CN104421015B - 用于调整燃料组成以增加液体燃料耐热性的方法 - Google Patents

用于调整燃料组成以增加液体燃料耐热性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于调整燃料组成以增加液体燃料耐热性的方法。描述了一种用于调整燃料成分以增加液体燃料耐热性的方法，所述方法包括当燃料温度降低到阈值以下时，通过燃料导轨将第一燃料(例如液体丙烷)直接喷射到发动机；以及响应于燃料温度大于阈值，通过所述燃料导轨直接喷射所述第一燃料与第二燃料(例如汽油)的液体混合物。例如，可以将足够量的汽油添加到所述液体丙烷，以确保所述混合物在发动机操作期间保持为液体。以此方式，引入到所述丙烷中的所述汽油的量可以基于所述燃料温度高于所述阈值的程度，这进一步用以扩展所述第一燃料的操作范围。

Description

用于调整燃料组成以增加液体燃料耐热性的方法
技术领域
本说明书涉及燃料输送系统以及用于混合燃料以调整其中的燃料组成的方法。
背景技术
液化石油气(俗称为丙烷)当在发动机系统内用作燃料时可以被压缩成可运输液体。然而，为了确保丙烷在发动机操作期间保持为液体，还可能包括额外的措施，所述措施增加其中的复杂性以及成本。例如，为了通过端口燃料喷射来喷射液体燃料，可以通过使燃料导轨内的经发动机加热燃料返回到燃料储存箱来冷却燃料导轨。然而，此类再循环可能导致储存箱变热，因为返回的热液体不断地与储存箱中剩余的较冷液体混合，这因此限制了液体喷射丙烷燃料系统当在热环境中操作时的适用性。可替代地，为了通过直接燃料喷射来喷射燃料，可能将错综复杂的装置包括在燃料系统内，所述装置的作用是冷却丙烷燃料并且对丙烷燃料加压，同时使它保持在液相中并且在临界点以下。
另一方法可以混合具有不同化学成分的两种燃料以增强燃料混合物的热响应。例如，US 7,861,696公开了多燃料供应和共喷射系统，所述系统在微处理器的控制下以如下方式将各种燃料组合(液态以及气态两者)混合在一起，即基于发动机内的燃烧效率以及功率输出来增强对燃料的热含量的利用。然而，所公开的系统还包括多个组件，例如燃料循环泵、蓄积器以及用于增加气态丙烷的压力以便使它在发动机系统内保持为液体的正排量泵。此类组件可能在操作期间退化，并且因此燃料的温度和/或压力控制可能相应地退化，从而引起潜在的加燃料错误。
发明内容
发明者已经认识到此类方法的上述问题以及其它问题并且本文中公开了各种实施例，所述各种实施例中的若干个实施例包括一种用于通过响应于升高的燃料温度而将第二燃料(例如，本文中的汽油)引入到第一燃料来调整燃料组成以增加第一燃料(例如，本文中的LPG)的液体燃料耐热性的方法。例如，混合两种燃料允许燃料混合物保持在液相中并且由此防止第一燃料在发动机操作期间变成超临界流体，所述超临界流体针对发动机泵和喷射器性能会出现问题。本文中描述了一种方法，其中所述方法包括当燃料温度降低到阈值以下时，通过燃料导轨将液体丙烷直接喷射到发动机；以及响应于燃料温度大于阈值，通过燃料导轨直接喷射丙烷与汽油的液体混合物。所述方法进一步允许通过计量添加到所述液体丙烷的汽油的量来控制液体混合物的组成，以确保所述混合物在发动机操作期间保持为液体。以此方式，实现了可以扩展第一液体燃料的操作范围的技术效果，所述结果可以允许减少燃料冷却(或在一些情况下基本消除)并且减少燃料加压。
在另一个实施例中，一种用于发动机的方法包含：响应于燃料温度低于阈值，通过燃料导轨将液体丙烷而没有汽油直接喷射到发动机；响应于燃料温度大于阈值，将汽油添加到液体丙烷以将混合物维持为液体，并且基于燃料温度高于阈值的程度控制所述混合物的组成。
在另一个实施例中，控制液体混合物的组成包括调整计量阀以调整添加到液体丙烷的汽油的量。
在另一个实施例中，所述方法进一步包含响应于添加的汽油的量来调整喷射的丙烷的量以维持发动机的化学计量操作。
在另一个实施例中，所述方法进一步包含基于添加的汽油的量来调整节气门以维持在发动机的汽缸中燃烧的化学计量总空气燃料混合物。
在另一个实施例中，随着燃料温度高于阈值的程度增加，液体混合物中的汽油的部分增加。
在另一个实施例中，汽油与丙烷的液体混合物使得燃料温度和燃料压力中的一个或多个相对于单独的液体丙烷更高得操作。
在另一个实施例中，增加燃料温度和燃料压力中的一个或多个扩展了丙烷的操作范围。
在另一个实施例中，液体混合物的组成防止液体混合物变成超临界流体。
在另一个实施例中，在燃料温度大于阈值时响应于发动机启动请求而通过燃料导轨进行喷射之前，丙烷循环一段持续时间。
在另一个实施例中，一种用于发动机的方法包含：将第一燃料而没有第二燃料喷射到发动机，并且响应于燃料温度大于阈值，喷射包含第一燃料和第二燃料的混合物，同时基于燃料温度高于阈值的程度调整混合物的燃料组成。
在另一个实施例中，第二燃料管路中的计量阀被配置成基于发动机工况调整添加到第一燃料的第二燃料的量。
在另一个实施例中，响应于第二燃料的添加，维持发动机的化学计量操作。
当单独地或结合附图阅读时，本说明书的上述优点和其它优点以及特征将通过以下具体实施方式显而易见。应理解，提供以上概述是为了以简化形式引入在具体实施例部分中进一步描述的一系列概念。它并没有打算识别要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围唯一地由所附权利要求来限定。此外，要求保护的主题并不限于解决上文提到的或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
当单独地或参考附图理解时，通过阅读在本文中称为具体实施方式的实施例的示例，本文中所描述的优点将得到更加完整的理解，其中：
图1是发动机的示意图；
图2示出了根据本发明的示例燃料系统；
图3示意性地示出了三个示例相图以说明各种物质和混合物可以如何具有取决于温度和压力的不同物理特性；
图4到5示出了当响应于在高发动机负荷下的升高的燃料温度而将第二液体燃料添加到第一液体燃料时的对燃料喷射分布的示例调整；
图6是说明可以如何响应于升高的燃料温度来调整燃料系统中的一个或多个致动器以调整液态燃料混合物的组成的示例流程图；以及
图7是用于说明可以如何基于发动机状况来调整燃料组成的示例流程图。
具体实施方式
本说明书涉及用于车辆的内燃发动机的燃料系统的实施例。图1提供发动机系统的示意图，而图2提供根据本发明的示例燃料系统。在图3中，提供两种示例液体的相图以示出每种物质可以如何基于存在的压力和温度展现不同的物理特性。其中，还示出两种物质的示例混合物以说明相图可以如何基于其中的混合物的组成而移动，所述示例混合物进一步用于在所描述的系统中有利于在基本所有状况下将液体燃料输送到发动机系统。为了说明示例方法，图4到5示出了当响应于在高发动机负荷下的升高的燃料温度而将第二液体燃料添加到第一液体燃料时的示例燃料喷射分布。随后，图6和7示出了示例流程图，所述流程图可以一起使用并且与图1到2中的系统一起使用，以便说明可以如何在公开的系统内进行调整以进一步调整其中的燃料组成。为简单起见，在整个具体实施方式中使用共同的参考标号来指代相似的元件。
参考图1，包含多个汽缸的内燃发动机10是由电子发动机控制器12来控制，所述多个汽缸中的一个汽缸在图1中示出。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，所述汽缸壁具有定位在其中并且连接到曲轴40的活塞36。燃烧室30示出为通过相应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门都可以由进气凸轮51和排气凸轮53来操作。可替代地，进气门和排气门中的一个或多个可以通过机电控制阀线圈和电枢总成来操作。进气凸轮51的位置可以通过进气凸轮传感器55来确定。排气凸轮53的位置可以通过排气凸轮传感器57来确定。
直接液体燃料喷射器80示出为被定位成直接将液体燃料喷射到燃烧室30中，这被所属领域的技术人员称为直接喷射。可替代地，通过被定位成将液体燃料喷射到进气歧管44中的端口燃料喷射器81可以将液体燃料喷射到进气端口，这被所属领域的技术人员称为进气道喷射。直接液体燃料喷射器80以与来自控制器12的脉冲宽度成比例的方式输送液体燃料。在一些实施例中，直接燃料喷射器80和进气道燃料喷射器81都可以向发动机10提供液体燃料。然而，在其它示例中，液体燃料可以在没有进气道气体燃料喷射器81的情况下仅仅通过直接燃料喷射器80来供应。另外，在其它示例中，燃料可以在没有直接燃料喷射器80的情况下仅仅通过进气道燃料喷射器81来供应。为简单起见，在本文中发动机10通过直接燃料喷射器80来直接喷射燃料。图2进一步说明了燃料喷射器80可以通过燃料导轨90来接收由液体燃料系统200输送的液体燃料，所述液体燃料系统包括燃料箱、燃料泵以及燃料导轨。燃料导轨90中的燃料温度通过温度传感器61来感测，所述温度传感器在一些情况下还可以或替代地是压力传感器。
进气歧管44示出为与任选的电子节气门62连通，所述电子节气门62调整节流板64的位置以控制从进气口42到进气歧管44的空气流。电子节气门62示出为定位在进气歧管44与进气口42之间。
响应于控制器12，无分电器点火系统88通过火花塞92向燃烧室30提供点火火花。通用或宽域排气氧(UEGO)传感器126示出为耦合到催化转换器70的上游的排气歧管48。可替代地，双态排气氧传感器可以取代UEGO传感器126。
在一个示例中，催化转换器70可以包括多个催化剂砖。在另一示例中，可以使用各自具有多个砖的多个排放控制装置。在一个示例中，催化转换器70可以是三元类型催化剂。
控制器12在图1中示出为常规的微型计算机，所述微型计算机包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器(ROM)106、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110以及常规的数据总线。控制器12示出为除接收先前所论述的那些信号之外还接收来自耦合到发动机10的传感器的各种信号，包括：来自耦合到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；耦合到加速器踏板130的用于感测由脚132施加的力的位置传感器134；来自耦合到进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自感测曲轴40位置的霍耳效应传感器118的发动机位置传感；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。还可以感测(传感器未图示)气压以用于由控制器12进行处理。在本说明书的一个示例中，发动机位置传感器118在曲轴的每一转产生预定数目的等间隔脉冲，由此可以确定发动机转度(RPM)。
在一些实施例中，发动机可以耦合到混合动力车辆中的电动马达/电池系统。混合动力车辆可以具有并联配置、串联配置或其变体或组合。此外，在一些实施例中，可以采用其它发动机配置，例如柴油发动机。
在操作期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环：所述循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程。一般来讲，在进气冲程期间，排气门54关闭并且进气门52打开。空气通过进气歧管44引入到燃烧室30中，并且活塞36移动到汽缸的底部以便增加燃烧室30内的容积。活塞36靠近汽缸的底部并且在其冲程的结束(例如，当燃烧室30在其最大容积处时)所在的位置通常被所属领域的技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54都闭合。活塞36朝向汽缸盖运动以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36在其冲程的结束并且最靠近汽缸盖(例如，当燃烧室30在其最小容积处时)所在的点通常被所属领域的技术人员称为上止点(TDC)。在下文称为喷射的过程中，燃料被引入到燃烧室中。在下文称为点火的过程中，通过诸如火花塞92的已知点火装置对喷射燃料进行点火，从而引起燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体将活塞36推回至BDC。曲轴40将活塞移动转换成旋转轴的旋转扭矩。最终，在排气冲程期间，排气门54打开以向排气歧管48释放燃烧的空气燃料混合物并且活塞返回到TDC。应注意，上文仅作为示例示出，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以发生变化，诸如以便提供正或负阀门重叠、延迟的进气门关闭或各种其它示例。
图2更详细地示出了耦合到发动机10的示例燃料系统200。如上文所提到，发动机10可以包含用于执行燃烧反应的一个或多个燃烧室，所述燃烧室给汽缸体240内的发动机供应动力。每个燃烧室可以被配置成通过燃料导轨90以及耦合到其上的直接液体燃料喷射器80接收液体燃料喷射。尽管本文中描述了直接喷射系统，但在一些实施例中，发动机10还可以或可替代地包括被配置用于进气道燃料喷射的一个或多个喷射器。在所提供的示例中，第一燃料是液体丙烷(或LPG)且第二燃料是汽油。应了解，在以下示例中，使用汽缸中燃料和空气的1:1用量来描绘基本化学计量燃烧混合物。包括在混合物中的大于1:1(λ)比率的任何额外燃料可以描绘比化学计量更富的燃烧混合物，其中富程度随着额外燃料的量的增加而增加。然而，在替代示例中，空燃比可以基于每种混合物的期望空燃比而不同。
转向燃料系统200，提供一个示例配置以说明可以如何在发动机操作期间响应于在阈值以上的燃料(或发动机)温度而将第二液体燃料(本文中是汽油)添加到第一液体燃料(本文中是LPG)。
因此，燃料系统200包含用于储存用以给发动机系统供应动力的第一燃料的第一燃料储存箱202，以及用于储存用以添加到第一燃料中以防止第一燃料变成超临界流体的第二燃料的第二燃料储存箱204。尽管第二燃料提供用于防止第一燃料变得超临界的手段，但在一些情况下，在燃料温度大于阈值时，响应于发动机启动请求，在经由燃料导轨进行喷射之前，第一燃料(本文中是LPG)可以通过借助返回管路219使燃料从燃料导轨90返回到第一燃料储存箱202而循环一段持续时间。
第一燃料储存箱202包括用于通过第一燃料管路212使液体燃料的水平上升的提升泵210。如本文所描述，燃料提升泵操作以在储存箱中形成压力或吸力，所述压力或吸力由此升高燃料水平。这提供发动机驱动式高压泵218以使燃料达到必需的喷射压力。如本文所描述，当燃料温度降低到温度阈值以下时，可以将第一燃料(或LPG)喷射到发动机10。可替代地，当燃料温度增加或上升到温度阈值以上时，换句话说在热的工况下时，可以将储存在第二燃料储存箱内的第二燃料(或汽油)添加到LPG并且由此使燃料混合物富化。由此，第二燃料储存箱204还包括用于通过第二燃料管路222使第二液体燃料的水平上升的第二提升泵220。大体上，取决于箱温度的第一提升泵(或LPG)提升泵压力基本比第二提升泵220(或汽油)提升泵压力更高。例如，LPG压力范围可以从在较冷温度处的近似零压力(例如，基本上0psi)变化到高达在最高设计箱温度处的325psi。因此，汽油增压泵可以用以将汽油引入到其中存在LPG的高压泵入口中。出于此原因，在汽油通过计量阀226与LPG结合之前，增压泵224被包括进来用于增加第二燃料管路内的流体压力，所述计量阀是被配置用于基于燃料温度和/或发动机工况来调整添加到LPG的汽油的量的阀。如上文所描述，在结合第二燃料与第一燃料之后，当燃料温度大于温度阈值时，所得的液体混合物还可以流过公共燃料管路216以用于喷射到发动机10。所述方法因此进一步包含通过计量添加到第一燃料(例如，LPG)的第二燃料(例如，汽油)的量来控制液体混合物的组成，其中所添加的第二燃料的量是基于燃料温度高于阈值的程度。例如，当燃料温度在温度阈值以上增加时，计量阀226可以基于温度变化而打开，以增加添加到LPG的汽油的量。由此，随着燃料温度高于阈值的程度增加，液体混合物中的汽油的部分可以增加。相反，当燃料温度在温度阈值以上减小时，计量阀226可以基于温度变化而关闭，以减少添加到LPG的汽油的量。
为了实现此类调整，示出为耦合到传感器230和致动器232的控制器12可以通过调整提升泵(例如，通过调整来自第一提升泵210和/或第二提升泵220的压力)或增压泵(例如，通过调整增压泵224)来调整一个或多个燃料流。另外，控制器12可以被配置成基于发动机工况来调整计量阀226并且由此控制引入到第一燃料的第二燃料的量。在本文中，燃料温度可以是在燃料或发动机系统内的任何位置处测量或估计的燃料的温度。例如，在一个实例中，燃料温度可以是由温度传感器61测量的燃料导轨温度。以此方式，耦合到发动机系统10的燃料系统200可以被配置成将第二燃料添加到第一燃料，以便防止第一燃料变成超临界流体，因为燃料泵和/或燃料喷射器性能可能受到损害且因此作为响应变得相当低效。本文中的燃料系统可以具有其它优点，因为与单独的第一燃料相比第二燃料的添加进一步允许燃料温度和压力可以更高地操作。以此方式，燃料的操作范围可以通过所描述的方法扩展。
关于燃料的物理特性，图3示意性地示出了示例相图以说明不同的物质如何基于压力和温度而展现不同的物理特性。如其中所示，图3包括两种物质以及所述两种物质的示例混合物的相曲线以说明物理特性可以如何以取决于燃料混合物的组成的方式变化。换句话说，表示混合物的示例相图可以基于其中的组成(例如，在溶液中溶质粒子的数目与溶剂粒子的数目的比)而并不基于存在的化学物质的类型来调整。朝向曲线左侧或上侧是液体。朝向曲线右侧或下侧是蒸汽。在超出圆点的压力或温度下，流体是超临界的。第二燃料可能展现或可能不展现在所关注的温度范围内的超临界温度或压力。当然，其它物质可以具有不同的物理特性并且因此与所示出的曲线相比展现出不同的曲线。
为了使第二燃料有效地防止第一燃料在升高的温度和/或压力下变成超临界流体，第一燃料的相转变可以基本位于在第二燃料的相转变上方的液体区域内。由此，在其中(例如响应于增加的温度)第一燃料经历在液相与气相之间的相转变的状况下，第二燃料可以保持为非挥发性液体。或可替代地，在第一燃料通过压力和温度两者的增加而经历到超临界流体的相转变时(如有时在车辆的燃料系统内发生)，第二燃料可以保持为非挥发性液体。
为简单起见，曲线图300示意性地示出了第一燃料(例如，LPG)、第二燃料(例如，汽油)以及这两种燃料的示例混合物(例如，85％的LPG，15％的汽油)的压力和温度相图。在图中，温度示出为沿着横坐标且温度从左到右增加，并且压力示出为沿着纵坐标且压力从下到上增加。
关于第一燃料，第一转变302将隔离的化学物质的液相和气相分开。因此，曲线图300的第一转变302的左侧(或上侧)的区域表示其中第一燃料以液相存在的区域。相反，第一转变302的右侧(或下侧)的区域表示其中第一燃料以气相存在的区域。沿着线自身的点表示液相与气相之间的相转变，其中两种相都存在。在第一转变302的末端处的点是第一临界点304(例如，对于LPG，Pc＝42.5bar，Tc＝96.6℃)，超出所述临界点，物质是超临界流体。因此，在临界点以上的温度下，物质可以变成超临界流体并且展现出类液态以及类气态特性，从而使得不同的液相和气相不再存在。例如，超临界流体可以像气体一样流过固体，而且可以像液体一样溶解物质。当燃料变得超临界时，燃料系统内的机械零件(例如，喷射泵)的操作也可能变得有问题。因此，根据本发明的方法允许将第二燃料添加到第一燃料以通过防止第一燃料变成超临界流体来扩展燃料系统的操作范围。
以类似方式，第二转变312将第二物质的液相和气相分开。由此，曲线图300的第二转变312左侧(以及上侧)的区域表示其中第二燃料作为液体存在的区域，而右侧(以及下侧)的区域表示其中第二燃料作为气态物质存在的区域。如上文所描述，第二转变312因此表示第二物质的液相与气相之间的相转变。第二临界点314示出为在第二转变曲线的末端并且表示在其以上物质变成超临界流体(例如，对于汽油，Pc＝24.9bar，Tc＝296.8℃)的压力和温度。为简单起见，第一转变302基本上完全位于第二转变312的左侧，并且在第二物质的液相内。由此，第一物质经历从液相到气相的相转变，同时第二物质保持为液体。
第三转变322被进一步示出以说明与隔离的第一物质相比较，将两种物质混合在一起如何改变第一物质的物理特性。其中，第三转变322位于第一转变302的右侧并且指示两种物质的混合物可以比单独的第一物质在更高的温度下汽化。此外，第三临界点324也可以被改变，从而使得混合物在更高的温度下变成超临界流体。以此方式，将第二物质添加到第一物质产生曲线移位330，所述曲线移位相对于隔离的物质的精确位置取决于混合物的组成。如所描述，本文中的燃料系统可以调整燃料混合物的组成以通过曲线移位330进一步调整转变曲线的放置并且由此防止第一燃料在发动机操作期间变成超临界流体。
现在转向图4，映射400描绘了响应于升高的燃料温度的在多燃料发动机系统中的示例燃料喷射调整。如其中所示，当燃料达到阈值温度时，增加燃料中的汽油的部分以升高燃料可以操作而不会变得超临界的温度。由此，所进行的调整使得第一燃料的操作范围能够通过与第二燃料的一部分混合来扩展。然而，因为LPG以及汽油具有不同的流体和能量密度，并且因为在结合这两种燃料之后丙烷被汽油稀释，所以在一些情况下，可以调整燃料喷射以考虑到在结合的总空燃比和/或结合的密度上的变化。
如其中所描绘的，响应于燃料温度在阈值温度以上，可以在高发动机负荷状况期间使用所示出的燃料喷射分布。确切地说，基于升高的燃料温度与阈值温度之间的差值添加一定量的第二燃料，以便在汽缸中产生比化学计量更富的燃烧混合物。例如，可以将第二液体燃料添加到第一液体燃料以产生液体混合物，以便防止第一液体燃料变成超临界流体。然而，在一些情况下，可以基于燃料温度高于阈值的程度将第二燃料添加到第一燃料，或者还可以添加第二液体燃料以提供冷却效果，所述冷却效果降低燃料温度并且由此防止液体混合物达到临界点。因此，在所描绘的示例中，第一燃料被喷射以满足发动机扭矩需求，而第二燃料被喷射以防止第一燃料变成超临界流体。
映射400示意性地在402处描绘发动机负荷并且在410处描绘燃料温度。在所示出的示例中，燃料温度410大体上与发动机负荷402相似，但相比之下被延迟以允许在发动机10与燃料系统200之间发生的热传递，在一些情况下所述发动机和燃料系统可能在空间上彼此远离。阈值412反映了燃料温度，在所述燃料温度以上，将第二液体燃料添加到第一燃料以便防止它变成超临界流体。举例来说，作为一个示例，阈值412可以是96.6℃。因此，在96.6℃以下，将LPG喷射到发动机中。然而，在96.6℃以上，其中LPG在一些状况下变成超临界流体，不同的液相或气相可能不存在，这使得燃料到发动机的喷射出现问题。由此，在96.6℃以上的温度下将汽油添加到LPG以便产生液体混合物，所述液体混合物防止LPG或燃料混合物变成超临界流体。在映射400内，曲线420描绘将第一液体燃料(本文中是LPG)加到发动机10中，而曲线422示出了当燃料温度410在阈值412以上时，加入第二液体燃料(本文中是汽油)。曲线430进一步示出了输送到汽缸的进气充气，并且在曲线442处描绘，汽缸燃烧空燃比(AFR)相对于化学计量AFR 440的变化。
在t1之前，发动机可以仅利用喷射到汽缸中以满足发动机扭矩需求(在曲线402中示出)的第一液体燃料(本文中是LPG)(曲线420)来操作。所喷射的LPG的量可以被调整成与汽缸中接收的进气充气的量(曲线430)成比例，以便以基本在化学计量处或约为化学计量(虚线440)的总燃烧空燃比(曲线442)操作汽缸。另外，发动机控制器可以基于在汽缸中接收的进气空气的量将第一量的LPG喷射到发动机汽缸中，以提供化学计量燃烧空燃比。
在t1之前，发动机负荷可以增加，并且当使用LPG来满足发动机负荷时，燃料温度可能逐渐增加(曲线410)，直至在t1处，燃料温度在阈值温度412以上。响应于升高的燃料温度，在维持LPG的喷射的同时，并且在将火花正时维持在峰值扭矩正时的同时，发动机控制器可以增加第二液体燃料(本文中是汽油)的喷射以防止第一燃料变成超临界流体(曲线422)。例如，在t1与t2之间，控制器可以将第二量的汽油添加到汽缸中。本文中，引入到燃料供应中的第二量的汽油是基于在阈值以上的升高的燃料温度，并且引入的量可以随着排气温度与阈值温度之间的差值的增加而增加。在将汽油添加到LPG燃料流中之后，控制器12可以被配置成考虑到燃料喷射策略中燃料密度(例如，基于燃料的组合密度)以及空燃比的变化。因此，尽管喷射的燃料的净燃烧能量(例如，以焦耳为单位)可能并无大幅度改变，但喷射的燃料的实际体积可能实质上改变。作为一个示例，可以将比LPG的体积少大约25％的汽油的体积喷射到发动机10。因此，如果汽油与LPG的50/50混合将通过公共燃料管路216以及燃料导轨90喷射，那么与100％LPG燃料的喷射相比，减少大约12.5％的燃料的体积可能被喷射到发动机10。此外，在一些示例中，应了解，第一LPG燃料的量可能不响应于升高的燃料温度来调整，但可以维持在提供与汽缸中的充气的化学计量关系的量处。然而，在其它示例中，第二汽油燃料的量可以响应于升高的燃料温度以除第一燃料喷射量之外还添加的燃料的量来调整，以便提供比与汽缸中的充气的(总共的燃料的)化学计量关系更富的(净)燃烧混合物。通过在维持LPG的喷射的同时增加汽油的喷射，液体燃料混合物可以用于满足发动机动力需求。在一个示例中，可以使用100％的LPG与0到15％的汽油的组合，同时将火花正时维持在MBT处。尽管本文中的方法描述了将第二燃料添加到第一燃料以便基于发动机工况来调整组成，但在另一个实施例中，丙烷与汽油的液体混合物可以预混合并且储存在单个燃料箱中。于是，液体混合物的预混合组成可以基于液体混合物的组成确立第二温度阈值，其中预混合液体溶液通过燃料导轨喷射到发动机，同时温度降低到第二温度阈值以下。
在t1与t2之间，液体汽油用于防止LPG变成超临界流体，直到在t2处，燃料温度降低到阈值温度512以下。因此，在t2处，汽油的喷射可以停止，并且LPG的喷射可以继续。应了解，尽管所描绘的示例示出了t1与t2之间的恒定富化分布，但在替代实施例中，t1与t2之间使用的富化分布可以基于例如燃料温度的变化而改变。富化分布可以第二燃料的量开始，所述第二燃料的量基于燃料温度与阈值温度之间的初始差值来调整。随后，当燃料冷却时，喷射的汽油的量可以随着燃料温度与阈值温度之间的差值逐渐减小而逐渐减少。这可以产生在t1与t2之间朝下逐渐减少的富化分布。
在一个示例中，具有计算机可读指令的控制器可以被配置成通过喷射可变比率的第一燃料与第二燃料来调整喷射的燃料的量。例如，响应于升高的燃料温度，通过在维持第一燃料的喷射的同时并且在还将火花点火正时维持在MBT处的同时选择性地增加第二燃料的喷射，控制器可以富化燃料混合物，所述富化是基于升高的燃料温度。富化可以进一步包括当燃料温度超过阈值温度时增加富化的程度，直到达到富化的阈值程度为止。此外，喷射的第二燃料的量可以是基于第二燃料的可燃性极限、第二燃料的辛烷值以及第二燃料的乙醇含量中的一个或多个。而且，在一个实施例中，直接喷射系统可以被设计成基于发动机工况喷射一定体积的燃料。因此，控制器可以被编程以将燃料密度(或能量密度)与基于质量的空燃比考虑在内以确定将喷射的燃料的体积。
简单来说，图5描绘了响应于升高的燃料温度的在多燃料发动机系统中的示例燃料喷射调整的映射500。为简单起见，重复上文关于图4所描述的发动机负荷以及燃料温度曲线，同时描述了维持化学计量发动机操作的额外调整。例如，图5中的映射500示出，在t1处，可以减少LPG的供应以协调将汽油引入到燃料供应中。由此，控制器12可以包括用于基于一个或多个燃料流来调整液体混合物的组成的指令。当燃料温度在阈值以上时在520处减少的LPG燃料供应与第二燃料422的组合允许相对于化学计量操作(例如，虚线)的基本恒定的空燃比540。由此，喷射的两种燃料的组合被混合以具有用于供应燃烧能量的组成，同时响应于较高的燃料温度，第二燃料用以防止第一燃料变成超临界流体。以此方式，具有本文中所描述的能力的发动机系统可以被配置成在热燃料处理的事件期间维持化学计量操作。
转向对方法的控制，图6示出了说明用于调整燃料系统中的一个或多个致动器以便调整发动机10内的燃料供应的方法600的示例流程图。
在602处，方法600包括确定车辆的发动机工况。例如，在山区地带向上驾驶可能需要较高发动机负荷。作为响应，在发动机内可能产生较大量的热量，从而进一步产生增加的燃料温度。因此，在604处，方法600包括监视燃料系统内的温度以确定燃料温度是否在阈值以上。在一些实例中，燃料温度可以是燃料导轨温度、燃料管路内的燃料的温度和/或基于一个或多个发动机工况(例如，发动机温度)而估计的温度。
当燃料温度降低到温度阈值以下时，在606处，燃料系统被配置成基于发动机工况喷射第一燃料(例如，LPG)。例如，在图2中，LPG储存在第一燃料储存箱202中并且通过第一燃料管路212以及公共燃料管路216输送到燃料导轨90并且进一步到发动机10中。然而，因为发动机负荷可以在一些驱动状况下连续改变，所以在610处，方法600包括调整液体燃料系统200内的一个或多个致动器以调整通过其输送的LPG的水平。举例来说，如果将响应于通过耦合到用于感测由脚132所施加的力的加速器踏板130的位置传感器134检测到的增加的速度来调整供应的LPG，那么在612处，控制器12可以致动提升泵210以增加第一储存箱202内的压力并且由此增加燃料管路内的LPG的量。另外地或可替代地，基于发动机驱动式燃料泵218，可以基于发动机负荷将适当量的燃料输送到发动机10，所述发动机驱动式燃料泵是被设计成通过燃料管路抽取燃料并且显著增加其压力以用于直接燃料喷射的泵。在616处，控制器12可以基于所进行的调整进一步调整节气门(以及由此调整燃料组成)，以基于发动机工况来维持化学计量发动机操作。如果并未基于发动机工况对供应的燃料进行调整，那么在618处，发动机可以维持当前泵和节气门设置。
返回到604，如果燃料温度大于阈值温度，那么在620处，控制器12可以致动计量阀226以将储存在第二燃料储存箱204内的汽油引入到燃料供应中。如上文所详细描述，当液体燃料通过公共燃料管路216输送到发动机10时，两种物质混合。如本文中还描述的，控制器12可以被配置成基于燃料温度高于阈值的程度将汽油添加到LPG燃料供应。此外，控制器12还可以包括用于基于发动机工况来调整输送的燃料的量和/或节气门的可编程指令。一旦引入到LPG燃料供应中，在622和624处，第二提升泵220以及增压泵224分别可以调整输送的汽油的量，从而使得供应的燃料在发动机操作期间保持为液体。
取决于发动机负荷，在630处，控制器12还可以被配置成调整两种燃料的比率，如关于图4到5所描述的。由此，如果将调整燃料的组成，那么在632和634处，控制器12可以分别调整提升泵和增压泵中的一个或多个，以便进一步调整燃料的比率，同时确保基于发动机负荷将足够的燃料输送到发动机，而且，以便防止LPG达到其中燃料变成超临界流体的临界点。例如，如上文提到的，第二燃料的添加可以导致汽缸富化。因此，当打开计量阀226以将第二燃料引入到燃料供应中时，可以将富燃料混合物喷射到发动机10。作为响应，例如通过凭借调整第一提升泵210以减少第一储存箱202内的压力来减少第一燃料管路212中的第一燃料的流速，可以减少供应的第一燃料的量。此外，因为响应于升高的燃料温度与阈值温度之间的较大差值，可以通过调整第二储存箱204内的压力(例如，通过调整第二提升泵220和增压泵224中的一个或多个)和/或计量阀226的打开程度，而将较大量的第二燃料添加到燃料供应，所以当添加的第二燃料的量增加时，结合增加的第二燃料的量，供应的第一燃料的量可以减少，从而基于发动机输出维持发动机操作，直到使排气温度在阈值温度内。可替代地，当添加的第二燃料的量减少时，例如由于燃料温度降低同时它仍保持在阈值以上，因此供应的第一燃料的量可以结合第二燃料的减少的量而增加以维持发动机操作。基于所进行的泵调整，在616处，当车辆正操作时，发动机10还可以和/或任选地调整节气门以维持化学计量发动机操作。如上所述的，如果在第二燃料已经被引入到燃料供应中时没有对燃料组成进行改变(例如，因为短突发的第二燃料被引入到燃料供应中)，那么在636处，燃料系统可以维持当前泵设置以输送一定量的汽油以便防止LPG变成超临界流体。其后，在616处，可以任选地调整节气门以维持发动机操作。一旦将汽油添加到燃料供应中，当在车辆操作期间管理燃料供应时，发动机系统就可以继续监视发动机操作和状况。
图7是用于基于发动机工况调整燃料组成的方法700的示例流程图。为简单起见，流程图图示了用于基于升高的燃料温度优化燃料组成以及发动机化学计量的各种调整。如其中所示，在702处，方法700包括监视发动机内的状况以及在一些情况下基于所检测的一个或多个状况进行调整。例如，在704处，控制器12可以被配置成监视燃料温度并且基于与阈值相比的所述温度进一步进行调整。在一些情况下，燃料温度可以由燃料导轨温度传感器(例如，温度传感器61)来确定，而在其他情况下，燃料温度可以基于发动机温度或在其它情况中甚至基于发动机转速和负荷来估计。响应于升高的温度或在阈值以上的温度，举例来说，当车辆上的负荷增加并且燃料系统内的温度和压力响应于增加的负荷而增加时，在706处，发动机10可以将汽油添加到LPG以防止燃料变得超临界(supercritical)。然而，如果燃料温度降低到阈值以下，那么发动机10可以继续监视发动机状况，同时基于发动机转速和负荷调整燃料水平。
在将汽油引入到LPG燃料供应时，输送到发动机10的燃料可能变得富化。因此，根据本文中的系统，在710处，发动机10可以被配置成响应于富化的燃料进行调整以维持发动机操作，这可以减少排放并且由此允许更加有效的发动机操作。然而，在其最简单的形式中，本文中所描述的方法可以简单地将一定量的汽油添加到LPG中以确保第一燃料在升高的温度和/或压力下的操作期间不达到临界点。因此，控制器12可以被配置成通过简单地打开和关闭阀来对阀226进行计量，其中阀允许已知量的汽油流过其中。随后，在混合之后，在712处，混合物可以在发动机驱动周期期间共同喷射到发动机中。
可替代地，如果发动机将进行调整以维持在操作期间的发动机化学计量，那么两个不同的选择是可能的。作为一个示例，在720处，控制器12还可以基于引入到混合物中的汽油的量来调整来自第一储存箱202的LPG的流量。在一些情况下，之所以可以这样是因为第二燃料也在发动机汽缸内燃烧以产生能量，所述能量可以转换成发动机输出。在这个意义上，除防止第一燃料变成超临界流体之外，第二燃料还可以充当燃料以在操作期间提供动力。作为响应，供应的第一燃料的量可以因此根据在操作期间车辆驾驶员所需要的用量而减少。在730处，发动机系统10可以继续监视发动机操作以调整在操作期间的空气和燃料供应中的一个或多个以维持发动机操作。可替代地，如果将不调整供应的LPG的量，例如，因为在第一储存箱中剩余的燃料的量较低，那么在724处，控制器12可以基于富化的混合物增加节气门以便在发动机驱动周期期间维持化学计量发动机操作。然后，当燃料温度在阈值以上时，基于发动机用量，在730处，控制器12可以继续基于发动机转速和负荷监视每个燃料供应和/或节气门中的一个或多个。在一些情况下，控制器12可以可替代地减小进气节气门开口以减少汽缸进气。
以此方式，通过将第二燃料(本文中是汽油)引入到第一燃料中，燃料系统可以在一些状况下有效地调整燃料组成以增加第一燃料(本文中是LPG)的液体燃料耐热性，这减少第一燃料达到临界点的可能，在所述临界点以上，第一燃料可能变成超临界流体。所述方法通过对添加到第一燃料的第二燃料的量进行计量来进一步允许液体混合物的组成被可控制地调整，从而使得添加足够的量以确保混合物在发动机操作期间保持为液体。以此方式，可以扩展第一液体燃料的操作范围，这进一步允许在一些情况下减少或基本消除复杂的燃料冷却系统并且减少燃料加压。
应注意，本文中包括的示例控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文中公开的控制方法和程序可以在非暂时性存储器中储存为可执行指令(可由处理器执行)。本文中所描述的特定的程序可以表示例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等的任何数目的处理策略中的一个或多个。由此，说明的各种动作、操作和/或功能可以按说明的顺序执行、并行地执行或者在一些情况下被省略。同样地，处理顺序对于实现本文中所描述的示例实施例的特征和优点来说不是必须要求的，而是为了便于说明和描述而提供的。取决于所使用的具体策略，可以重复地执行说明的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，描述的动作、操作和/或功能可以通过图形表示将要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码。
应了解，本文中所公开的配置和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不被视为具有限制含义，这是因为可能存在众多的变化形式。例如，上述技术可以应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型中。本发明的主题包括本文中公开的各种系统和配置以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖的和非明显的组合以及子组合。
所附权利要求特别地指出被视为新颖和非明显的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等效物。此类权利要求应被理解为包括一个或多个此类元件的并入，既不要求也不排除两个或更多此类元件。公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可以通过本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中的新权利要求的呈现来主张。此类权利要求，无论在范围上与原始权利要求相比是更宽的、更窄的、相同的还是不同的，也都被视为包含在本发明的主题内。

Claims (9)

1.一种用于发动机的方法，其包含：
响应于燃料温度低于阈值，通过燃料导轨将没有汽油的液体丙烷直接喷射到所述发动机；
响应于燃料温度大于所述阈值，通过所述燃料导轨直接喷射丙烷与汽油的液体混合物；以及
通过对添加到所述丙烷的汽油的量进行计量来调整所述液体混合物的组成，其中将足够量的汽油添加到所述丙烷，使得所述混合物保持为液体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中添加到所述丙烷的所述汽油的量基于所述燃料温度高于所述阈值的程度。
3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包含基于添加的所述汽油的量来调整喷射的所述丙烷的量，以维持所述发动机的化学计量操作。
4.根据权利要求2所述的方法，其进一步包含基于添加的所述汽油的量来调整节气门，以维持在所述发动机的汽缸中燃烧的化学计量总空气燃料混合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料温度是燃料导轨温度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中被配置成将汽油添加到所述丙烷的控制器包括存储器中的可编程指令，所述指令用于基于发动机工况对添加到所述丙烷的所述汽油进行计量。
7.根据权利要求1所述的方法，其中将丙烷与汽油的所述液体混合物进行预混合并且储存在单个燃料箱中，其中
响应于在第二温度阈值以下的温度，通过所述燃料导轨将预混合的液体喷射到所述发动机，所述第二温度阈值是基于所述液体混合物的组成。
8.一种用于发动机的方法，其包含：
响应于燃料温度低于阈值，通过燃料导轨将没有汽油的液体丙烷直接喷射到所述发动机；
响应于燃料温度大于所述阈值，将汽油添加到所述液体丙烷以将混合物维持为液体，以及
基于燃料温度高于所述阈值的程度，通过对添加到所述丙烷的汽油的量进行计量以调整所述混合物的组成。
9.根据权利要求8所述的方法，其中控制所述液体混合物的所述组成包括调整计量阀以调整添加到所述液体丙烷的汽油的所述量。
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