查询的答案为否，则算法直接前进至判定块160。
在判定块160处，作出关于燃料进给压力是否高于或等于P2的查询。如果查询的答案为是，则算法前进至方块162，在该处，停用FF1燃料泵送，算法然后前进至判定块164；否则，如果判定块160处的查询的答案为否，则算法直接前进至判定块164。
在判定块164处，倘若FF2流量控制器存在于系统，作出关于燃料进给压力是否高于或等于P4的查询。如果查询的答案为是，则算法前进至方块166，在该处，启动FF2流量控制器138，算法然后前进至判定块168；否则，如果判定块164处的查询的答案为否，则算法直接前进至判定块168。
在判定块168处，倘若FF1流量控制器存在于系统，作出关于燃料进给压力是否高于或等于P6的查询。如果查询的答案为是，则算法前进至方块170，在该处，停用FF1流量控制器128，算法然后返回至方块144；否则，如果判定块168处的查询的答案为否，则算法直接前进至方块144。
现在注意图6A至7B，将详述图3的燃料箱温度与压力管理系统的实施方式的结构与功能示例。
在图6A描绘的是图3的燃料箱温度与压力管理系统120的实施方式的第一示意性设备图200。燃料箱202包含处于或接近其蒸气压力的燃料204，包括液体燃料204L和燃料蒸气204V构成组分。液体燃料204L(主要)经由FF1输送，而燃料蒸气204V(主要)经由FF2输送至（多个）流量控制器206，其中该（多个）流量控制器可结合与FF1和FF2中的任一个或者两者相关联的单个流量控制器或多个流量控制器部件。来自（多个）流量控制器206的燃料经由燃料管线208被输送至蒸发器-调节器210，因此其后在正常操作条件下的燃料完全为气态的，并因此被输送至燃料消耗装置212。
图6B是用于实现图6A的示意性设备图200的操作的算法220的示例。
当燃料消耗装置接通时，系统初始化于方块222。在燃料消耗装置接通时的初始化值可包括经由FF1并且不经由FF2输送燃料的流量控制，或者可包括经由FF2并且不经由FF1输送的燃料，或者可包括以预定的相对比例由FF1和FF2输送的燃料。接下来，在方块224处例如通过感测、计算和/或查阅表获得数据，其中数据包括在燃料箱的内部与燃料消耗装置之间的任何地方、优选地正好在蒸发器-调节器210上游获得燃料进给压力。算法然后前进至判定块226，在该处，作出关于燃料进给压力是否高于或等于预定上阈值燃料压力的查询。如果判定块226处的查询的答案为是，则算法前进至方块228，在该处，调节（多个）流量控制器206，以便同经由FF1的燃料输送比较起来成比例地增大经由FF2的燃料输送，算法然后返回至方块224。然而，如果在判定块226处的查询的答案为否，则算法前进至判定块230。
在判定块230处，作出关于燃料进给压力是否低于所确定的下阈值燃料压力的查询。如果判定块230处的查询的答案为是，则算法前进至方块232，在该处，调节（多个）流量控制器206，以便同经由FF1的燃料输送比较起来成比例地减小经由FF2的燃料输送，算法然后返回至方块224。然而，如果在判定块230处的查询的答案为否，则算法前进至方块224。
所确定的上阈值燃料压力和所确定的下阈值燃料压力可以是常数，选择成使得燃料进给压力在预期操作条件的全范围上足够，或者是可基于诸如瞬时燃料流率、燃料箱中的燃料的密度等的输入增加或减小的变量，其中所确定的上阈值燃料压力高于或等于所确定的下阈值燃料压力。所确定的上阈值燃料压力应高于启动FF1燃料泵(如果配置有)的燃料进给压力的范围。可在燃料箱(包括燃料箱内的位置)与燃料消耗装置之间的一个或多个便利的位置测量或计算燃料进给压力。在配置燃料压力调节器以控制燃料消耗装置处的燃料压力的情况下，于是为了该控制回路，应优选地在该压力调压器上游的至少一个位置(包括可位于燃料箱内的一个或多个位置)测量或计算燃料进给压力。
在图7A描绘的是图3的燃料箱温度与压力管理系统120的实施方式的第二示意性设备图240。燃料箱242包含处于或接近其蒸气压力的燃料244，包括液体燃料244L和燃料蒸气244V构成组分。液体燃料244L(主要)经由FF1输送，其中现有技术的燃料系统可选择地包括燃料泵245，而燃料蒸气244V(主要)经由FF2输送至（多个）流量控制器246，其中该（多个）流量控制器可结合与FF1和FF2中的一个或者两者相关联的单个流量控制器或多个流量控制器部件。来自（多个）流量控制器246的燃料经由燃料管线248被输送至蒸发器-调节器250，因此其后燃料完全为气态的，并因此被输送至燃料消耗装置252。另外，传感器254例如经由（多条）数据线254a检测数据，包括蒸发器-调节器250上游的燃料进给压力，并且还可选择地包括消耗装置252的燃料需求、燃料箱中的燃料244的燃料压力/温度、和（多个）流量控制器246的状态状况。该数据经由数据线254b由例如作为经编程的ECM的控制器256使用，该控制器256经由（多条）控制线256a输出（多个）流量控制器246和燃料泵(如果配置有)的控制。
图7B是用于实现图7A的示意性设备图240的操作的算法260的示例。
当燃料消耗装置接通时，系统初始化于方块262。在燃料消耗装置接通时的初始化值可包括经由FF1并且不经由FF2的（多个）流量控制，或者可包括经由FF2并且不经由FF1输送的燃料，或者可包括以预定的相对比例由FF1和FF2输送的燃料。接下来，在方块264处例如通过感测、计算和/或利用查阅表获得数据，其中数据包括优选地正好在蒸发器-调节器250上游的指示消耗装置252的燃料需求的燃料进给压力，并且可选择地包括燃料箱中的燃料244的燃料压力/温度和（多个）流量控制器246的状态状况。从燃料箱内到燃料消耗装置的任何地方获得数据。
算法然后前进至判定块266，在该处，作出关于是否需要燃料泵送以便供应蒸发器-调节器250处的最低燃料进给压力的查询，以便供应燃料消耗装置252的燃料需求。如果判定块266处的查询的答案为是，则算法前进至方块270，在该处，调节（多个）流量控制器206，以通过启动FF1流量控制器使能经由FF1的燃料流量和通过停用FF2流量控制器禁止经由FF2的燃料流量，并启动通过燃料泵245的泵送(其中，对于描述采用常闭阀惯例，其中术语“启动”意味着开启、完全打开或部分打开，而术语“停用”意味着关掉或关闭)，算法然后返回至方块264。然而，如果在判定块266处的查询的答案为否，则算法前进至方块268，在该处，泵送停止、或者如果已停止则保持停止，然后前进至判定块272。
在判定块272处，作出关于燃料进给压力是否高于或等于蒸发器-调节器250处所确定的最低燃料进给压力的查询，该所确定的最低燃料进给压力为例如以便足够供应燃料消耗装置252的燃料需求所需的压力(其可包括将来要求的预期)。如果判定块272处的查询的答案为否，则算法前进至方块274，在该处，调节（多个）流量控制器246，以便同经由FF1的燃料输送比较起来成比例地减小经由FF2的燃料输送，算法然后返回至方块264。然而，如果在判定块272处的查询的答案为否，则算法前进至判定块276。
在判定块276处，作出关于在仍然满足蒸发器-调节器250处的最低燃料进给压力的同时是否能从燃料箱242提取额外燃料蒸气244V的查询。如果判定块272处的查询的答案为否，则算法前进至判定块286。然而，如果在判定块276处的查询的答案为是，则算法前进至判定块278。
在判定块278处，作出关于蒸发器-调节器250的蒸发器是否完全蒸发被输送至其的燃料的查询。如果判定块278处的查询的答案为否，则算法前进至方块280，在该处，调节（多个）流量控制器246，以便同经由FF1的燃料输送比较起来成比例地增大经由FF2的燃料输送，算法然后返回至方块264。然而，如果在判定块278处的查询的答案为是，则算法前进至判定块282。
在判定块282处，作出关于箱燃料压力/温度是否高于或等于上阈值值的查询。上阈值值例如可以是箱中的燃料压力为燃料消耗装置的燃料要求提供足够的燃料的值。如果判定块282处的查询的答案为是，则算法前进至方块284，在该处，调节（多个）流量控制器206，以便同经由FF1的燃料输送比较起来成比例地增大经由FF2的燃料输送，算法然后返回至方块264。然而，如果在判定块282处的查询的答案为否，则算法前进至判定块286。
在判定块286处，作出关于箱燃料压力/温度是否低于确定的下阈值值的查询。下阈值值例如可以是如下的值，即，箱中的燃料压力不会为燃料消耗装置的燃料要求提供足够的燃料和/或过多的水冷凝物或冰形成在燃料系统的外表面上。如果判定块286处的查询的答案为是，则算法前进至方块288，在该处，调节（多个）流量控制器246，以便同经由FF1的燃料输送比较起来成比例地减小经由FF2的燃料输送，算法然后返回至方块264。然而，如果在判定块286处的查询的答案为否，则算法返回至方块264。
现在注意图8至12，将详述用于实施图3的燃料箱温度与压力管理系统的典型设备实施例。
作为对其的介绍，表1例证了硬件元件、硬件元件的控制变量与得到的控制状态之间的关系。本发明提供在现有技术的燃料系统(例如图1A至1C)中没有提供的控制状态“X”。然而，现有技术的燃料系统能够以控制状态“PA1”中的一种或多种操作；并且当停用或者没有配置FF1燃料流量控制器和FF2燃料流量控制器时，则本发明类似于现有技术的燃料系统以标识为“PA2”的控制状态操作。
表1：
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首先注意图8，描绘了根据本发明的燃料箱温度与压力管理系统的第一示范实施例300，其中表1的控制状态CS1、CS2和CS7可应用其上。
在该LPG燃料系统第一实施例300中，燃料箱302的顶部中的LPG燃料304为饱和的燃料蒸气(或简单地，蒸气)304V，而其下设置液体燃料304L，其中燃料可以是以其蒸气压力或接近其蒸气压力储存的任何燃料，并且不一定是LPG。
燃料箱302装备有压力安全阀，并且可装备有未示出但每个部件已在上文详细描述的温度传感器和压力传感器；并且燃料箱的容纳物可经受同样在上文详细描述的各种热(未示出)。
包含在燃料箱302内的是现有技术的燃料系统306的部件，即过滤器308、燃料泵310、止回阀312、过滤器314和燃料压力调节器316，所有部件均例如根据图1A的讨论在上文中详述。燃料泵的操作可响应于燃料压力调节器316，响应于另一压差源，或响应于控制器的命令。在燃料箱302以外的是同样在上文详细讨论的现有技术的燃料系统的额外部件，即：通常包括流量控制阀320、检修阀322和自动燃料关闭电磁阀324的阀组318，而更下游的是另一自动燃料关闭电磁阀326、蒸发器-调节器328和燃料消耗装置330。
根据本发明的第一实施例300，在现有技术的燃料系统部件上额外地提供的是：过滤器332，其设置在燃料箱的上方位置，由此燃料蒸气304V经由入口进入该过滤器332；和止回阀334，其连接至过滤器332。止回阀334经由连接部336与燃料泵310下游的现有技术的燃料系统306及燃料泵310的止回阀312和过滤器314的上游连接。与图3相比，注意到的是，FF2由连接部336、止回阀334、过滤器332和连接这些部件的管系构成，并且FF1大体由连接部336构成，其中，FF1和FF2还在连接部336处相互结合至下游的现有技术的燃料系统。
在操作中，止回阀312和334分别向经由FF1和FF2从燃料箱朝连接部336流动的燃料提供低的阻力并向从连接部336向燃料箱流动的燃料提供高的阻力。在至少某些操作条件下，包括当燃料泵不运行(也就是说，燃料泵不泵送液体燃料)时的操作条件，燃料经由FF2从燃料箱向连接部336流动的流阻应小于燃料经由FF1从燃料箱向连接部336流动的阻力。在这样的情况下，经由FF2从燃料箱302提取燃料蒸气304V，并且该燃料蒸气304V被输送至蒸发器-调节器328。然而，每当燃料泵运行(也就是说，燃料泵泵送液体燃料)，则止回阀334被经由FF1流向连接部336的液体燃料的压力关闭，使得在经由FF2的燃料蒸气304V被关掉的同时，液体燃料304L经由FF1输送至蒸发器-调节器328。
希望的是，选择连接部336的高度，使得当燃料蒸气流过FF1时，其不被液体燃料阻碍、阻止或以另外的方式不利地影响；这根据流体静力学和流体动力学原理通过选择连接部336在燃料箱中的液体燃料304L的表面上方的必要高度实现。
给定受PWM(脉宽调制)控制的燃料泵(这常常是现有技术的LPG燃料系统的情形)，则能够施加对经由FF1到达连接部336的燃料的流率的控制，从而简单地通过改变燃料泵的PWM驱动来改变如下的比率：液体燃料的质量流量与燃料蒸气的质量流量。
合适的止回阀334例如是由The Lee Company, Industrial Microhydraulics Division, Westbrook, CT制造的系列832或855Lee IMH的8mm止回阀。
第一实施例因其简单所以是优选的。应指出的是，在止回阀334未能关闭的情况下，则系统回复到图1A的现有技术的燃料系统的功能性。然而，如果止回阀335未能打开，则这从经由FF1的液体燃料输送的观点来看可能是成问题的；为了减小该故障模式的危险，如果需要的话则可串联配置两个或更多个止回阀334。
现在注意图9，描绘了根据本发明的燃料箱温度与压力管理系统的第二示范实施例340，其是第一实施例300的变体，现在具有可适用于其的表1包含的控制状态CS1至CS4和CS7(相对于第一实施例的两个额外的控制状态(CS3和CS4))，其中与图8相同的附图标记用于指示相同的部件。
在该LPG燃料系统第二实施例340中，燃料箱302的顶部中的LPG燃料304为饱和燃料蒸气(或简单地，蒸气)304V，而其下设置液体燃料304L，其中燃料可以是以其蒸气压力或接近其蒸气压力储存的任何燃料，并且不一定是LPG。
燃料箱302装备有压力安全阀，并且可装备有未示出但每个部件已在上文详细描述的温度传感器和压力传感器；并且燃料箱的容纳物可经受同样在上文详细描述的各种热(未示出)。
包含在燃料箱302内的是现有技术的燃料系统306的部件，即过滤器308、燃料泵310、止回阀312、过滤器314和燃料压力调节器316，所有部件均例如根据图1A的讨论在上文中详述。燃料泵的操作可响应于燃料压力调节器316，响应于另一压差源，或响应于控制器的命令。在燃料箱302以外的是同样在上文详细讨论的现有技术的燃料系统的额外部件，即：通常包括流量控制阀320、检修阀322和自动燃料关闭电磁阀324的阀组318，而更下游的是另一自动燃料关闭电磁阀326、蒸发器-调节器328和燃料消耗装置330。
根据本发明的第二实施例340，在现有技术的燃料系统部件上额外地提供的是：过滤器332，其设置在燃料箱的上方位置，由此燃料蒸气304V在入口处进入该过滤器332；止回阀334和设置在止回阀334与过滤器332之间的两通电磁阀342。止回阀334经由连接部336连接至燃料泵310下游的现有技术的燃料系统306及燃料泵310的止回阀312和过滤器314的上游。与图3相比，注意到的是，FF2由连接部336、止回阀334、过滤器332、两通电磁阀342和连接这些部件的管系构成，并且FF1大体由连接部336构成，其中，FF1和FF2还在连接部336处相互结合至下游的现有技术的燃料系统。
两通电磁阀342可以是开关的或比例的，例如以本领域已知的方式由脉宽调制(PWM)控制，并经由控制器(未示出)例如图7A的控制器256来控制。
在操作中，两通电磁阀342可关闭、部分打开或完全打开。给定两通电磁阀342的打开状态，则系统如同在图8中所描绘的实施例一样地运行。另外，每当两通电磁阀342关闭时，FF2亦关闭，由此独立于燃料泵310的操作状态或止回阀334的故障，液体燃料304L经由FF1输送至蒸发器-调节器328。
第二实施例相对于第一实施例的关键优点包括：1)第二实施例在不必开启燃料泵的情况下便于液体燃料经由FF2到燃料消耗装置的流动；2)如果配置有比例两通电磁阀，则第二实施例在不必开启燃料泵的情况下，在控制由每个燃料进给供应的燃料比例的同时，提供经由FF1和FF2将燃料同时进给至燃料消耗装置的手段；3)止回阀334和两通电磁阀342的组合引入故障安全冗余，在于即使止回阀334或两通电磁阀342中的一个未能打开，也能防止经由FF2从连接部336到燃料箱的不合需要的逆流。
两通电磁阀342优选地为常闭阀。合适的两通电磁阀342为通过Santa Ana, CA 92704的Impco Technologies可获得的L 240 Propane Fuel Lock-off。
接下来注意图10，描绘了根据本发明的燃料箱温度与压力管理系统的第三示范实施例350，其由于其广泛的功能性所以也是优选的，其中现在存在可适用于其的表1的所有控制状态，即包含的所有控制状态CS1至CS9(相对于第二实施例的四个额外的控制状态(CS5、CS6、CS8和CS9))，并且其中与图8相同的附图标记用于指示相同的部件。
在该LPG燃料系统第三实施例350中，燃料箱302的顶部中的LPG燃料304为饱和燃料蒸气(或简单地，蒸气)304V，而其下设置液体燃料304L，其中燃料可以是以其蒸气压力或接近其蒸气压力储存的任何燃料，并且不一定是LPG。
燃料箱302装备有压力安全阀，并且可装备有未示出但每个部件已在上文详细描述的温度传感器和压力传感器；并且燃料箱的容纳物可经受同样在上文详细描述的各种热(未示出)。
包含在燃料箱302内的是现有技术的燃料系统306的部件，即过滤器308、燃料泵310、止回阀312、过滤器314和燃料压力调节器316，所有部件均例如根据图1A的讨论在上文中详述。燃料泵的操作可响应于燃料压力调节器316，响应于另一压差源，或响应于控制器的命令。在燃料箱302以外的是同样在上文详细讨论的现有技术的燃料系统的额外部件，即：大体包括流量控制阀320、检修阀322和自动燃料关闭电磁阀324(其还可操作地用作如以下将讨论的本发明的两通电磁阀352)的阀组364，而更下游的是另一自动燃料关闭电磁阀326、蒸发器-调节器328和燃料消耗装置330。
根据本发明的第三实施例350，在现有技术的燃料系统部件上额外地提供的设置在阀组364内的是：前述两通电磁阀352，其如所述还可用于自动燃料关闭电磁阀324的性能；流量控制止回阀354，其类似于压力控制阀320；检修阀356，其类似于检修阀322；两通电磁阀358，其类似于两通电磁阀352、324，并且在阀组364以外的是：过滤器332，其设置在燃料箱的上方位置，由此燃料蒸气304V在入口处进入该过滤器332；和止回阀360，其经由连接部362连接至现有技术的燃料系统。与图3相比，注意到的是，FF2由过滤器332、流量控制止回阀354、检修阀356、两通电磁阀358、止回阀360和连接部362构成，并且FF1大体由两通电磁阀352和连接部362构成，其中，FF1和FF2还在连接部362处相互结合至下游的现有技术的燃料系统。
两通电磁阀352、358是开关的或成比例的，如例如以本领域已知的方式由脉宽调制(PWM)控制，并经由例如图7A的控制器256的控制器(未示出)控制。
在操作中，两通电磁阀352、358可彼此独立地关闭、部分打开或完全打开。给定两通电磁阀352、358的打开状态，则当燃料泵不运行(也就是说，燃料泵不泵送液体燃料)时，止回阀360将输送燃料蒸气304V，由此从燃料箱302提取燃料蒸气304V，并且该燃料蒸气304V被输送至蒸发器-调节器328。然而，当燃料泵运行(也就是说，燃料泵泵送液体燃料)时，则止回阀360(被液体燃料压力的作用)关闭，使得在经由FF2的燃料蒸气304V被关掉的同时液体燃料304L经由FF1输送至蒸发器-调节器328。给定两通电磁阀352打开，如果两通电磁阀358关闭，则FF2也关闭，并且独立于燃料泵310的操作状态，液体燃料304L经由FF1排他地输送至蒸发器-调节器328。给定两通电磁阀358打开，如果两通电磁阀352关闭，则FF1也关闭，并且燃料蒸气304V经由FF2排他地输送至蒸发器-调节器328。
第三实施例相对于第二实施例的关键优点是对经由FF1和FF2的燃料流动更灵活的控制。
接下来注意图11，描绘了根据本发明的燃料箱温度与压力管理系统的第四示范实施例370，其中表1包含的控制状态CS3至CS9可对其适用，并且其中与图8相同的附图标记用于指示相同的部件。
在该LPG燃料系统第四实施例370中，燃料箱302的顶部中的LPG燃料304为饱和燃料蒸气(或简单地，蒸气)304V，而其下设置液体燃料304L，其中燃料可以是以其蒸气压力或接近其蒸气压力储存的任何燃料，并且不一定是LPG。
燃料箱302装备有压力安全阀，并且可装备有未示出但每个部件已在上文详细描述的温度传感器和压力传感器；并且燃料箱的容纳物可经受同样在上文详细描述的各种热(未示出)。
包含在燃料箱302内的是现有技术的燃料系统306'的部件，即如例如根据图1B的讨论在上文中详述的过滤器308。在燃料箱302以外的是同样在上文详细讨论的现有技术的燃料系统的额外部件，即：通常包括流量控制阀320、检修阀322和自动燃料关闭电磁阀324的阀组318，而更下游的是燃料过滤器314、另一自动燃料关闭电磁阀326、蒸发器-调节器328和燃料消耗装置330。
根据本发明的第四实施例370，在现有技术的燃料系统部件上额外地提供的是：过滤器332，其设置在燃料箱的上方位置，由此燃料蒸气304V在入口处进入该过滤器332；和三通电磁阀372，其具有连接至现有技术的燃料系统306'的过滤器308的第一入口374，连接至本发明的过滤器332的第二入口376，和连接至阀组318上游的现有技术的燃料系统的出口378。与图3相比，注意到的是，FF2由三通电磁阀372的一部分和过滤器332构成，而FF1大体由三通电磁阀372的一部分和过滤器308构成(除在三通电磁阀372上游的现有技术的燃料系统中已包括燃料过滤器308的情形之外)，其中，三通电磁阀372用作连接部380，FF1和FF2在该连接部380处相互结合至下游的现有技术的燃料系统。
三通电磁阀372可相对于第一入口374与第二入口376中的每一个是开关的或比例地，并经由例如图7A的控制器256的控制器(未示出)控制。
在操作中，第一入口374和第二入口376彼此一致地完全打开、部分打开或关闭，以确保燃料输送满足燃料消耗装置330的燃料需求以及本发明下的功能性。给定第一入口374的打开状态和第二入口376的关闭状态，则液体燃料304L由FF1排他地输送。给定第一入口374的关闭状态和第二入口376的打开状态，则燃料蒸气304V由FF2排他地输送。给定第一入口374的打开状态和第二入口376的打开状态，则液体燃料304L和燃料蒸气304V以与打开状态的相对比例相关的比例分别由FF1和FF2输送。
合适的三通电磁阀是通过New Britain, CT的Parker Hannifin Corp.，Parker Fluid Control Division 可获得的Skinner A-Series的三通阀。
现在注意图12，描绘了根据本发明的燃料箱温度与压力管理系统的第五示范实施例390，其中表1的控制状态CS3、CS4和CS7可对其适用，并且其中与图8相同的附图标记用于指示相同的部件。
在该LPG燃料系统第五实施例390中，燃料箱302的顶部中的LPG燃料304为饱和燃料蒸气(或简单地，蒸气)304V，而其下设置液体燃料304L，其中燃料可以是以其蒸气压力或接近其蒸气压力储存的任何燃料，并且不一定是LPG。
燃料箱302装备有压力安全阀，并且可装备有未示出但每个部件已在上文详细描述的温度传感器和压力传感器；并且燃料箱的容纳物可经受同样在上文详细描述的各种热(未示出)。
包含在燃料箱302内的是现有技术的燃料系统306'的部件，即如例如根据图1B的讨论在上文中详述的过滤器308。在燃料箱302以外的是同样在上文详细讨论的现有技术的燃料系统的额外部件，即：通常包括流量控制阀320、检修阀322和自动燃料关闭电磁阀324的阀组318，而更下游的是燃料过滤器314、另一自动燃料关闭电磁阀326、蒸发器-调节器328和燃料消耗装置330。
根据本发明的第五实施例390，在现有技术的燃料系统部件上额外地提供的是：过滤器332，其设置在燃料箱的上方位置，由此燃料蒸气304V在入口处进入该过滤器332；和压力启动阀392，例如隔膜阀的，其具有一对压力基准394、396，并在连接部398处连接至现有技术的燃料系统。与图3相比，注意到的是，FF2由连接部398、压力启动阀392和过滤器332构成，而FF1大体由连接部398和过滤器308构成(除在连接部398上游的现有技术的燃料系统中已包括燃料过滤器308的情形之外)，其中，FF1和FF2还在该连接部398处相互结合并连接至下游的现有技术的燃料系统。
压力启动阀由压力源1 394与压力源2 396之间的压差控制。压力源2 396是可在燃料箱302与蒸发器-调节器328之间的任何位置取得的燃料进给压力。从控制的观点，压力源2优选的位置是蒸发器-调节器的上游并邻近该蒸发器-调节器，然而在燃料箱内测量压力源2从安全的观点是优选的，因为这不引入燃料经由压力基准线从燃料箱泄露的额外风险。压力源1 394是可以是蒸发器-调节器下游的燃料进给位置的基准压力，或者燃料消耗装置330的进气歧管内、或者大气、或者燃料箱内的密封腔内(优选地从安全的观点，因为这不引入燃料经由压力基准线从燃料箱泄露的额外风险)的压力。压力启动阀392可以是开关的或比例的。
在操作中，响应于压力源1 394与压力源2 396之间的压差，压力启动阀392在完全打开、或部分打开和关闭状态之间转换。当在压力启动阀392的打开状态中时，提取经由FF2的燃料蒸气304V，该提取可包括与阀的相对开度相关成可变比的经由FF1的液体燃料。当在压力启动阀392的关闭状态中时，仅提取经由FF1的液体燃料304L。
合适的压力启动阀基于普通车用燃料系统汽油压力调节器，但在闭塞的隔膜的控制侧上具有基准压力孔，并在抽空或用惰性气体填充的氮隔膜的该侧上具有腔，诸如在受控条件(例如在1巴的绝对压力时25度C)下。
应指出的是，关于在上文讨论的各种示范实施例，在各种实施例中能修改各种特征，例如增加或去除燃料泵、增加或去除止回阀或以另外的方式通过修改构造以仍然提供根据本发明的协同结果。例如，在上文讨论的各种实施例中，将FF1结合至FF2的连接部设置在燃料箱中的液体燃料的水平的上方，但这对于所有实施例来说不是要求。例如，即使连接部380位于燃料箱中的液体燃料的水平的下方，在图11中描绘的第四实施例也可构造成控制来自FF1和FF2的燃料流量。
在总结示范实施例的讨论中，图13描绘了在机动车辆上进行的试验期间的发动机燃料消耗相对燃料箱中的压降的变化率的图示400，该机动车辆具有大体上根据图10构造的燃料系统。通过利用设定为43度C的电热垫人工加热燃料箱获得示范曲线402。该试验包括由V6内燃机燃料消耗装置提供动力的1800kg的4门轿车，该V6内燃机燃料消耗装置设计成用LPG供以燃料。在测力计上测试车辆，由此监测到发动机的燃料流率、LPG箱温度与压力和车辆负载。以各种速度和燃料流率(负载)操作车辆，并获得数据。进行数据的计算(例如用在某一时间出现的压降除以该时间，以确定“压降变化率”)，以确定图示数据。
现在注意图14，示出的是燃料箱温度与压力管理系统的示范实施例500，其中现在不是选择性地从燃料箱提取本地蒸气，结合箱内蒸发器系统500选择性地提取蒸气。
在该LPG燃料系统实施例500中，燃料箱502的顶部中的LPG燃料504为饱和燃料蒸气(或简单地，蒸气)504V，而其下设置液体燃料504L，其中燃料可以是以其蒸气压力或接近其蒸气压力储存的任何燃料，并且不一定是LPG。
燃料箱502装备有压力安全阀506，并且可装备有每个部件已在上文得到详细描述的温度传感器508和压力传感器510；并且LPG燃料504可经受同样在上文得到详细描述的各种外部和内部热512、514。
包含在燃料箱502内的是现有技术的燃料系统516的部件，即过滤器518(其示出用作设置在液体燃料504L中的入口)、燃料泵520、止回阀522、过滤器524和燃料压力调节器526，所有部件均例如根据图1A的讨论在上文中详述。燃料泵的操作可响应于燃料压力调节器526，响应于另一压差源，或响应于控制器的命令。在燃料箱502以外的是同样在上文得到详细讨论的现有技术的燃料系统的额外部件，即：大体包括流量控制阀530、检修阀532和自动燃料关闭电磁阀534的阀组528，而更下游的是另一自动燃料关闭电磁阀536、蒸发器-调节器538和燃料消耗装置540。
根据本发明的实施例500，在现有技术的燃料系统部件上额外地提供的是箱内蒸发器系统550，包括：箱内蒸发器组件552，其由连接至箱内蒸发器556的燃料进给调节器554组成；蒸发器流量控制器，其优选地以三通电磁阀558的形式，其具有连接至现有技术的燃料系统516的入口560，连接至箱内蒸发器组件552的第一出口562和连接至阀组528上游的现有技术的燃料系统的第二出口564；以及止回阀566，其防止调节器554和三通电磁阀558下游的超压增大。
三通电磁阀558可以是开关的或比例的，例如其螺线管558s经由被编程为响应于输入数据572的控制器570、相对于入口560和第一出口562与第二出口564中的每一个以本领域已知的方式由脉宽调制(PWM)控制。
在操作中，控制器570接收诸如例如蒸发器-调节器538上游的燃料进给压力数据的数据572，并基于该控制器570的编程选择地致动螺线管558s，从而选择性地操作三通电磁阀558，以打开或按比例地打开或关闭第一出口562与第二出口564中的任一个。例如，当入口560和第二出口564处于打开状态并且第一出口562处于关闭状态时，在没有通过箱内蒸发器组件552的情况下从箱502提取液体燃料504L。例如，当入口560和第一出口562处于打开状态并且第二出口564处于关闭状态时，则液体燃料504L流入箱内蒸发器系统552，通过燃料进给调节器554，其中，燃料的压力与温度下降，并且可出现一些燃料蒸发。额外的蒸发将出现在箱内蒸发器556中，该箱内蒸发器556位于燃料进给调节器554的下游，并从液体燃料504L吸收蒸发潜热574。另外，横跨燃料进给调节器554的压降通常导致第二传热机制；即：使燃料的处于其气相的部分膨胀所需的热。如果燃料进给调节器554下游的燃料的温度低于燃料的气相的焦耳-汤普森转化温度，则燃料的膨胀将导致燃料箱容纳物的额外冷却。燃料箱502内的燃料504通过这些传热机制的合成冷却用于降低燃料箱中的燃料504的蒸气压力，并且得到的蒸气-液体前进至连接部568，然后前进至蒸发器-调节器538的下游。
燃料进给调节器554对于非限制性示例将下游压力降低至大约8巴(绝对压力)，以确保燃料消耗装置540不缺乏燃料，并且避免当燃料箱压力低时过度冷却，以及使燃料泵功率需求最小。燃料进给调节器554在故障的情况下应配置成全开情形。止回阀566确保交叉处568处的压力不明显高于燃料流量调节器526上游的压力(这否则可以是例如当存在到燃料箱与蒸发器-调节器之间的燃料管线中的燃料的热流，但很少有或没有到燃料消耗装置的燃料流)。燃料进给调节器554和箱内蒸发器556应浸没在液体燃料504L中和/或安装至相对于燃料箱502及其容纳物的良好热导体。
鉴于在上文的各种实施例的广泛说明，显然的是，还可例如通过去除燃料泵520、止回阀522和燃料压力调节器526来修改图14的实施例，使得例如在图11例证地由燃料箱中的蒸气压力提供经由燃料进给管线的液体燃料提取。
现在讨论本发明的实施方式的概论。
由于本发明适用于以蒸气压力或接近蒸气压力储存的燃料和适合于以气相(过热蒸气)消耗该燃料的燃料消耗装置，从燃料箱汲取的液体燃料需要被蒸发和过热，并且燃料压力(通常)在被供应至燃料消耗装置之前(相对于燃料箱储存压力)降低。这些变化需要在燃料箱与燃料消耗装置之间的某处出现。本发明利用这些要求(即在燃料箱与燃料消耗装置之间的某处蒸发、过热来自燃料箱的燃料和/或降低所述燃料的压力的需要)，以帮助管理燃料箱内的温度与压力，并因此将燃料箱保持在低于预定的蒸气压力阈值的最佳压力范围内。为了以低的额外风险和良好的成本效益比获得该功能性，本发明：(a)在可能的情况下延续现有技术的燃料系统和控制系统；(b)由简单但稳健且低成本的控制系统控制；和(c)考虑潜在的故障模式(诸如在高的燃料流量条件下的燃料缺乏)。
本发明提供三种不同的温度与压力管理机构。第一机构通过从燃料箱抽出燃料蒸气而非液体燃料选择地(例如基于诸如燃料箱压力的输入)从燃料箱去除高蒸气压力的组分。第二机构选择性地(例如基于诸如燃料箱压力的输入)蒸发燃料箱内的液体燃料，并从燃料箱内的燃料(第一优选)、和/或燃料箱体本身、或热连接至燃料箱体的其他硬件(第二优选)汲取需要的蒸发潜热。第三机构在燃料管线经过燃料箱的外部之前选择性地(例如基于诸如燃料箱压力的输入)降低燃料压力，并且从与以上相同的源汲取需要的膨胀热。该第三机构需要被膨胀的气体的温度低于其焦耳-汤普森转化温度。认为，利用第三机构冷却燃料箱容纳物的稳健性和成本效益比可能不如利用第二机构的有利；然而，对于来自燃料箱的蒸气燃料流量小和/或从外部源到燃料箱的不必要的传热大的系统，可能需要利用这些机构，以便获得必需的燃料箱冷却度。
根据本发明的第一方面，能够以可以接受的高速率再填充加压燃料系统的燃料箱，在于燃料箱内的蒸气压力保持在预定的蒸气压力范围内，该预定的蒸气压力范围适用于燃料消耗装置(例如内燃机)的正常操作，并适用于根据加油车喷嘴的预期压力的所需的再填充速率。通过提取燃料蒸气，一些液体燃料将沸腾，以便替换提取的燃料蒸气，以致维持蒸气-液体平衡(这是除沸腾掉的少量燃料之外，以填充由于液体燃料被现有技术的燃料系统以及利用本发明的燃料系统消耗而由液体燃料空出的体积)。当液体燃料将状态从液相变成蒸气相时，包含的蒸发潜热使燃料温度下降。举例来说，在该过程中包含的潜热量可以是大约几百瓦量级，而在高的燃料流量条件下可超过1KW。举例来说，由于LPG基本上为丙烷和丁烷的混合物，所以预期潜热包括丙烷的大约356KJ/Kg的比例潜热和丁烷的大约320KJ/Kg的比例潜热，包括可在液体的表面下方出现的潜在泡核沸腾（nucleate boiling）以及在液体的表面处的蒸发。
根据本发明的第二方面，提取作为蒸气的燃料将减少需要由蒸发器供应的所需的热。例如，如果蒸发器由电加热器加热，则该减少的热需求的一个潜在益处是较低的电力消耗(这转化成改善的燃料消耗)；该益处对于在加热期间和/或在低负载、冷环境条件下以内燃机的形式的燃料消耗装置尤其明显。其他潜在的益处是在发动机加热期间提高的冷却剂温度(这转化成改善的舱室加热)，以及在低负载、冷环境条件下(通过防止发动机冷却剂温度下降)维持所需的发动机温度的改善的能力。
举例来说，关于本发明对用于机动车辆的LPG燃料系统的应用：燃料管线必须保持加压，以供应燃料消耗装置的满载状态；需要防止泄露路径(例如由于隔膜故障)和湿气进入；以及软管的尺寸等，可能需要尺寸设计成容纳燃料蒸气相对于液体燃料的增大的体积流率。
关于为实施关于车辆LPG燃料系统的本发明而选择蒸气压力阈值，站在确保燃料系统在无需不必要地启动箱内燃料泵的情况下能够以燃料消耗装置的满负载供应燃料的立场上，可优选的是，保持燃料箱内的蒸气压力高于下阈值，诸如3巴(绝对压力)；但站在维持燃料箱内的允许相当快速的燃料箱再填充的蒸气压力的立场上，还可能需要保持燃料箱内的蒸气压力低于上阈值，该上阈值可取决于诸如燃料的化学成分和加油车喷嘴处的供应压力的预期范围的变量位于范围从5至10巴(绝对压力)中的某处。应指出的是，蒸气压力阈值可以是复合的，其中低于第一蒸气压力阈值，液体燃料(仅优选地)被选择以便输送，高于第二(较高)蒸气压力阈值，燃料蒸气(仅优选地)被选择以便输送，而在其之间，液体燃料与燃料蒸气的混合物被选择以便输送。
从LPG箱汲取燃料蒸气而非液体燃料的一个潜在缺点是，泵送给定质量的燃料通过燃料系统所需的燃料体积流率以及因此的压力较高。如果所需的压力比可用压力高，则到达燃料消耗装置的燃料量将下降，潜在地导致燃料缺乏。当到燃料消耗装置的燃料流量提高时，以及当燃料箱内的压力降低时，经历燃料缺乏的可能性提高。处理该潜在缺点的一种手段是装备具有较大内部尺寸的硬件(诸如阀和管)，然而该解决方案通常还导致不合需要的成本、质量和包装体积增加。替代方案是使用与由液体进给燃料系统所使用的相同尺寸的阀和管，但高于预定的燃料质量流量阈值从蒸气燃料进给切换成液体燃料进给。该解决方案可实现如下：检测(例如)蒸发器的入口处的燃料压力，并且将该信息输入控制器。在典型燃料进给压力依赖的高燃料流量操作条件下，控制器根据其编程选择地使两通或三通电磁阀(仅作为示例)的螺线管转换状态，以便允许燃料流动，其中状态的切换可以是状态的关/开切换或按比例的状态切换。
燃料箱的过度冷却从以下观点可能是不合需要的：(a)如果燃料箱压力低于燃料泵启动压力阈值，则提高电力消耗和提高燃料泵耐用性需求；(b)增加在燃料箱的外部形成并掉落的冰和/或水冷凝物；(c)连接至燃料箱的LPG硬件的过冷(有时称为“结冰”)；和(d)在燃料箱再填充期间与冷的燃料箱配件的表面接触。为了防止燃料箱变得太冷，本发明维持向发动机进给液相燃料的能力。另外，还存在人为地加热燃料箱的可能性。这可用电加热器、或通过利用燃料泵能量(例如，也使燃料泵以最大输出运转，其中大部分流量经由燃料泵压力调节器回到燃料箱，即使不需要燃料的该体积流量以维持燃料轨压力)实现。
操作地，本发明包括电子控制和机械控制的两类系统。电子控制的系统利用电子控制的阀和/或调节器，以提供例如图11的上述控制器控制的三通电磁阀的上述目标。机械控制的系统利用机械控制的阀和/或调节器，以提供例如图12的上述压力控制的燃料进给调节器的上述目标。
关于本发明在包括燃料泵的实施例中的实施方式，如果燃料箱压力低于最低调节器进给压力(在LPG燃料系统的情况下通常3至4巴(绝对压力))，则通常启动燃料泵，并且高于该压力则禁止燃料泵(这在现有技术中已知)。然而，根据本发明，可操作燃料泵达到阈值蒸气压力(其高于最低调节器进给压力；可能在范围从5至10巴(绝对压力)之间的某处)，以加热燃料(例如由于过冷情形)或提高燃料箱内的压力，并且根据本发明，在较高的阈值蒸气压力时禁止燃料泵，以允许燃料的冷却。
关于与FF1、FF2和FF1与FF2之间的连接部相关的方面，由于燃料箱中的燃料根据限定处于其蒸气压力，所以FF2通常包含一些冷凝液体(通常以小液滴的形式)，而FF1通常包含一些蒸发气体(通常以小气泡的形式)。连接部需要位于燃料箱内的液体的水平的上方(否则，则禁止蒸气流入连接部)。为了避免损坏燃料泵，连接部还应位于燃料泵的下游。连接部可位于燃料过滤器的上游或下游(如果在下游，则蒸气进给管线需要装备有第二燃料过滤器(这从成本、质量和包装的观点是不合需要的))。连接部可位于燃料箱内或外(根据图10，如果连接部位于燃料箱外，则需要第二燃料进给管线和额外的安全硬件)。
关于FF2的燃料蒸气入口(其可以是FF2燃料过滤器的入口)，燃料蒸气入口必须位于燃料箱顶部的蒸气空间中，并且优选地应在液体燃料的表面高度的预期范围上方尽可能高(也就是说，高于燃料箱内的最大允许液体燃料表面高度)，以便减少意外的液体进入燃料蒸气入口(例如通过泼溅)的可能性。在这点上，燃料蒸气入口为此目的可装备有防溅板，并且如所述，燃料蒸气入口应优选地装备有燃料过滤器，以防止不合需要的污染物的进入。此外，关于FF2燃料进给管线，为了向燃料蒸气流提供低的流阻，FF2燃料进给管线的最小横截面优选地应等于或大于与FF1燃料进给管线的最小横截面。
关于流量控制器：(a)当处于关闭状态时，从其通过的内部漏流应尽可能低；(b)当处于完全打开状态时，从其横跨的差压应尽可能低(以满足最大燃料要求)；和(c)启和闭状态的切换的实现可响应于可在燃料箱内和/或燃料箱外的位置处(例如蒸发器-调节器的紧上游)的燃料压力实现。流量控制器的阀调应使得能够改变进入燃料管线以去蒸发器-调节器的液体燃料的质量流量与蒸气燃料的质量流量的比率，以便随意提高或降低燃料箱温度。阀调功能性可通过利用例如以三通电磁阀、两个或更多个两通电磁阀、或另一合适的构造为形式的流量控制实现。阀调可由级控制(即两个或更多个不同的比率)操作地调节，或可由进入燃料进给管线的液体燃料的质量流量与燃料蒸气的质量流量的连续可变控制，理想地能够以预定的(例如经验地确定)上下限之间的任何液体燃料的质量流量和燃料蒸气的质量流量操作。
仅作为例证，用于汽车应用的典型LPG燃料系统可具有以下参数：(a)燃料箱压力安全阀通常在26至28巴(绝对压力)的压力时打开；(b)燃料轨压力通常高于入口歧管压力1至2巴，并由调节器维持。为了维持该压力，调节器的上游侧上的燃料进给压力需要较高，例如3至4巴(绝对压力)，由此当燃料箱内的压力降到近似3巴(绝对压力)之下时，通常启动燃料泵。从消除不需要的未填充的燃料箱的再填充情形的观点，需要保持燃料箱压力低于近似8巴(绝对压力)。
对于本发明所属的领域中的技术人员，上述优选实施例可经受变化和变型。这样的变化或变型可在不偏离本发明的意于仅由所附权利要求的范围限定的范围的情况下实现。

Claims (10)

1.一种用于燃料系统的燃料箱温度与压力管理的方法，所述燃料系统利用气相燃料适合的燃料消耗装置，其中燃料以大致接近燃料的蒸气压力作为液体燃料和燃料蒸气储存在所述燃料箱中，所述方法包括步骤：
获得所述燃料系统的燃料进给压力；
选择性地从所述燃料箱提取作为大致液体燃料的燃料；以及
选择性地从所述燃料箱提取作为大致燃料蒸气的燃料；
其中选择性地提取燃料的所述步骤响应于所述获得步骤给所述燃料箱下游的所述燃料系统提供为液体燃料与燃料蒸气的可变比的燃料，从而提供如下项中的至少一项：a)所述燃料箱内的燃料的温度与压力调节；和b)到所述燃料系统的蒸发器的为不完全蒸发燃料的蒸发燃料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选择性提取燃料的所述步骤提供燃料的具有相对较高挥发性的化学成分从所述燃料箱的选择性的去除。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得和选择性地提取的所述步骤调节所述燃料箱内的燃料的温度与压力，使得所述燃料箱内的燃料的压力大致保持低于与所述燃料箱的再填充相关的预定压力阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料消耗装置的操作需要最低燃料进给压力；并且其中在选择性提取的所述步骤中，如果获得的燃料进给压力高于或等于所述最低燃料进给压力，则提高燃料蒸气在比率中的比例。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，倘若所述燃料箱内的燃料压力在预定的上阈值压力与预定的下阈值压力之间，则提高燃料蒸气在比率中的比例。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述燃料箱选择性地提取作为大致燃料蒸气的燃料的所述步骤包括从所述燃料箱的本地燃料蒸气的提取，这颠覆所述燃料箱中的燃料的蒸气-液体的平衡，从而以便冷却所述燃料箱中的燃料。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述燃料箱选择性地提取作为大致燃料蒸气的燃料的所述步骤包括吸收潜热的箱内蒸发过程，从而冷却所述燃料箱中的燃料。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述燃料箱选择性地提取作为大致燃料蒸气的燃料的所述步骤包括如下项中的至少一项：
从所述燃料箱的本地燃料蒸气的提取，这颠覆所述燃料箱中的燃料的蒸气-液体的平衡，从而以便冷却所述燃料箱中的燃料；
箱内蒸发过程，其吸收潜热，从而冷却所述燃料箱中的燃料；以及
箱内压力减小过程，其吸收膨胀热，从而以便冷却所述燃料箱中的燃料。
9.一种用于对利用气相燃料适合的燃料消耗装置的燃料系统的燃料箱温度与压力进行管理的设备，其中燃料以大致接近燃料的蒸气压力作为液体燃料和燃料蒸气储存，所述设备包括：
燃料箱；
蒸发器；
燃料管线，其将所述蒸发器连接至所述燃料箱；
第一燃料进给管线，其具有与所述燃料箱内的液体燃料流体连通的入口；
第二燃料进给管线，其具有与所述燃料箱内的燃料蒸气流体连通的入口；
连接部，其将所述第一燃料进给管线流体地连接至所述第二燃料进给管线并连接至所述第一燃料进给管线和第二燃料进给管线下游的所述燃料管线；以及
流量控制器，其连接至所述第一燃料进给管线和第二燃料进给管线中的至少一个，所述流量控制器相对地控制相对于所述第一燃料进给管线到所述连接部的液体流量和所述第二燃料进给管线到所述连接部的燃料蒸气流量的燃料流量；
其中所述流量控制器响应于相对于所述燃料系统中的燃料进给压力的预定关系控制作为液体燃料与燃料蒸气的可变比的燃料流量，从而提供如下项中的至少一项：a)所述燃料箱内的燃料的温度与压力调节；和b)如果所述蒸发器不完全蒸发燃料则到所述蒸发器的蒸发燃料。
10.一种用于对利用气相燃料适合的燃料消耗装置的燃料系统的燃料箱温度与压力进行管理的设备，其中燃料以大致接近燃料的蒸气压力作为液体燃料和燃料蒸气储存，所述设备包括：
燃料箱；
蒸发器；
燃料管线，其将所述蒸发器连接至所述燃料箱；
箱内蒸发器组件，其设置在所述燃料箱内；
入口，其与所述燃料箱内的液体燃料流体连通；
蒸发器流量控制器，其连接至所述入口和所述箱内蒸发器组件，所述蒸发器流量控制器控制从所述入口进入所述箱内蒸发器组件的燃料流量；以及
至少一个连接部，其将所述入口流体地连接至所述箱内蒸发器组件并连接至所述蒸发器流量控制器下游的所述燃料管线；
其中所述蒸发器流量控制器控制进入所述箱内蒸发器组件的燃料流量，以便提供从其通过的燃料的蒸发，使得响应于相对于所述燃料系统中的燃料进给压力的预定关系提供液体燃料与燃料蒸气的可变比，从而提供如下项中的至少一项：a)所述燃料箱内的燃料的温度与压力调节；和b)如果所述蒸发器不完全蒸发燃料则到所述蒸发器的蒸发燃料。
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