CN106494220B - 双燃料车辆 - Google Patents

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Abstract

一种双燃料车辆具有内燃机(ICE)以通过液体燃料和气相燃料的燃烧对车辆提供原动力。车辆具有包括液体燃料箱的双燃料箱，所述液体燃料箱用于接收液体燃料、容纳液体燃料并且供给液体燃料以在ICE中燃烧。车辆具有由壁界定的可加压气相燃料箱。气相燃料能够渗透通过所述壁。可加压气相燃料箱用于接收气相燃料、容纳气相燃料并且供给气相燃料以在ICE中燃烧。外壳封围可加压气相燃料箱并且界定液体燃料箱的内部空间。壁与内部空间流体连通。内部空间用于接收渗透的气相燃料。

Description

双燃料车辆
背景技术
一些内燃机(ICE)设计为使用特定的燃料来运行。例如，ICE可以设计为使用具有87的辛烷值或者柴油级1-D的普通无铅汽油来运行。灵活燃料型车辆中的ICE依靠汽油或者高达85％的乙醇(E85)的汽油乙醇混合燃料来运行。
多燃料发动机能够针对多种燃料类型进行操作。例如，双燃料发动机能够针对两种不同燃料类型进行操作。一种燃料类型可以是液相燃料，包括汽油、乙醇、生物柴油、柴油燃料或者它们的组合，它们基本上以液态形式传输至双燃料发动机。其它燃料类型可以包括可替代的燃料，例如，压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)、氢气等。两种不同燃料存储在单独的箱中，并且双燃料发动机可以一次依靠一种燃料来运行，或者可以依靠两种不同燃料类型的组合来交替运行。
发明内容
一种双燃料车辆具有内燃机(ICE)，ICE用于通过燃烧液体燃料和气相燃料向车辆提供原动力。所述车辆具有双燃料箱，双燃料箱包括液体燃料箱，该液体燃料箱用于接收液体燃料、容纳液体燃料并且供给液体燃料以便用于在ICE中燃烧。所述车辆具有由壁限定的可加压气相燃料箱。气相燃料能渗透通过壁。可加压气相燃料箱用于接收气相燃料、容纳气相燃料、并且供给气相燃料以便用于在ICE中燃烧。外壳封围可加压气相燃料箱并且限定出液体燃料箱的内部空间。壁与内部空间流体连通。内部空间用于接收渗透的气相燃料。
附图说明
本发明的各个示例的特征将通过参照以下详细的说明和附图而变得显而易见，其中相同的附图标记对应于相似的(尽管可能不相同的)部件。为了简洁起见，附图标记或者具有之前描述的功能的特征，可以结合它们出现的其它附图或也可以不结合它们出现的其它附图来进行描述。
图1是描绘了根据本发明的车辆的示例的系统框图；
图2是描绘了本发明的带有双燃料箱的示例的系统框图，该双燃料箱具有液体燃料箱，液体燃料箱为可加压液体燃料箱；
图3是描绘了本发明的带有车辆的示例的系统框图，该车辆由双模式热机提供动力；
图4是描绘了本发明的带有双态箱的示例的系统框图，该双态箱具有可加压液体燃料箱；
图5是描绘了本发明的带有双态箱的一个示例的系统框图，该双态箱用于热机驱动车辆；
图5A是描绘了本发明的带有双态箱的一个示例的系统框图，该双态箱可操作地连接至具有内燃运行模式和非燃烧式压缩气体膨胀模式的热机；
图6是描绘了本发明的带有双态箱的示例的系统框图，该双态箱具有可加压液体燃料箱；
图7是描绘了一种操作图3所示双模式热机驱动车辆的方法的流程图；以及
图8是描绘了根据本发明的示例的双态箱的半示意图，该双态箱具有液体燃料箱和由液体燃料箱围起的可加压压缩气体箱，其中可加压压缩气体箱具有彼此流体连通的多个箱子单元。
具体实施方式
内燃机(ICE)燃烧在发动机内部的燃料以进行作业。一些ICE在车辆中用于向车辆提供原动力。如此处所使用的，车辆指运输乘客或者货物的自行式移动机。根据本发明的车辆的多个示例是：机动车辆(摩托车、小汽车、卡车、公共汽车、火车)和表面船只(舰、船)。
在某些情况下，ICE通过ICE设计为消耗的燃料的类型来限定。例如，一些柴油发动机可以依靠柴油级1-D或者柴油级2-D来运行。汽油发动机典型地可以依靠汽油来运行。双燃料发动机可以与燃料的两种类型，例如，汽油和天然气兼容。灵活燃料型车辆(FFV)可以依靠汽油和乙醇的组合的范围来运行。
在本发明的多个示例中，天然气溶质可以溶解在液体燃料溶剂中。与单独的液体溶剂燃料相比，天然气溶质溶解在液体燃料溶剂中每容积具有更多能量。例如，可以通过将天然气溶解在汽油中来增加在一加仑汽油中可用的能量。天然气和汽油的溶解基本上不增加汽油的容积；然而，溶解的能量密度大于汽油的能量密度。
一些现有的双燃料车辆具有用于存储气相燃料的箱和用于存储液体燃料的单独的箱。形成鲜明地对比，本发明的双燃料车辆的多个示例将气相燃料和液体燃料存储在相同的双燃料箱中。可加压气相燃料箱完全地在液体燃料箱中。少量的气相燃料可以渗透地通过可加压气相燃料箱的壁进入到液体燃料箱的内部空间中。缺量空间可以由液体判定排出阀而排出，以在缺量空间中维持较低压力。
如此处所使用的，渗透指渗透物(诸如气相燃料)渗透通过不具有孔隙的固体(例如，壁)。渗透的过程包括扩散通过固体，并且可以涉及现象，诸如吸收，离解、迁移和解吸。渗透直接涉及渗透物的浓度梯度、固体的固有渗透性、和渗透物和固体的质量扩散率。
渗透与泄漏不同。泄漏遵循动态气体定律。这意味着轻的气体将以比较重的气体更高的速率渗透泄漏。然后，将通过泄漏的电导和气体的摩尔量来控制穿过泄漏的气体的量。动态气体定律适用于任何泄漏机理，从针孔到长的迷宫式通道。泄漏是经由沟道或者漏孔通过固体的自由通道。另一方面，渗透是包括在内表面上吸收、扩散通过固体的过程，并且在渗透之前的在外表面上的再吸收可以解吸到在固体的相对侧上的空间中。
可渗透固体与多孔固体不同。多孔固体可以在固体中具有裂纹、间隙和空间或者孔隙以提供用于泄漏的导管。渗透的一个共同经验发生在充注有氦气的乳胶气球中。即使气球不具有孔隙或者泄漏，乳胶气球由于渗透也可能在一天或者两天内失去包含在气球中的氦气中的大部分氦气。
渗透通过薄膜或者接口从渗透分子部分地扩散。渗透涉及扩散。渗透是通过接口从高浓度向低浓度移动。对特定材料具有渗透性并且对其它材料没有渗透性的材料称为半渗透性。只有具有特定特性的分子或者离子能够通过半渗透材料扩散。渗透可以通过大部分材料发生，包括金属、陶瓷和聚合物。然而，金属的渗透性由于金属的晶体结构而远远低于陶瓷和聚合物的渗透性。
渗透性取决于互动的温度以及固体和渗透物部件两者的特性。通过吸收过程，渗透物的分子可以吸收或者吸附在接口处。
在本发明的各个示例中，气相燃料可以通过可加压气相燃料箱渗透到内部空间中。缺量空间可以由液体判定排出阀而排出，以在缺量空间中维持较低压力。渗透直接涉及跨可渗透薄膜的压力差。在其中在缺量空间中的压力保持为较低的示例中，来自双燃料箱的渗透损失为低。在多个示例中，在缺量空间中的压力可以相对于围绕车辆的大气压力保持低于10英尺的水位计压力。
在本发明的示例中，当根据1989年7月1日的联邦法规汇编第86.130-78至86.143-90部分所述的基于用于蒸发测定的密封壳体(SHED)的日间测试和高温浸水试验程序时，双燃料车辆可具有小于约2克的碳氢化合物排放。在本发明的示例中，由双燃料箱产生的碳氢化合物排放的部分可小于约0.01克。
渗透的气相燃料的一部分被溶解或吸收到储存在双燃料箱的液体燃料箱中的液体燃料中。存储在液体燃料中的气相燃料量取决于溶液的温度和缺量空间中的压力。
渗透的气相燃料储存在液体燃料箱的另一种方式是作为缺量空间中的气体。应理解，本文中公开的燃料均不处于可加压箱中的超临界状态。因此，气体将会上升到液体燃料箱中的液体的表面的上方。如本文中所使用，缺量空间是未被液体占据的可加压箱中的容积。还如本文中所使用，随着可加压箱中的液体容积减少，缺量空间的容积相应增加。缺量空间中的气相燃料将会达到平衡压力，其等于溶解在溶液中的气相燃料的蒸汽压力。由于气相燃料可以是成分气体的混合物，所以每个成分气体将趋于平衡分压力，其等于溶解于溶液中的成分的分蒸汽压力。如本文中所使用，气相燃料的分压力指气相燃料中的每个成分气体的分压力之和。应理解，液体燃料还可具有有蒸汽压力的挥发性组分。液体燃料箱的缺量空间中的总压力是缺量空间中的所有气体的分压力之和。
ASTM国际，2001年之前被称为美国材料试验学会(ASTM)是一个国际标准组织，形成和公布了用于广泛的材料、产品、系统和服务的非强制性技术标准。测量蒸汽压力的一种方法是通过试验方法ASTM-D-323，其测定了瑞德蒸汽压力(RVP)。RVP是挥发性原油和挥发性非粘滞石油液体的挥发性测量，除了液化石油气。其被限定为通过试验方法ASTM-D-323测定的由液体在100°F(37.8℃)下产生的绝对蒸汽压力。
应理解，本发明的示例中的液体燃料不限于石油液体燃料。液体燃料可包括，例如，生物柴油或生物乙醇或其他醇类。尽管乙醇可由石油产生(通过乙烯的水解)，但是大部分乙醇由农业产品产生。这样，乙醇可以是石油液体燃料或非石油液体燃料。生物柴油是由农业产品产生。石油液体燃料包括汽油、煤油、柴油燃料和其他类似液体燃料。
SAE国际，最初建立为汽车工程师协会(SAE)，是个立足美国，活跃于全球的专业协会，是各行业工程专业人士的标准组织。
根据2008年7月28日的SAE地面车辆标准J313，柴油燃料，一般而言，汽车和铁路柴油燃料来源于通常称为中间馏分的石油精炼产品。中间馏分表示具有高于汽油的沸点范围且获自原油或来自其他精炼加工的流的分馏的产品。成品柴油燃料表示中间馏分的共混物。商业馏分柴油燃料的性能取决于采用的精炼实践以及其源自的原油的性质。因此，它们在被制造的区域以及被制造的区域内均可不同。这种燃料通常在163℃和371℃(325°F至700°F)的范围内沸腾。它们的构成可表示挥发性、点火质量、粘度、硫磺水平、重力以及其他特性的各种组合。添加剂可用于赋予成品柴油燃料特殊性能。
ASTMD975包括柴油燃料的5个等级：等级1-D；低等级硫磺1-D；等级2-D；低等级硫磺2-D；以及等级4-D。
SAE地面车辆推荐实践J312，汽车汽油，2/1/2001总结了汽车汽油的组成、其物理和化学特性的重要性以及用于限定或评估这些性能的相关试验方法。
如本文中所使用，液体燃料是通常在标准周围温度25℃和压力(100kPa绝压)下液相中的燃料。应理解，即使液体燃料通常在液相中，但是如果在敞开的容器中放置一段时间后，那么液体燃料可挥发且可完全蒸发。如本文中所使用，液体燃料具有高于25℃的沸点。应理解，一些液体燃料是多种组分液体燃料的共混物。在本发明的示例中，液体燃料可包括石油液体燃料、生物柴油、醇类或其组合。
如本文中所使用，气相燃料是通常在标准周围温度25℃和压力(100kPa绝压)下气相中的燃料。天然气、甲烷、丙烷和氢气是气相燃料的示例。在本发明的示例中，气相燃料22是天然气。1994年2月发布的SAE地面车辆推荐实践J1616，用于压缩天然气车辆燃料的推荐实践对天然气描述如下：天然气主要由甲烷组成(通常是88-96摩尔百分比)，其余为非甲烷烃的减少比例(即乙烷、丙烷、丁烷等)。天然气中发现的其他组分是氮气(N2)、二氧化碳(CO2)、水、氧和微量的润滑油(来自压缩机)以及发现为硫化氢(H2S)以及其他硫化合物的硫磺。在进入商业天然气传输系统之前，加工天然气以满足对硫化氢、水、较重碳氢化合物的可冷凝物、惰性气体(比如CO2和N2)，以及能量含量的限制。硫醇增味剂(例如，叔丁基硫醇)被本地分销公司(LDC's)添加以将人类可检测气味添加到天然气中，否则天然气是无味的。
图1是系统框图，示出了具有动力系统60的车辆10的示例，内燃机(ICE)70通过液体燃料52和气相燃料22的燃烧向车辆10提供原动力。车辆10在环境90中被示出。车辆10具有向动力系统控制器40提供环境数据92的传感器48。环境数据92的示例包括周围空气压力、温度和湿度。车辆10具有双燃料箱20。双燃料箱20包括液体燃料箱26以接收液体燃料52、容纳液体燃料52且供给液体燃料52以在ICE70中进行燃烧。双燃料箱20包括由壁25限定的可加压气相燃料箱24。壁25可具有聚合衬里层和纤维加固层以支撑聚合衬里层抵抗来自可加压气相燃料箱24中的气相燃料22的压力。
气相燃料22可渗透通过壁25。可加压气相燃料箱24用来接收气相燃料22、容纳气相燃料22且供给气相燃料22以在ICE70中进行燃烧。外壳28包裹可加压气相燃料箱24且限定液体燃料箱26的内部空间27。壁25与内部空间27流体连通。内部空间27用来接收渗透的气相燃料31。换言之，可加压气相燃料箱24完全被液体燃料箱26包围。渗透通过壁25的任何渗透的气相燃料31将被液体燃料箱26所捕获。
将可加压气相燃料箱24中的关于气相燃料22的气体数据78发送至动力系统控制器40。将液体燃料箱26中关于液体燃料52的液体燃料数据79(例如，燃料液位)发送至动力系统控制器40。动力系统60将动力系统数据38发送至动力系统控制器40。动力系统数据38的示例包括来自发动机、用于控制ICE70的任何数据。例如，发动机速度和温度可为动力系统数据38。动力系统60包括ICE70。图1所示的ICE70具有液体燃料喷射器76，其与液体燃料供给管54和ICE70的燃烧室流体连通，以可选择地将预定量的液体燃料52喷射进燃烧室或进气歧管用于在ICE70中燃烧。图1所示的ICE70还具有气相燃料喷射器74，其与气相燃料供给管84和ICE70的燃烧室流体连通，以可选择地将预定量的气相燃料22喷射进燃烧室或进气歧管用于在ICE70中燃烧。在本发明的示例中，气相燃料喷射器74和液体燃料喷射器76可组合成一个喷射器，其能够喷射气相燃料22和液体燃料52两者。
液体燃料喷射器76用于可选择地将预定量的液体燃料52或预定量的气相燃料22喷射进ICE70用于在ICE70中燃烧。气相燃料喷射器74用于可选择地将预定量的气相燃料22喷射进ICE70用于在ICE70中燃烧。动力系统控制器40发送动力系统控制44从而以预定速度将液体燃料52，或气相燃料22喷射进ICE70。动力系统控制44包括喷射器控制45以控制气相燃料喷射器74；以及另一喷射器控制47以控制液体燃料喷射器76。车辆控制30将需求部分39提供至动力系统控制器40。
ICE70可用来在燃烧循环的分开的情况下燃烧液体燃料52和气相燃料22。在一个示例中，车辆10通常可将气相燃料22用作车辆10的初级燃料。在该示例中，液体燃料52可用作备用燃料以将车辆10的行程延伸超出以气相燃料22运行的车辆10的行程。车辆10可在相对较低压力下利用气相燃料22加燃料，例如利用高达50巴的天然气家用加油站，且具有足够的利用气相燃料22的行程用于日常使用(例如，约40英里)。在其它示例中，车辆10可在高达约250巴的压力下利用气相燃料22加燃料。如果需要额外的行程，可使用液体燃料52来为ICE70加燃料。在另一示例中，气相燃料22和液体燃料52可被共同喷射进ICE70以在ICE70的同一燃烧循环中一起消耗。
燃烧循环是循环的一系列内燃机操作级。例如，汽油发动机通常具有四冲程燃烧循环，具有曲轴的每两周旋转便重复的活塞的进气、压缩、功率和排气冲程。二冲程发动机是一种类型的内燃机，其仅在一次曲轴旋转完成功率循环(燃烧循环)，且伴随有活塞的两次冲程。燃料喷射正时和位置与发动机的操作兼容。
气相燃料22和液体燃料52喷射进ICE70的位置可取决于ICE70的类型。例如，如果液体燃料是汽油且ICE70具有火花点火时，气相燃料喷射器74和液体燃料喷射器76每个均可将相应的燃料喷射进ICE70的进气歧管中。这种ICE70可以单独地依靠气相燃料22、汽油，或同时气相燃料22和汽油的组合而运行。天然气22可喷射进进气歧管(未示出)或增压器(未示出)或涡轮增压器(未示出)的进气口中。
图1中示出的车辆10的操作的一个示例如下：液体燃料52从液体加燃料喷嘴63被输送至双燃料箱20的液体燃料箱26。液体加燃料喷嘴63可为常规液体燃料分配喷嘴。(参见汽车工程学会(SAE)地面车辆的推荐做法(SAE Surface Vehicle Recommended Practice)J285，汽油分散器喷嘴喷口(Gasoline Dispenser Nozzle Spouts)，1999年1月重新确认。)例如，如果液体燃料为无铅汽油，标准SAE燃料分配喷嘴可为，例如，OPW11AP(可购自俄亥俄州汉密尔顿多佛公司OPW)。
气相燃料22可从气相燃料加燃料喷嘴85通过气相燃料加燃料端口82被输送至双燃料箱20的可加压气相燃料箱24。压力可相对较低，例如，约2巴至约50巴。然而，在本发明的示例中，可加压气相燃料箱24可加压至约250巴的最大压力。在其它示例中，最大压力可能较低，例如，约2巴至约200巴。例如，最大压力可为约50巴。
双燃料箱20的壳体28可包括渗透阻挡层。在示例中，渗透阻挡层可为聚合物。在一个示例中，渗透阻挡层可为含氟聚合物。在其它示例中，渗透阻挡层可为金属。例如，薄的铝层(量级约为1微米厚)可通过物理气相沉积过程而沉积在壳体基板上。可应用另一聚合物层以防止铝和气相燃料22或液体燃料52之间的化学相互作用。
经过一段时间，较少量的气相燃料22可能渗透穿过壁25且在内部空间27中积聚。在一个示例中，渗透的气相燃料31可积聚在缺量空间23中，其中渗透的气相燃料31将与来自液体燃料52的蒸气相混合，以在缺量空间23中形成气态混合物55。缺量空间23中的压力可为渗透的气相燃料31的分压力和来自液体燃料52的蒸气的分压力加上可能存在于箱中的任何其它气体(例如，空气或水蒸气)的分压力的和。
对ICE70进行提供动力可导致可加压气相燃料箱24中的气相燃料22基本上耗尽；然而，一些液体燃料52可能会残留在液体燃料箱26中。ICE70可以继续依靠液体燃料52运行，直到液位为空。
对于给定温度，缺量空间23中的较高的渗透气相燃料分压力将导致更多的渗透气相燃料31在液体燃料52中溶解。因而，液体燃料52可通过溶解在其中的渗透的气相燃料31而被强化。在下文所述的示例中，气相燃料22可被引入液体燃料箱26中以对液体燃料箱26进行加压。与没有溶解在其中的气相燃料22的液体燃料52相比，通过气相燃料22或渗透的气相燃料31加强的液体燃料52将提供每加仑液体燃料52更多的车辆行程。
车辆20可经由气相燃料加燃料端口82在任何时候利用气相燃料22进行加燃料。
参照图2，双燃料箱20’进一步包括压力调节器29以将可加压液体燃料箱26’的内部空间27加压至液体燃料输送压力，其具有来自可加压气相燃料箱24的压缩气体32。可加压液体燃料箱26’的内部空间27中的压缩气体32用来将液体燃料52推进至ICE70进行燃料。在压缩气体将液体燃料52推进至ICE70之后，双燃料箱20’可在没有用于车辆的一些现有液体燃料箱中存在的电动燃料泵的情况下输送液体燃料52。通过免除电动燃料泵，可实现成本节约。
液体加燃料端口65与双燃料箱20、20’的液体燃料箱26、26’流体连通，以可选择地与液体加燃料喷嘴63相连接，以接收来自液体加燃料喷嘴63的液体燃料52。
气相燃料加燃料端口82与可加压气相燃料箱24流体连通以选择性与气相燃料加燃料喷嘴85相连接以从气相燃料加燃料喷嘴85接收气相燃料22。气相燃料供给管84将气相燃料22从双燃料箱20、20’中的可加压气相燃料箱24输送到ICE70。液体燃料供给管54将液体燃料52从双燃料箱20、20’中的液体燃料箱26、26’输送到ICE70。
在本发明的示例中，具有可加压液体燃料箱26'的双燃料车辆10'可以具有液体加燃料模式以允许在可加压液体燃料箱26'不满(即未达到液体燃料液位的最大值)的任何时候将液体燃料52加入到可加压液体燃料箱26'中，并且可加压液体燃料箱26’中的压力足够低以允许液体燃料52被加入到可加压液体燃料箱26'中。在液体加燃料模式，可加压液体燃料箱26'的缺量部分23中的压力在加注管盖59被移开前已被排放。
在本发明的示例中，当双燃料车辆10'处于液体加燃料模式时，液体区分排气阀35将选择性地对可加压液体燃料箱26'的内部空间27的缺量部分23排气至蒸汽回收系统33。液体区分排气阀35选择性地允许缺量部分23的气体排至蒸汽回收系统33，从而防止液体燃料52随气流流过或被携带通过液体区分排气阀35。液体区分排气阀35可以具有翻转功能以防止当双燃料箱20’倒置时流体从液体区分排气阀35泄露出。
当双燃料车辆10'处于液体加燃料模式时，液体区分排气阀35可包括诸如电磁阀以允许液体区分排气阀35选择性地将可加压液体燃料箱26'的内部空间27的缺量部分23排气至蒸汽回收系统33。电磁阀可以是常闭阀，当电磁线圈被通电时使其开启。当车辆10'确定已进入液体加燃料模式时，电磁线圈可以被通电。液体区分排气阀35可以具有机械超驰特征以当没有足够可用电力来操作电磁线圈时允许可加压液体燃料箱26'排气。截止阀34与可加压气相燃料箱24和压力调节器29流体连通以当双燃料车辆10'处于液体加燃料模式时选择性地防止压缩气体32从可加压气相燃料箱24中流出进入可加压液体燃料箱26'的内部空间27中。
在车辆10'的示例中，压缩气体32可以为压缩非燃料气体62。压缩非燃料气体62在车辆使用液体燃料52加燃料并且可加压气相燃料箱24中的压力不足以对可加压液体燃料箱26'的内部空间27加压以将液体燃料推进至ICE70的事件中是有用的。例如，如果车辆10'在没有可用的加压气相燃料22的商业加燃料设施中加燃料，压缩空气32可以被加入至可加压气相燃料箱24以提供压力来将液体燃料52推进至ICE70。例如，许多商业燃料站有为充气轮胎提供压缩空气的空气压缩机。此类空气压缩机可以被用来加入空气作为压缩气体32以将液体燃料推进至ICE70。
双燃料车辆10'的示例可以包括与可加压气相燃料箱24流体连通的压缩非燃料气体端口67以选择性地与压缩非燃料气体源68连接从而从压缩非燃料气体源68接收压缩非燃料气体62。压缩非燃料气体62可以作为压缩气体32以对液体燃料箱26的内部空间27加压至液体燃料输送压力。在示例中，压缩非燃料气体62可以是任何的非燃料气体。例如，空气、氮气、二氧化碳和氩气是可以使用的非燃料气体。如在这里使用的，非燃料气体不包括诸如天然气、丙烷或氢气。
从液体燃料52蒸发的蒸汽可以在缺量空间23中与渗透的气相燃料31、气相燃料22或非燃料气体62混合。蒸汽回收系统33可以包括车载加燃料蒸汽回收(ORVR)系统36。
在可加压液体燃料箱26’已被排气至蒸汽回收系统33后，未加压气相燃料22和从液体燃料52蒸发的液体燃料蒸气可以保留在可加压液体燃料箱26'中。保留在可加压液体燃料箱26'中的混合气体在液体加燃料过程中将被液体燃料52替换。在液体加燃料操作过程中被替换的混合气体在车载加燃料蒸汽回收(ORVR)系统36中被捕集以回收。车载加燃料蒸汽回收(ORVR)系统36在此处也被称为蒸汽回收系统33，因为其可以不仅限于回收加燃料蒸气。例如，蒸汽回收系统33可以捕获渗透的气相燃料31，其在缺量空间23中和液体燃料52的蒸气混合。
在图1和图2所描述的示例中，燃料蒸气通过通向滤罐41的蒸汽导管42输送，该滤罐41中置有大量具有燃料蒸气吸附能力的活性炭。燃料蒸气在滤罐41的活性炭上被吸附。吹扫导管43设置在ICE70和滤罐41之间。排气导管56在第一端通向滤罐41，且与第一端相对的第二端暴露于环境空气。排气导管56可以包括常开排气阀37，其可以根据诊断和保养程序选择性地被驱动至闭合位置。吹扫阀49，诸如电控制的电磁阀，设置在吹扫导管43中。当吹扫阀49被电驱动至打开位置，滤罐41暴露于来自运行的ICE70的真空，从而通过排气导管56吸入环境空气至滤罐41，穿过其中的活性炭以随来自滤罐41的环境空气吸入燃料蒸气，以及通过吹扫导管43进入ICE70以在其内部燃烧。
液体逆流排气阀35和蒸汽回收系统33在液体加燃料关闭事件过程中防止缺量空间23的总气体压力超过预定最大缺量空间气体压力。在本发明的示例中，预定最大缺量空间气体压力允许液体燃料箱26通过液体加燃料端口65按照预定最大液体燃料加燃料速度接收液体燃料52。在一示例中，最大液体燃料加燃料速度可以为约每分钟15加仑。
以下示例用以举例说明液体燃料加燃料速度、通过蒸汽回收系统33的气流速度和缺量空间23中压力之间的关系。如果液体区分排气阀35过分限制气流，缺量空间23中的总气体压力可能在用液体燃料52将液体燃料箱26加注至容积前达到预定最大缺量空间气体压力。压力的构建导致液体燃料52回流至加注管并导致在液体燃料箱26加注至容积前液体加燃料喷嘴63关闭。在正常的液体加燃料关闭事件中，当液体燃料箱26中的液体燃料52达到加满液位，通过液体区分排气阀35的气流被关闭(例如，通过浮阀或电磁阀)，导致箱中压力迅速建立直到达到最大缺量空间气体压力，进而导致液体燃料52回流至加注管并导致液体加燃料喷嘴63关闭。在一个示例中，最大缺量空间气体压力可以介于10英寸水柱至15英寸水柱间，此时的压力可以平衡停滞在燃料加注管中的燃料的最大压力。
ICE70是一种热机。发动机将能量转换为机械功。热机在效率上受卡诺定理限制，尽管如此热机通常有利地应用于做功，因为大多数形式的能量都可以通过类似放热反应(例如燃烧)、光或高能粒子的吸收、摩擦、耗散和阻抗的过程被转换为热能。
本发明的热机的示例是非燃烧压缩气体膨胀发动机。内燃机可通过操控ICE的进气阀和排气阀操作而被转换为非燃烧压缩气体膨胀发动机。典型的火花点燃式ICE可以具有活塞的进气冲程、压缩冲程、动力冲程和排气冲程。在非燃烧压缩气体膨胀发动机的示例中，不需要进气和压缩冲程。压缩气体被添加至气缸并且允许在动力冲程中膨胀，且排气冲程将膨胀气体从气缸中排出。
IEC在某个过程中燃烧液体或气态燃料，从而排放二氧化碳(CO2)、水和其它排放产物。ICE中消耗每升汽油产生约2.4千克的CO2。当空气具有至少约145巴的压力时，以非燃烧式压缩气体膨胀模式操作的ICE可使用空气作为作业流体来以全速(例如，约每小时70英里)给车辆提供动力。ICE中的燃料经济性的大部分损耗发生在启动/停止操作期间。
在本发明的示例中(参照图5)，可加压压缩气体箱24”装有约100L的压缩气体32。如果压缩气体32是空气且可加压压缩气体箱24”中的压力是约250巴，那么可加压压缩气体箱24”内侧存储大概27千克空气。在145巴与250巴之间，可加压压缩气体箱24”的100L示例中存储约10千克空气。假设全速需要全开节气门调节，该示例中的车辆可在145巴以上(具有压力调节器)气动地(即，以非燃烧式压缩气体膨胀模式)运转约与以内燃模式操作的ICE70”消耗约1加仑汽油将驱动的距离相同的距离。当可加压压缩气体箱24”中的压力大于145巴时，包括停止/启动、空转、滑行、加速、减速和高速操作的整个操作范围在非燃烧式压缩气体膨胀模式中是可用的。随着可加压压缩气体箱24”中的压力下降至145巴以下，以非燃烧式压缩气体膨胀模式操作的ICE将开始失去某些能力；例如，最高车速可开始下降。然而，小于145巴的压缩空气可用以在低于全速下在更大距离内对车辆10”'提供动力。如果需要全速且可加压压缩气体箱24”中的压力低于约145巴，那么ICE可以切换至内燃模式。
图3描绘了根据本发明的由双模式热机70'提供动力的车辆10”的示例。双模式热机70'具有内燃操作模式以通过液体燃料52的燃烧对车辆10”提供原动力。双模式热机70'还具有非燃烧式压缩气体膨胀模式。在非燃烧式压缩气体膨胀模式中，双模式热机70'通过压缩非燃料气体62的非燃烧膨胀对车辆10”提供动力。
车辆10”具有包括液体燃料箱26的双态箱20”，该液体燃料箱26用于接收液体燃料52、容纳液体燃料52并且供给液体燃料52以在双模式热机70'中燃烧。双态箱20”还具有由壁25'界定的可加压非燃料压缩气体箱24'。可加压非燃料压缩气体箱24'用于接收压缩非燃料气体62、容纳压缩非燃料气体62并且供给压缩非燃料气体62以按照非燃烧式压缩气体膨胀模式对双模式热机70'提供动力。外壳28围封可加压非燃料压缩气体箱24'并且界定液体燃料箱26的内部空间27。壁25'与内部空间27流体连通。内部空间27用于容纳可加压非燃料压缩气体箱24'。
图3描绘了从双模式热机70'流至排气后处理系统57的排气72。压缩非燃料气体62的部分可以从可加压非燃料压缩气体箱24'输送至排气后处理系统以用作氮氧化物(NOx)的选择性催化还原的反应剂。在另一个示例中，空气可以从可加压非燃料压缩气体箱24'输送至排气后处理系统57以使空气与未燃烧碳氢化合物发生反应以将催化剂加热至起燃温度或用于颗粒过滤器53的煤烟再生.在示例中，颗粒过滤器53是柴油或汽油颗粒过滤器。在又另一示例中，空气可以从可加压非燃料压缩气体箱24'输送至排气后处理系统57以在双模式热机70'以双模式热机70'的最大动力的预定百分比操作时将催化剂冷却。
如图4中描绘，在双态箱20”的示例中，液体燃料箱26可以是可加压液体燃料箱26'。双态箱20”可以进一步包括压力调节器29以利用来自可加压非燃料压缩气体箱24'的压缩非燃料气体62将可加压液体燃料箱26'的内部空间27加压至液体燃料输送压力。可加压液体燃料箱26'的内部空间27中的压缩非燃料气体62用以将液体燃料52推向双模式热机70”用于燃烧。
在本发明的车辆10”的示例中，双模式热机驱动车辆10”可以具有液体加燃料模式。如图4中描绘的示例中所示，当双模式热机驱动车辆10”处于液体加燃料模式中时，液体区分排气阀35可选择性地将液体燃料箱26的内部空间27的缺量部分23排放至蒸汽回收系统33。截止阀34与可加压非燃料压缩气体箱24'和压力压力调节器29流体连通以双模式热机驱动车辆10”处于液体加燃料模式中时可选择性地防止压缩非气体62从可加压非燃料压缩气体箱24'流出进入液体燃料箱26的内部空间27中。
图3和图4中描绘的示例具有与液体燃料箱26流体连通的液体加燃料端口65以可选择性地连接液体加燃料喷嘴63来从液体加燃料喷嘴63中接收液体燃料52。压缩非燃料气体端口67'与可加压非燃料压缩气体箱24'流体连通以可选择性地连接压缩非燃料气体再填充喷嘴86以从压缩非燃料气体再填充喷嘴86中接收压缩非燃料气体62。压缩非燃料气体供给管88用于将压缩非燃料气体62从可加压非燃料压缩气体箱24'输送至双模式热机70'。液体燃料供给管54用于将液体燃料52从液体燃料箱26'输送至双模式热机70'。
图5描绘了用于热机驱动车辆10”'的双态箱20”的示例。双态箱20”包括液体燃料箱26的以接收液体燃料52、装有液体燃料52并且供给液体燃料52以在热机70”中燃烧。可加压压缩气体箱24”是由壁25'界定。可加压压缩气体箱24”用于接收压缩气体32、装有压缩气体32并且供给压缩气体32以给热机70”提供动力。双态箱20”包括围封可加压压缩气体箱24”并且界定液体燃料箱26的内部空间27的外壳28。壁25'与内部空间27流体连通。内部空间27装有可加压压缩气体箱24”。
如图5中描绘，在本发明的示例中，液体燃料箱26用于经由与流体燃料箱26流体连通的液体加燃料端口65从液体加燃料喷嘴63中接收液体燃料52。可加压压缩气体箱24”用于经由与可加压压缩气体箱24”流体连通的压缩气体再填充端口64从压缩气体再填充喷嘴69中接收压缩气体32。压缩气体出气口71用于将压缩气体32从可加压压缩气体箱24”输送至压缩气体供给管83以将压缩气体32输送至热机70”。液体燃料出气口61用于将液体燃料52从液体燃料箱26输送至液体燃料供给管54以将液体燃料52输送至热机70”用于燃烧。
如图5A所示，双态箱20”可操作地连接至热机70”，该热机70”具有内部燃烧操作模式以通过液体燃料52的燃烧向车辆10”’提供原动力。热机70”具有非燃烧式压缩气体膨胀模式，其中热机70”通过压缩气体32的非燃烧膨胀向车辆10”’提供动力。在图5A所示的示例中，压缩气体32为压缩非燃料气体62。在图5A所示的示例中，热机70”为双模式热机70’。在一个示例中，通过压缩气体32的非燃烧膨胀向车辆10”’提供的动力可以用于从静止启动车辆10”’的运动，并继续提供原动力直至预定时间或距离阈值。因此，双模式热机70’可以用于非燃烧式压缩气体膨胀模式用于停止-起行的交通。应当注意，当双模式热机70’以非燃烧式压缩气体膨胀模式操作时无压缩冲程，并且无需接合用于停止-启动操作的电启动器。
图6描述了根据本发明的具有可加压液体燃料箱26’的双态箱20”。双态箱20”包括压力调节器29用以采用来自可加压压缩气体箱24”的压缩气体32将可加压液体燃料箱26’的内部空间27加压到液体燃料输送压力。可加压液体燃料箱26’的内部空间27中的压缩气体32用以将液体燃料52推向热机70”用于燃烧。在图6中，压缩气体32可以为压缩非燃料气体62、压缩气相燃料22或压缩非燃料气体62和压缩气相燃料22的混合物。压缩气体32在一段时间可以为压缩非燃料气体62，在另一段时间为压缩气相燃料22。
例如，如图6所示的双模式箱20”可以将液体燃料52和气相燃料22提供到热机70”，该热机70”为IEC70用以通过液体燃料52和气相燃料22的燃烧将原动力提供到车辆10”’。气相燃料22可以为用于向热机70”、ICE70提供动力的压缩气体。双态箱20”可包括与可加压压缩气体箱24”流体连通的压缩非燃料气体端口67以选择性地与压缩非燃料气体源68连接从而从压缩非燃料气体源68接收压缩非燃料气体62。压缩非燃料气体62可以为压缩气体32用以当ICE70由液体燃料52提供动力时将可加压液体燃料箱26’的内部空间27加压至液体燃料输送压力。
如图6所示，双态箱20”的示例可具有液体加燃料模式当双态箱20”处于液体加燃料模式时，液体区分排气阀35选择性地将可加压液体燃料箱26’的内部空间27的缺量部分23排气至蒸汽回收系统33。截止阀34与可加压压缩气体箱24”和压力调压器29流体连通以当双态箱20”处于液体加燃料模式时选择性地防止压缩气体32从可加压压缩气体箱24”流出进入可加压液体燃料箱26’的内部空间27。
图7是描述操作如图3所示的双模式热机驱动车辆10”的方法的流程图。在附图标记110处，方法100包括当可加压非燃料压缩气体箱24’中的非燃料气体压力大于约145巴时采用压缩非燃料气体62为车辆10”提供动力。在附图标记120处，方法100包括当可加压非燃料压缩气体箱24’中的非燃料气体压力小于约145巴时将来自可加压非燃料压缩气体箱24’的非燃料气体62输送到排气后处理系统57。在一个示例中，输送来自附图标记120处所示的可加压非燃料压缩气体箱24’的非燃料气体62可包括将氧气输送到排气后处理系统57作为选择性催化还原氮氧化物的反应剂。氧气可以为气体混合物的成分。例如，氧气为空气的成分。在一个示例中，输送来自附图标记120处所示的可加压非燃料压缩气体箱24’的非燃料气体62可包括将空气输送到排气后处理系统57以将空气与未燃烧的碳氢化合物反应用以将催化剂加热到点火温度，或者用于颗粒过滤器的烟灰再生。在又一个示例中，输送来自附图标记120处所示的可加压非燃料压缩气体箱24’的非燃料气体62可包括当双模式热机在双模式热机的最大动力的预定百分比下操作时将空气输送到排气后处理系统57以冷却催化剂。
对于来自可加压非燃料压缩气体箱24’的非燃料气体62，存在许多用途。例如，非燃料气体62可以用于冷却发动机舱或发动机舱部件以操作气动致动器，或者以向ICE70补充正常的抽吸或升压吸入气体。
图8是描绘了根据本发明的可加压压缩气体箱的半示意图。可加压压缩气体箱24”、可加压非燃料压缩气体箱24’和可加压气相燃料箱24装配在由壳体28限定的内部空间中。壳体28可具有不规则的表面轮廓以装配到车辆10、10’、10”、10”’中。例如，双燃料箱20、20’，双态箱20”可占据通常由车辆的汽油箱占据的车身底座位置。为了增加可加压压缩气体箱24”、可加压非燃料压缩气体箱24’和可加压气相燃料箱24的容量，箱24、24’、24”可以为共形箱。共形箱可具有不规则轮廓，然而，在压力容器中，不规则轮廓可降低强度，并由此降低箱24、24’、24”的容量。如图8所示，箱24、24’、24”可以为彼此流体连通的多个箱子单元21。箱24、24’、24”还可为单个箱子单元21。
在整个说明书中对“一个示例”、“另一个示例”、“示例”等的引用指的是与示例结合描述的特定元件(例如，特征、结构和/或特性)，该示例包含在本文所述的至少一个示例中，并可以或不可以存在于其他示例中。此外，应当理解，任何示例的所描述的元件可以在各种示例中以任何合适的方式合并，除非上下文另外清楚地指出。
应当理解，本文提供的范围包括所述范围以及所述范围内的任何值或子范围。例如，约2巴至约50巴的范围可以解释为不仅包括约2巴至约50巴的明确说明的限制，还包括单个值，比如5巴、10巴、15巴等，以及子范围，比如约10巴至约18巴；约15巴至约19.5巴等。此外，当“约”用于描述一个值时，其指的是涵盖所述值的最小变化(达+/-10％)。
在对本文所公开示例进行描述和要求权利保护时，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数对象，除非上下文另外清楚地说明。
尽管已经详细描述的若干示例，但应当理解可以改变所公开的示例。因此，应将前述描述认为是非限制性的。

Claims (10)

1.一种双燃料车辆，其包括：
内燃机（ICE），其用以通过液体燃料和气相燃料的燃烧向所述车辆提供原动力；和
双燃料箱，其包括：
液体燃料箱，其用以接收液体燃料，容纳所述液体燃料并供给所述液体燃料用于在所述内燃机（ICE）中燃烧；
由壁限定的可加压气相燃料箱，其中气相燃料能够渗透通过所述可加压气相燃料箱，其中所述可加压气相燃料箱用以接收所述气相燃料，容纳所述气相燃料并供给所述气相燃料用于在所述内燃机（ICE）中燃烧；和
壳体，其封围所述可加压气相燃料箱并限定所述液体燃料箱的内部空间，其中：
所述壁与所述内部空间流体连通；以及
所述内部空间用以接收所述渗透的气相燃料。
2.根据权利要求1所述的双燃料车辆，其中：
所述液体燃料箱为可加压液体燃料箱；
所述双燃料箱进一步包括压力调节器以利用来自所述可加压气相燃料箱的压缩气体将所述可加压液体燃料箱的所述内部空间加压至液体燃料输送压力；以及
所述可加压液体燃料箱的所述内部空间中的所述压缩气体将所述液体燃料推进至所述内燃机（ICE）进行燃烧。
3.根据权利要求1所述的双燃料车辆，其进一步包括：
液体加燃料端口，其与所述液体燃料箱流体连通以选择性地与液体加燃料喷嘴对接，从而从所述液体加燃料喷嘴接收所述液体燃料；
气相燃料加燃料端口，其与所述可加压气相燃料箱流体连通以选择性地与气相燃料加燃料喷嘴对接，从而从所述气相燃料加燃料喷嘴接收所述气相燃料；
气相燃料供给管，其将所述气相燃料从所述可加压气相燃料箱输送至所述内燃机（ICE）；以及
液体燃料供给管，其将所述液体燃料从所述液体燃料箱输送至所述内燃机（ICE）。
4.根据权利要求2所述的双燃料车辆，其中：
所述双燃料车辆具有液体加燃料模式；
当所述双燃料车辆处于所述液体加燃料模式时，液体甄别排放阀选择性地将所述可加压液体燃料箱的所述内部空间的缺量部分排放至蒸汽回收系统；以及
当所述双燃料车辆处于所述液体加燃料模式时，截止阀与所述可加压气相燃料箱和所述压力调节器流体连通以选择性地防止所述压缩气体从所述可加压气相燃料箱流出至所述可加压液体燃料箱的所述内部空间中。
5.根据权利要求2所述的双燃料车辆，其进一步包括与所述可加压气相燃料箱流体连通的压缩非燃料气体端口，所述压缩非燃料气体端口选择性地与压缩非燃料气体源对接以从所述压缩非燃料气体源接收压缩非燃料气体，其中所述压缩非燃料气体是将所述液体燃料箱的所述内部空间加压至所述液体燃料输送压力的所述压缩气体。
6.一种双模式热机驱动车辆，其包括：
双模式热机，其具有通过液体燃料的燃烧给所述车辆提供原动力的内燃运行模式，所述双模式热机具有非燃烧式压缩气体膨胀模式，其中所述双模式热机通过压缩非燃料气体的非燃烧膨胀给所述车辆提供动力；
以及
双态燃料箱，其包括：
液体燃料箱，其用于接收液体燃料、容纳所述液体燃料并且供给所述液体燃料以在所述双模式热机中燃烧；
由壁界定的可加压非燃料压缩气体箱，其中所述可加压非燃料压缩气体箱用于接收压缩非燃料气体、容纳所述压缩非燃料气体并且供给所述压缩非燃料气体以按照所述非燃烧式压缩气体膨胀模式给所述双模式热机提供动力；以及
外壳，其围封所述可加压非燃料压缩气体箱并且界定所述液体燃料箱的内部空间，其中：
所述壁与所述内部空间流体连通；以及
所述内部空间容纳所述可加压非燃料压缩气体箱。
7.根据权利要求6所述的双模式热机驱动车辆，其中：
所述液体燃料箱是可加压液体燃料箱；
所述双态燃料箱进一步包括压力调节器以利用来自所述可加压非燃料压缩气体箱的所述压缩非燃料气体将所述可加压液体燃料箱的所述内部空间加压至液体燃料输送压力；
所述液体燃料箱的所述内部空间中的所述压缩非燃料气体用于将所述液体燃料推进至所述双模式热机进行燃烧；
所述双模式热机驱动车辆具有液体加燃料模式；
当所述双模式热机驱动车辆处于所述液体加燃料模式时，液体甄别排放阀选择性地将所述液体燃料箱的所述内部空间的缺量部分排放至蒸汽回收系统；以及
当所述双模式热机驱动车辆处于所述液体加燃料模式时，截止阀与所述可加压非燃料压缩气体箱和所述压力调节器流体连通以选择性地防止所述压缩非燃料气体从所述可加压非燃料压缩气体箱流出至所述液体燃料箱的所述内部空间中。
8.根据权利要求6所述的双模式热机驱动车辆，其进一步包括：
液体加燃料端口，其与所述液体燃料箱流体连通以选择性地与液体加燃料喷嘴对接，从而从所述液体加燃料喷嘴接收所述液体燃料；
压缩非燃料气体再填充端口，其与所述可加压非燃料压缩空气燃料箱流体连通以选择性地与压缩非燃料气体再填充喷嘴对接，从而从所述压缩非燃料气体再填充喷嘴接收所述压缩非燃料气体；
压缩非燃料气体供给管，其用于将所述压缩非燃料气体从所述可加压非燃料压缩气体箱输送至所述双模式热机；以及
液体燃料供给管，其用于将所述液体燃料从所述液体燃料箱输送至所述双模式热机。
9.一种用于热机驱动车辆的双态燃料箱，所述双态燃料箱包括：
液体燃料箱，其用于接收液体燃料、容纳所述液体燃料并且供给所述液体燃料以在所述热机中燃烧；
由壁界定的可加压压缩气体箱，其中所述可加压压缩气体箱用于接收压缩气体，容纳所述压缩气体并且供给所述压缩气体以为所述热机提供动力；以及
外壳，其围封所述可加压压缩气体箱并且界定所述液体燃料箱的内部空间，其中：
所述壁与所述内部空间流体连通；以及
所述内部空间用来容纳所述可加压压缩气体箱；
其中所述液体燃料箱是可加压液体燃料箱；
所述双态燃料箱还包括压力调节器以利用来自所述可加压压缩气体箱的压缩气体将所述液体燃料箱的内部空间加压至液体燃料输送压力；
所述液体燃料箱的所述内部空间中的压缩气体用于将液体燃料推进至所述热机进行燃烧。
10.一种操作根据权利要求6所述的双模式热机驱动车辆的方法，其包括：
当所述可加压非燃料压缩气体箱中的非燃料气体压力大于约145巴时，利用所述压缩非燃料气体给所述车辆提供动力；以及
当所述可加压非燃料压缩气体箱中的所述非燃料气体压力小于约145巴时，将所述非燃料气体从所述可加压非燃料压缩气体箱输送至排气后处理系统。
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