雙燃料車輛的製作方法

2023-05-20 11:30:11 2

一些內燃機(ICE)設計為使用特定的燃料來運行。例如，ICE可以設計為使用具有87的辛烷值或者柴油級1-D的普通無鉛汽油來運行。靈活燃料型車輛中的ICE依靠汽油或者高達85％的乙醇(E85)的汽油乙醇混合燃料來運行。

多燃料發動機能夠針對多種燃料類型進行操作。例如，雙燃料發動機能夠針對兩種不同燃料類型進行操作。一種燃料類型可以是液相燃料，包括汽油、乙醇、生物柴油、柴油燃料或者它們的組合，它們基本上以液態形式傳輸至雙燃料發動機。其它燃料類型可以包括可替代的燃料，例如，壓縮天然氣(CNG)、液化石油氣(LPG)、氫氣等。兩種不同燃料存儲在單獨的箱中，並且雙燃料發動機可以一次依靠一種燃料來運行，或者可以依靠兩種不同燃料類型的組合來交替運行。

技術實現要素：

一種雙燃料車輛具有內燃機(ICE)，ICE用於通過燃燒液體燃料和氣相燃料向車輛提供原動力。所述車輛具有雙燃料箱，雙燃料箱包括液體燃料箱，該液體燃料箱用於接收液體燃料、容納液體燃料並且供給液體燃料以便用於在ICE中燃燒。所述車輛具有由壁限定的可加壓氣相燃料箱。氣相燃料能滲透通過壁。可加壓氣相燃料箱用於接收氣相燃料、容納氣相燃料、並且供給氣相燃料以便用於在ICE中燃燒。外殼封圍可加壓氣相燃料箱並且限定出液體燃料箱的內部空間。壁與內部空間流體連通。內部空間用於接收滲透的氣相燃料。

附圖說明

本發明的各個示例的特徵將通過參照以下詳細的說明和附圖而變得顯而易見，其中相同的附圖標記對應於相似的(儘管可能不相同的)部件。為了簡潔起見，附圖標記或者具有之前描述的功能的特徵，可以結合它們出現的其它附圖或也可以不結合它們出現的其它附圖來進行描述。

圖1是描繪了根據本發明的車輛的示例的系統框圖；

圖2是描繪了本發明的帶有雙燃料箱的示例的系統框圖，該雙燃料箱具有液體燃料箱，液體燃料箱為可加壓液體燃料箱；

圖3是描繪了本發明的帶有車輛的示例的系統框圖，該車輛由雙模式熱機提供動力；

圖4是描繪了本發明的帶有雙態箱的示例的系統框圖，該雙態箱具有可加壓液體燃料箱；

圖5是描繪了本發明的帶有雙態箱的一個示例的系統框圖，該雙態箱用於熱機驅動車輛；

圖5A是描繪了本發明的帶有雙態箱的一個示例的系統框圖，該雙態箱可操作地連接至具有內燃運行模式和非燃燒式壓縮氣體膨脹模式的熱機；

圖6是描繪了本發明的帶有雙態箱的示例的系統框圖，該雙態箱具有可加壓液體燃料箱；

圖7是描繪了一種操作圖3所示雙模式熱機驅動車輛的方法的流程圖；以及

圖8是描繪了根據本發明的示例的雙態箱的半示意圖，該雙態箱具有液體燃料箱和由液體燃料箱圍起的可加壓壓縮氣體箱，其中可加壓壓縮氣體箱具有彼此流體連通的多個箱子單元。

具體實施方式

內燃機(ICE)燃燒在發動機內部的燃料以進行作業。一些ICE在車輛中用於向車輛提供原動力。如此處所使用的，車輛指運輸乘客或者貨物的自行式移動機。根據本發明的車輛的多個示例是：機動車輛(摩託車、小汽車、卡車、公共汽車、火車)和表面船隻(艦、船)。

在某些情況下，ICE通過ICE設計為消耗的燃料的類型來限定。例如，一些柴油發動機可以依靠柴油級1-D或者柴油級2-D來運行。汽油發動機典型地可以依靠汽油來運行。雙燃料發動機可以與燃料的兩種類型，例如，汽油和天然氣兼容。靈活燃料型車輛(FFV)可以依靠汽油和乙醇的組合的範圍來運行。

在本發明的多個示例中，天然氣溶質可以溶解在液體燃料溶劑中。與單獨的液體溶劑燃料相比，天然氣溶質溶解在液體燃料溶劑中每容積具有更多能量。例如，可以通過將天然氣溶解在汽油中來增加在一加侖汽油中可用的能量。天然氣和汽油的溶解基本上不增加汽油的容積；然而，溶解的能量密度大於汽油的能量密度。

一些現有的雙燃料車輛具有用於存儲氣相燃料的箱和用於存儲液體燃料的單獨的箱。形成鮮明地對比，本發明的雙燃料車輛的多個示例將氣相燃料和液體燃料存儲在相同的雙燃料箱中。可加壓氣相燃料箱完全地在液體燃料箱中。少量的氣相燃料可以滲透地通過可加壓氣相燃料箱的壁進入到液體燃料箱的內部空間中。缺量空間可以由液體判定排出閥而排出，以在缺量空間中維持較低壓力。

如此處所使用的，滲透指滲透物(諸如氣相燃料)滲透通過不具有孔隙的固體(例如，壁)。滲透的過程包括擴散通過固體，並且可以涉及現象，諸如吸收，離解、遷移和解吸。滲透直接涉及滲透物的濃度梯度、固體的固有滲透性、和滲透物和固體的質量擴散率。

滲透與洩漏不同。洩漏遵循動態氣體定律。這意味著輕的氣體將以比較重的氣體更高的速率滲透洩漏。然後，將通過洩漏的電導和氣體的摩爾量來控制穿過洩漏的氣體的量。動態氣體定律適用於任何洩漏機理，從針孔到長的迷宮式通道。洩漏是經由溝道或者漏孔通過固體的自由通道。另一方面，滲透是包括在內表面上吸收、擴散通過固體的過程，並且在滲透之前的在外表面上的再吸收可以解吸到在固體的相對側上的空間中。

可滲透固體與多孔固體不同。多孔固體可以在固體中具有裂紋、間隙和空間或者孔隙以提供用於洩漏的導管。滲透的一個共同經驗發生在充注有氦氣的乳膠氣球中。即使氣球不具有孔隙或者洩漏，乳膠氣球由於滲透也可能在一天或者兩天內失去包含在氣球中的氦氣中的大部分氦氣。

滲透通過薄膜或者接口從滲透分子部分地擴散。滲透涉及擴散。滲透是通過接口從高濃度向低濃度移動。對特定材料具有滲透性並且對其它材料沒有滲透性的材料稱為半滲透性。只有具有特定特性的分子或者離子能夠通過半滲透材料擴散。滲透可以通過大部分材料發生，包括金屬、陶瓷和聚合物。然而，金屬的滲透性由於金屬的晶體結構而遠遠低於陶瓷和聚合物的滲透性。

滲透性取決於互動的溫度以及固體和滲透物部件兩者的特性。通過吸收過程，滲透物的分子可以吸收或者吸附在接口處。

在本發明的各個示例中，氣相燃料可以通過可加壓氣相燃料箱滲透到內部空間中。缺量空間可以由液體判定排出閥而排出，以在缺量空間中維持較低壓力。滲透直接涉及跨可滲透薄膜的壓力差。在其中在缺量空間中的壓力保持為較低的示例中，來自雙燃料箱的滲透損失為低。在多個示例中，在缺量空間中的壓力可以相對於圍繞車輛的大氣壓力保持低於10英尺的水位計壓力。

在本發明的示例中，當根據1989年7月1日的聯邦法規彙編第86.130-78至86.143-90部分所述的基於用於蒸發測定的密封殼體(SHED)的日間測試和高溫浸水試驗程序時，雙燃料車輛可具有小於約2克的碳氫化合物排放。在本發明的示例中，由雙燃料箱產生的碳氫化合物排放的部分可小於約0.01克。

滲透的氣相燃料的一部分被溶解或吸收到儲存在雙燃料箱的液體燃料箱中的液體燃料中。存儲在液體燃料中的氣相燃料量取決於溶液的溫度和缺量空間中的壓力。

滲透的氣相燃料儲存在液體燃料箱的另一種方式是作為缺量空間中的氣體。應理解，本文中公開的燃料均不處於可加壓箱中的超臨界狀態。因此，氣體將會上升到液體燃料箱中的液體的表面的上方。如本文中所使用，缺量空間是未被液體佔據的可加壓箱中的容積。還如本文中所使用，隨著可加壓箱中的液體容積減少，缺量空間的容積相應增加。缺量空間中的氣相燃料將會達到平衡壓力，其等於溶解在溶液中的氣相燃料的蒸汽壓力。由於氣相燃料可以是成分氣體的混合物，所以每個成分氣體將趨於平衡分壓力，其等於溶解於溶液中的成分的分蒸汽壓力。如本文中所使用，氣相燃料的分壓力指氣相燃料中的每個成分氣體的分壓力之和。應理解，液體燃料還可具有有蒸汽壓力的揮發性組分。液體燃料箱的缺量空間中的總壓力是缺量空間中的所有氣體的分壓力之和。

ASTM國際，2001年之前被稱為美國材料試驗學會(ASTM)是一個國際標準組織，形成和公布了用於廣泛的材料、產品、系統和服務的非強制性技術標準。測量蒸汽壓力的一種方法是通過試驗方法ASTM-D-323，其測定了瑞德蒸汽壓力(RVP)。RVP是揮發性原油和揮發性非粘滯石油液體的揮發性測量，除了液化石油氣。其被限定為通過試驗方法ASTM-D-323測定的由液體在100°F(37.8℃)下產生的絕對蒸汽壓力。

應理解，本發明的示例中的液體燃料不限於石油液體燃料。液體燃料可包括，例如，生物柴油或生物乙醇或其他醇類。儘管乙醇可由石油產生(通過乙烯的水解)，但是大部分乙醇由農業產品產生。這樣，乙醇可以是石油液體燃料或非石油液體燃料。生物柴油是由農業產品產生。石油液體燃料包括汽油、煤油、柴油燃料和其他類似液體燃料。

SAE國際，最初建立為汽車工程師協會(SAE)，是個立足美國，活躍於全球的專業協會，是各行業工程專業人士的標準組織。

根據2008年7月28日的SAE地面車輛標準J313，柴油燃料，一般而言，汽車和鐵路柴油燃料來源於通常稱為中間餾分的石油精煉產品。中間餾分表示具有高於汽油的沸點範圍且獲自原油或來自其他精煉加工的流的分餾的產品。成品柴油燃料表示中間餾分的共混物。商業餾分柴油燃料的性能取決於採用的精煉實踐以及其源自的原油的性質。因此，它們在被製造的區域以及被製造的區域內均可不同。這種燃料通常在163℃和371℃(325°F至700°F)的範圍內沸騰。它們的構成可表示揮發性、點火質量、粘度、硫磺水平、重力以及其他特性的各種組合。添加劑可用於賦予成品柴油燃料特殊性能。

ASTMD975包括柴油燃料的5個等級：等級1-D；低等級硫磺1-D；等級2-D；低等級硫磺2-D；以及等級4-D。

SAE地面車輛推薦實踐J312，汽車汽油，2/1/2001總結了汽車汽油的組成、其物理和化學特性的重要性以及用於限定或評估這些性能的相關試驗方法。

如本文中所使用，液體燃料是通常在標準周圍溫度25℃和壓力(100kPa絕壓)下液相中的燃料。應理解，即使液體燃料通常在液相中，但是如果在敞開的容器中放置一段時間後，那麼液體燃料可揮發且可完全蒸發。如本文中所使用，液體燃料具有高於25℃的沸點。應理解，一些液體燃料是多種組分液體燃料的共混物。在本發明的示例中，液體燃料可包括石油液體燃料、生物柴油、醇類或其組合。

如本文中所使用，氣相燃料是通常在標準周圍溫度25℃和壓力(100kPa絕壓)下氣相中的燃料。天然氣、甲烷、丙烷和氫氣是氣相燃料的示例。在本發明的示例中，氣相燃料22是天然氣。1994年2月發布的SAE地面車輛推薦實踐J1616，用於壓縮天然氣車輛燃料的推薦實踐對天然氣描述如下：天然氣主要由甲烷組成(通常是88-96摩爾百分比)，其餘為非甲烷烴的減少比例(即乙烷、丙烷、丁烷等)。天然氣中發現的其他組分是氮氣(N2)、二氧化碳(CO2)、水、氧和微量的潤滑油(來自壓縮機)以及發現為硫化氫(H2S)以及其他硫化合物的硫磺。在進入商業天然氣傳輸系統之前，加工天然氣以滿足對硫化氫、水、較重碳氫化合物的可冷凝物、惰性氣體(比如CO2和N2)，以及能量含量的限制。硫醇增味劑(例如，叔丁基硫醇)被本地分銷公司(LDC's)添加以將人類可檢測氣味添加到天然氣中，否則天然氣是無味的。

圖1是系統框圖，示出了具有動力系統60的車輛10的示例，內燃機(ICE)70通過液體燃料52和氣相燃料22的燃燒向車輛10提供原動力。車輛10在環境90中被示出。車輛10具有向動力系統控制器40提供環境數據92的傳感器48。環境數據92的示例包括周圍空氣壓力、溫度和溼度。車輛10具有雙燃料箱20。雙燃料箱20包括液體燃料箱26以接收液體燃料52、容納液體燃料52且供給液體燃料52以在ICE70中進行燃燒。雙燃料箱20包括由壁25限定的可加壓氣相燃料箱24。壁25可具有聚合襯裡層和纖維加固層以支撐聚合襯裡層抵抗來自可加壓氣相燃料箱24中的氣相燃料22的壓力。

氣相燃料22可滲透通過壁25。可加壓氣相燃料箱24用來接收氣相燃料22、容納氣相燃料22且供給氣相燃料22以在ICE70中進行燃燒。外殼28包裹可加壓氣相燃料箱24且限定液體燃料箱26的內部空間27。壁25與內部空間27流體連通。內部空間27用來接收滲透的氣相燃料31。換言之，可加壓氣相燃料箱24完全被液體燃料箱26包圍。滲透通過壁25的任何滲透的氣相燃料31將被液體燃料箱26所捕獲。

將可加壓氣相燃料箱24中的關於氣相燃料22的氣體數據78發送至動力系統控制器40。將液體燃料箱26中關於液體燃料52的液體燃料數據79(例如，燃料液位)發送至動力系統控制器40。動力系統60將動力系統數據38發送至動力系統控制器40。動力系統數據38的示例包括來自發動機、用於控制ICE70的任何數據。例如，發動機速度和溫度可為動力系統數據38。動力系統60包括ICE70。圖1所示的ICE70具有液體燃料噴射器76，其與液體燃料供給管54和ICE70的燃燒室流體連通，以可選擇地將預定量的液體燃料52噴射進燃燒室或進氣歧管用於在ICE70中燃燒。圖1所示的ICE70還具有氣相燃料噴射器74，其與氣相燃料供給管84和ICE70的燃燒室流體連通，以可選擇地將預定量的氣相燃料22噴射進燃燒室或進氣歧管用於在ICE70中燃燒。在本發明的示例中，氣相燃料噴射器74和液體燃料噴射器76可組合成一個噴射器，其能夠噴射氣相燃料22和液體燃料52兩者。

液體燃料噴射器76用於可選擇地將預定量的液體燃料52或預定量的氣相燃料22噴射進ICE70用於在ICE70中燃燒。氣相燃料噴射器74用於可選擇地將預定量的氣相燃料22噴射進ICE70用於在ICE70中燃燒。動力系統控制器40發送動力系統控制44從而以預定速度將液體燃料52，或氣相燃料22噴射進ICE70。動力系統控制44包括噴射器控制45以控制氣相燃料噴射器74；以及另一噴射器控制47以控制液體燃料噴射器76。車輛控制30將需求部分39提供至動力系統控制器40。

ICE70可用來在燃燒循環的分開的情況下燃燒液體燃料52和氣相燃料22。在一個示例中，車輛10通常可將氣相燃料22用作車輛10的初級燃料。在該示例中，液體燃料52可用作備用燃料以將車輛10的行程延伸超出以氣相燃料22運行的車輛10的行程。車輛10可在相對較低壓力下利用氣相燃料22加燃料，例如利用高達50巴的天然氣家用加油站，且具有足夠的利用氣相燃料22的行程用於日常使用(例如，約40英裡)。在其它示例中，車輛10可在高達約250巴的壓力下利用氣相燃料22加燃料。如果需要額外的行程，可使用液體燃料52來為ICE70加燃料。在另一示例中，氣相燃料22和液體燃料52可被共同噴射進ICE70以在ICE70的同一燃燒循環中一起消耗。

燃燒循環是循環的一系列內燃機操作級。例如，汽油發動機通常具有四衝程燃燒循環，具有曲軸的每兩周旋轉便重複的活塞的進氣、壓縮、功率和排氣衝程。二衝程發動機是一種類型的內燃機，其僅在一次曲軸旋轉完成功率循環(燃燒循環)，且伴隨有活塞的兩次衝程。燃料噴射正時和位置與發動機的操作兼容。

氣相燃料22和液體燃料52噴射進ICE70的位置可取決於ICE70的類型。例如，如果液體燃料是汽油且ICE70具有火花點火時，氣相燃料噴射器74和液體燃料噴射器76每個均可將相應的燃料噴射進ICE70的進氣歧管中。這種ICE70可以單獨地依靠氣相燃料22、汽油，或同時氣相燃料22和汽油的組合而運行。天然氣22可噴射進進氣歧管(未示出)或增壓器(未示出)或渦輪增壓器(未示出)的進氣口中。

圖1中示出的車輛10的操作的一個示例如下：液體燃料52從液體加燃料噴嘴63被輸送至雙燃料箱20的液體燃料箱26。液體加燃料噴嘴63可為常規液體燃料分配噴嘴。(參見汽車工程學會(SAE)地面車輛的推薦做法(SAE Surface Vehicle Recommended Practice)J285，汽油分散器噴嘴噴口(Gasoline Dispenser Nozzle Spouts)，1999年1月重新確認。)例如，如果液體燃料為無鉛汽油，標準SAE燃料分配噴嘴可為，例如，OPW11AP(可購自俄亥俄州漢密爾頓多佛公司OPW)。

氣相燃料22可從氣相燃料加燃料噴嘴85通過氣相燃料加燃料埠82被輸送至雙燃料箱20的可加壓氣相燃料箱24。壓力可相對較低，例如，約2巴至約50巴。然而，在本發明的示例中，可加壓氣相燃料箱24可加壓至約250巴的最大壓力。在其它示例中，最大壓力可能較低，例如，約2巴至約200巴。例如，最大壓力可為約50巴。

雙燃料箱20的殼體28可包括滲透阻擋層。在示例中，滲透阻擋層可為聚合物。在一個示例中，滲透阻擋層可為含氟聚合物。在其它示例中，滲透阻擋層可為金屬。例如，薄的鋁層(量級約為1微米厚)可通過物理氣相沉積過程而沉積在殼體基板上。可應用另一聚合物層以防止鋁和氣相燃料22或液體燃料52之間的化學相互作用。

經過一段時間，較少量的氣相燃料22可能滲透穿過壁25且在內部空間27中積聚。在一個示例中，滲透的氣相燃料31可積聚在缺量空間23中，其中滲透的氣相燃料31將與來自液體燃料52的蒸氣相混合，以在缺量空間23中形成氣態混合物55。缺量空間23中的壓力可為滲透的氣相燃料31的分壓力和來自液體燃料52的蒸氣的分壓力加上可能存在於箱中的任何其它氣體(例如，空氣或水蒸氣)的分壓力的和。

對ICE70進行提供動力可導致可加壓氣相燃料箱24中的氣相燃料22基本上耗盡；然而，一些液體燃料52可能會殘留在液體燃料箱26中。ICE70可以繼續依靠液體燃料52運行，直到液位為空。

對於給定溫度，缺量空間23中的較高的滲透氣相燃料分壓力將導致更多的滲透氣相燃料31在液體燃料52中溶解。因而，液體燃料52可通過溶解在其中的滲透的氣相燃料31而被強化。在下文所述的示例中，氣相燃料22可被引入液體燃料箱26中以對液體燃料箱26進行加壓。與沒有溶解在其中的氣相燃料22的液體燃料52相比，通過氣相燃料22或滲透的氣相燃料31加強的液體燃料52將提供每加侖液體燃料52更多的車輛行程。

車輛20可經由氣相燃料加燃料埠82在任何時候利用氣相燃料22進行加燃料。

參照圖2，雙燃料箱20』進一步包括壓力調節器29以將可加壓液體燃料箱26』的內部空間27加壓至液體燃料輸送壓力，其具有來自可加壓氣相燃料箱24的壓縮氣體32。可加壓液體燃料箱26』的內部空間27中的壓縮氣體32用來將液體燃料52推進至ICE70進行燃料。在壓縮氣體將液體燃料52推進至ICE70之後，雙燃料箱20』可在沒有用於車輛的一些現有液體燃料箱中存在的電動燃料泵的情況下輸送液體燃料52。通過免除電動燃料泵，可實現成本節約。

液體加燃料埠65與雙燃料箱20、20』的液體燃料箱26、26』流體連通，以可選擇地與液體加燃料噴嘴63相連接，以接收來自液體加燃料噴嘴63的液體燃料52。

氣相燃料加燃料埠82與可加壓氣相燃料箱24流體連通以選擇性與氣相燃料加燃料噴嘴85相連接以從氣相燃料加燃料噴嘴85接收氣相燃料22。氣相燃料供給管84將氣相燃料22從雙燃料箱20、20』中的可加壓氣相燃料箱24輸送到ICE70。液體燃料供給管54將液體燃料52從雙燃料箱20、20』中的液體燃料箱26、26』輸送到ICE70。

在本發明的示例中，具有可加壓液體燃料箱26'的雙燃料車輛10'可以具有液體加燃料模式以允許在可加壓液體燃料箱26'不滿(即未達到液體燃料液位的最大值)的任何時候將液體燃料52加入到可加壓液體燃料箱26'中，並且可加壓液體燃料箱26』中的壓力足夠低以允許液體燃料52被加入到可加壓液體燃料箱26'中。在液體加燃料模式，可加壓液體燃料箱26'的缺量部分23中的壓力在加注管蓋59被移開前已被排放。

在本發明的示例中，當雙燃料車輛10'處於液體加燃料模式時，液體區分排氣閥35將選擇性地對可加壓液體燃料箱26'的內部空間27的缺量部分23排氣至蒸汽回收系統33。液體區分排氣閥35選擇性地允許缺量部分23的氣體排至蒸汽回收系統33，從而防止液體燃料52隨氣流流過或被攜帶通過液體區分排氣閥35。液體區分排氣閥35可以具有翻轉功能以防止當雙燃料箱20』倒置時流體從液體區分排氣閥35洩露出。

當雙燃料車輛10'處於液體加燃料模式時，液體區分排氣閥35可包括諸如電磁閥以允許液體區分排氣閥35選擇性地將可加壓液體燃料箱26'的內部空間27的缺量部分23排氣至蒸汽回收系統33。電磁閥可以是常閉閥，當電磁線圈被通電時使其開啟。當車輛10'確定已進入液體加燃料模式時，電磁線圈可以被通電。液體區分排氣閥35可以具有機械超馳特徵以當沒有足夠可用電力來操作電磁線圈時允許可加壓液體燃料箱26'排氣。截止閥34與可加壓氣相燃料箱24和壓力調節器29流體連通以當雙燃料車輛10'處於液體加燃料模式時選擇性地防止壓縮氣體32從可加壓氣相燃料箱24中流出進入可加壓液體燃料箱26'的內部空間27中。

在車輛10'的示例中，壓縮氣體32可以為壓縮非燃料氣體62。壓縮非燃料氣體62在車輛使用液體燃料52加燃料並且可加壓氣相燃料箱24中的壓力不足以對可加壓液體燃料箱26'的內部空間27加壓以將液體燃料推進至ICE70的事件中是有用的。例如，如果車輛10'在沒有可用的加壓氣相燃料22的商業加燃料設施中加燃料，壓縮空氣32可以被加入至可加壓氣相燃料箱24以提供壓力來將液體燃料52推進至ICE70。例如，許多商業燃料站有為充氣輪胎提供壓縮空氣的空氣壓縮機。此類空氣壓縮機可以被用來加入空氣作為壓縮氣體32以將液體燃料推進至ICE70。

雙燃料車輛10'的示例可以包括與可加壓氣相燃料箱24流體連通的壓縮非燃料氣體埠67以選擇性地與壓縮非燃料氣體源68連接從而從壓縮非燃料氣體源68接收壓縮非燃料氣體62。壓縮非燃料氣體62可以作為壓縮氣體32以對液體燃料箱26的內部空間27加壓至液體燃料輸送壓力。在示例中，壓縮非燃料氣體62可以是任何的非燃料氣體。例如，空氣、氮氣、二氧化碳和氬氣是可以使用的非燃料氣體。如在這裡使用的，非燃料氣體不包括諸如天然氣、丙烷或氫氣。

從液體燃料52蒸發的蒸汽可以在缺量空間23中與滲透的氣相燃料31、氣相燃料22或非燃料氣體62混合。蒸汽回收系統33可以包括車載加燃料蒸汽回收(ORVR)系統36。

在可加壓液體燃料箱26』已被排氣至蒸汽回收系統33後，未加壓氣相燃料22和從液體燃料52蒸發的液體燃料蒸氣可以保留在可加壓液體燃料箱26'中。保留在可加壓液體燃料箱26'中的混合氣體在液體加燃料過程中將被液體燃料52替換。在液體加燃料操作過程中被替換的混合氣體在車載加燃料蒸汽回收(ORVR)系統36中被捕集以回收。車載加燃料蒸汽回收(ORVR)系統36在此處也被稱為蒸汽回收系統33，因為其可以不僅限於回收加燃料蒸氣。例如，蒸汽回收系統33可以捕獲滲透的氣相燃料31，其在缺量空間23中和液體燃料52的蒸氣混合。

在圖1和圖2所描述的示例中，燃料蒸氣通過通向濾罐41的蒸汽導管42輸送，該濾罐41中置有大量具有燃料蒸氣吸附能力的活性炭。燃料蒸氣在濾罐41的活性炭上被吸附。吹掃導管43設置在ICE70和濾罐41之間。排氣導管56在第一端通向濾罐41，且與第一端相對的第二端暴露於環境空氣。排氣導管56可以包括常開排氣閥37，其可以根據診斷和保養程序選擇性地被驅動至閉合位置。吹掃閥49，諸如電控制的電磁閥，設置在吹掃導管43中。當吹掃閥49被電驅動至打開位置，濾罐41暴露於來自運行的ICE70的真空，從而通過排氣導管56吸入環境空氣至濾罐41，穿過其中的活性炭以隨來自濾罐41的環境空氣吸入燃料蒸氣，以及通過吹掃導管43進入ICE70以在其內部燃燒。

液體逆流排氣閥35和蒸汽回收系統33在液體加燃料關閉事件過程中防止缺量空間23的總氣體壓力超過預定最大缺量空間氣體壓力。在本發明的示例中，預定最大缺量空間氣體壓力允許液體燃料箱26通過液體加燃料埠65按照預定最大液體燃料加燃料速度接收液體燃料52。在一示例中，最大液體燃料加燃料速度可以為約每分鐘15加侖。

以下示例用以舉例說明液體燃料加燃料速度、通過蒸汽回收系統33的氣流速度和缺量空間23中壓力之間的關係。如果液體區分排氣閥35過分限制氣流，缺量空間23中的總氣體壓力可能在用液體燃料52將液體燃料箱26加注至容積前達到預定最大缺量空間氣體壓力。壓力的構建導致液體燃料52回流至加注管並導致在液體燃料箱26加注至容積前液體加燃料噴嘴63關閉。在正常的液體加燃料關閉事件中，當液體燃料箱26中的液體燃料52達到加滿液位，通過液體區分排氣閥35的氣流被關閉(例如，通過浮閥或電磁閥)，導致箱中壓力迅速建立直到達到最大缺量空間氣體壓力，進而導致液體燃料52回流至加注管並導致液體加燃料噴嘴63關閉。在一個示例中，最大缺量空間氣體壓力可以介於10英寸水柱至15英寸水柱間，此時的壓力可以平衡停滯在燃料加注管中的燃料的最大壓力。

ICE70是一種熱機。發動機將能量轉換為機械功。熱機在效率上受卡諾定理限制，儘管如此熱機通常有利地應用於做功，因為大多數形式的能量都可以通過類似放熱反應(例如燃燒)、光或高能粒子的吸收、摩擦、耗散和阻抗的過程被轉換為熱能。

本發明的熱機的示例是非燃燒壓縮氣體膨脹發動機。內燃機可通過操控ICE的進氣閥和排氣閥操作而被轉換為非燃燒壓縮氣體膨脹發動機。典型的火花點燃式ICE可以具有活塞的進氣衝程、壓縮衝程、動力衝程和排氣衝程。在非燃燒壓縮氣體膨脹發動機的示例中，不需要進氣和壓縮衝程。壓縮氣體被添加至氣缸並且允許在動力衝程中膨脹，且排氣衝程將膨脹氣體從氣缸中排出。

IEC在某個過程中燃燒液體或氣態燃料，從而排放二氧化碳(CO2)、水和其它排放產物。ICE中消耗每升汽油產生約2.4千克的CO2。當空氣具有至少約145巴的壓力時，以非燃燒式壓縮氣體膨脹模式操作的ICE可使用空氣作為作業流體來以全速(例如，約每小時70英裡)給車輛提供動力。ICE中的燃料經濟性的大部分損耗發生在啟動/停止操作期間。

在本發明的示例中(參照圖5)，可加壓壓縮氣體箱24」裝有約100L的壓縮氣體32。如果壓縮氣體32是空氣且可加壓壓縮氣體箱24」中的壓力是約250巴，那麼可加壓壓縮氣體箱24」內側存儲大概27千克空氣。在145巴與250巴之間，可加壓壓縮氣體箱24」的100L示例中存儲約10千克空氣。假設全速需要全開節氣門調節，該示例中的車輛可在145巴以上(具有壓力調節器)氣動地(即，以非燃燒式壓縮氣體膨脹模式)運轉約與以內燃模式操作的ICE70」消耗約1加侖汽油將驅動的距離相同的距離。當可加壓壓縮氣體箱24」中的壓力大於145巴時，包括停止/啟動、空轉、滑行、加速、減速和高速操作的整個操作範圍在非燃燒式壓縮氣體膨脹模式中是可用的。隨著可加壓壓縮氣體箱24」中的壓力下降至145巴以下，以非燃燒式壓縮氣體膨脹模式操作的ICE將開始失去某些能力；例如，最高車速可開始下降。然而，小於145巴的壓縮空氣可用以在低於全速下在更大距離內對車輛10」'提供動力。如果需要全速且可加壓壓縮氣體箱24」中的壓力低於約145巴，那麼ICE可以切換至內燃模式。

圖3描繪了根據本發明的由雙模式熱機70'提供動力的車輛10」的示例。雙模式熱機70'具有內燃操作模式以通過液體燃料52的燃燒對車輛10」提供原動力。雙模式熱機70'還具有非燃燒式壓縮氣體膨脹模式。在非燃燒式壓縮氣體膨脹模式中，雙模式熱機70'通過壓縮非燃料氣體62的非燃燒膨脹對車輛10」提供動力。

車輛10」具有包括液體燃料箱26的雙態箱20」，該液體燃料箱26用於接收液體燃料52、容納液體燃料52並且供給液體燃料52以在雙模式熱機70'中燃燒。雙態箱20」還具有由壁25'界定的可加壓非燃料壓縮氣體箱24'。可加壓非燃料壓縮氣體箱24'用於接收壓縮非燃料氣體62、容納壓縮非燃料氣體62並且供給壓縮非燃料氣體62以按照非燃燒式壓縮氣體膨脹模式對雙模式熱機70'提供動力。外殼28圍封可加壓非燃料壓縮氣體箱24'並且界定液體燃料箱26的內部空間27。壁25'與內部空間27流體連通。內部空間27用於容納可加壓非燃料壓縮氣體箱24'。

圖3描繪了從雙模式熱機70'流至排氣後處理系統57的排氣72。壓縮非燃料氣體62的部分可以從可加壓非燃料壓縮氣體箱24'輸送至排氣後處理系統以用作氮氧化物(NOx)的選擇性催化還原的反應劑。在另一個示例中，空氣可以從可加壓非燃料壓縮氣體箱24'輸送至排氣後處理系統57以使空氣與未燃燒碳氫化合物發生反應以將催化劑加熱至起燃溫度或用於顆粒過濾器53的煤煙再生.在示例中，顆粒過濾器53是柴油或汽油顆粒過濾器。在又另一示例中，空氣可以從可加壓非燃料壓縮氣體箱24'輸送至排氣後處理系統57以在雙模式熱機70'以雙模式熱機70'的最大動力的預定百分比操作時將催化劑冷卻。

如圖4中描繪，在雙態箱20」的示例中，液體燃料箱26可以是可加壓液體燃料箱26'。雙態箱20」可以進一步包括壓力調節器29以利用來自可加壓非燃料壓縮氣體箱24'的壓縮非燃料氣體62將可加壓液體燃料箱26'的內部空間27加壓至液體燃料輸送壓力。可加壓液體燃料箱26'的內部空間27中的壓縮非燃料氣體62用以將液體燃料52推向雙模式熱機70」用於燃燒。

在本發明的車輛10」的示例中，雙模式熱機驅動車輛10」可以具有液體加燃料模式。如圖4中描繪的示例中所示，當雙模式熱機驅動車輛10」處於液體加燃料模式中時，液體區分排氣閥35可選擇性地將液體燃料箱26的內部空間27的缺量部分23排放至蒸汽回收系統33。截止閥34與可加壓非燃料壓縮氣體箱24'和壓力壓力調節器29流體連通以雙模式熱機驅動車輛10」處於液體加燃料模式中時可選擇性地防止壓縮非氣體62從可加壓非燃料壓縮氣體箱24'流出進入液體燃料箱26的內部空間27中。

圖3和圖4中描繪的示例具有與液體燃料箱26流體連通的液體加燃料埠65以可選擇性地連接液體加燃料噴嘴63來從液體加燃料噴嘴63中接收液體燃料52。壓縮非燃料氣體埠67'與可加壓非燃料壓縮氣體箱24'流體連通以可選擇性地連接壓縮非燃料氣體再填充噴嘴86以從壓縮非燃料氣體再填充噴嘴86中接收壓縮非燃料氣體62。壓縮非燃料氣體供給管88用於將壓縮非燃料氣體62從可加壓非燃料壓縮氣體箱24'輸送至雙模式熱機70'。液體燃料供給管54用於將液體燃料52從液體燃料箱26'輸送至雙模式熱機70'。

圖5描繪了用於熱機驅動車輛10」'的雙態箱20」的示例。雙態箱20」包括液體燃料箱26的以接收液體燃料52、裝有液體燃料52並且供給液體燃料52以在熱機70」中燃燒。可加壓壓縮氣體箱24」是由壁25'界定。可加壓壓縮氣體箱24」用於接收壓縮氣體32、裝有壓縮氣體32並且供給壓縮氣體32以給熱機70」提供動力。雙態箱20」包括圍封可加壓壓縮氣體箱24」並且界定液體燃料箱26的內部空間27的外殼28。壁25'與內部空間27流體連通。內部空間27裝有可加壓壓縮氣體箱24」。

如圖5中描繪，在本發明的示例中，液體燃料箱26用於經由與流體燃料箱26流體連通的液體加燃料埠65從液體加燃料噴嘴63中接收液體燃料52。可加壓壓縮氣體箱24」用於經由與可加壓壓縮氣體箱24」流體連通的壓縮氣體再填充埠64從壓縮氣體再填充噴嘴69中接收壓縮氣體32。壓縮氣體出氣口71用於將壓縮氣體32從可加壓壓縮氣體箱24」輸送至壓縮氣體供給管83以將壓縮氣體32輸送至熱機70」。液體燃料出氣口61用於將液體燃料52從液體燃料箱26輸送至液體燃料供給管54以將液體燃料52輸送至熱機70」用於燃燒。

如圖5A所示，雙態箱20」可操作地連接至熱機70」，該熱機70」具有內部燃燒操作模式以通過液體燃料52的燃燒向車輛10」』提供原動力。熱機70」具有非燃燒式壓縮氣體膨脹模式，其中熱機70」通過壓縮氣體32的非燃燒膨脹向車輛10」』提供動力。在圖5A所示的示例中，壓縮氣體32為壓縮非燃料氣體62。在圖5A所示的示例中，熱機70」為雙模式熱機70』。在一個示例中，通過壓縮氣體32的非燃燒膨脹向車輛10」』提供的動力可以用於從靜止啟動車輛10」』的運動，並繼續提供原動力直至預定時間或距離閾值。因此，雙模式熱機70』可以用於非燃燒式壓縮氣體膨脹模式用於停止-起行的交通。應當注意，當雙模式熱機70』以非燃燒式壓縮氣體膨脹模式操作時無壓縮衝程，並且無需接合用於停止-啟動操作的電啟動器。

圖6描述了根據本發明的具有可加壓液體燃料箱26』的雙態箱20」。雙態箱20」包括壓力調節器29用以採用來自可加壓壓縮氣體箱24」的壓縮氣體32將可加壓液體燃料箱26』的內部空間27加壓到液體燃料輸送壓力。可加壓液體燃料箱26』的內部空間27中的壓縮氣體32用以將液體燃料52推向熱機70」用於燃燒。在圖6中，壓縮氣體32可以為壓縮非燃料氣體62、壓縮氣相燃料22或壓縮非燃料氣體62和壓縮氣相燃料22的混合物。壓縮氣體32在一段時間可以為壓縮非燃料氣體62，在另一段時間為壓縮氣相燃料22。

例如，如圖6所示的雙模式箱20」可以將液體燃料52和氣相燃料22提供到熱機70」，該熱機70」為IEC70用以通過液體燃料52和氣相燃料22的燃燒將原動力提供到車輛10」』。氣相燃料22可以為用於向熱機70」、ICE70提供動力的壓縮氣體。雙態箱20」可包括與可加壓壓縮氣體箱24」流體連通的壓縮非燃料氣體埠67以選擇性地與壓縮非燃料氣體源68連接從而從壓縮非燃料氣體源68接收壓縮非燃料氣體62。壓縮非燃料氣體62可以為壓縮氣體32用以當ICE70由液體燃料52提供動力時將可加壓液體燃料箱26』的內部空間27加壓至液體燃料輸送壓力。

如圖6所示，雙態箱20」的示例可具有液體加燃料模式當雙態箱20」處於液體加燃料模式時，液體區分排氣閥35選擇性地將可加壓液體燃料箱26』的內部空間27的缺量部分23排氣至蒸汽回收系統33。截止閥34與可加壓壓縮氣體箱24」和壓力調壓器29流體連通以當雙態箱20」處於液體加燃料模式時選擇性地防止壓縮氣體32從可加壓壓縮氣體箱24」流出進入可加壓液體燃料箱26』的內部空間27。

圖7是描述操作如圖3所示的雙模式熱機驅動車輛10」的方法的流程圖。在附圖標記110處，方法100包括當可加壓非燃料壓縮氣體箱24』中的非燃料氣體壓力大於約145巴時採用壓縮非燃料氣體62為車輛10」提供動力。在附圖標記120處，方法100包括當可加壓非燃料壓縮氣體箱24』中的非燃料氣體壓力小於約145巴時將來自可加壓非燃料壓縮氣體箱24』的非燃料氣體62輸送到排氣後處理系統57。在一個示例中，輸送來自附圖標記120處所示的可加壓非燃料壓縮氣體箱24』的非燃料氣體62可包括將氧氣輸送到排氣後處理系統57作為選擇性催化還原氮氧化物的反應劑。氧氣可以為氣體混合物的成分。例如，氧氣為空氣的成分。在一個示例中，輸送來自附圖標記120處所示的可加壓非燃料壓縮氣體箱24』的非燃料氣體62可包括將空氣輸送到排氣後處理系統57以將空氣與未燃燒的碳氫化合物反應用以將催化劑加熱到點火溫度，或者用於顆粒過濾器的菸灰再生。在又一個示例中，輸送來自附圖標記120處所示的可加壓非燃料壓縮氣體箱24』的非燃料氣體62可包括當雙模式熱機在雙模式熱機的最大動力的預定百分比下操作時將空氣輸送到排氣後處理系統57以冷卻催化劑。

對於來自可加壓非燃料壓縮氣體箱24』的非燃料氣體62，存在許多用途。例如，非燃料氣體62可以用於冷卻發動機艙或發動機艙部件以操作氣動致動器，或者以向ICE70補充正常的抽吸或升壓吸入氣體。

圖8是描繪了根據本發明的可加壓壓縮氣體箱的半示意圖。可加壓壓縮氣體箱24」、可加壓非燃料壓縮氣體箱24』和可加壓氣相燃料箱24裝配在由殼體28限定的內部空間中。殼體28可具有不規則的表面輪廓以裝配到車輛10、10』、10」、10」』中。例如，雙燃料箱20、20』，雙態箱20」可佔據通常由車輛的汽油箱佔據的車身底座位置。為了增加可加壓壓縮氣體箱24」、可加壓非燃料壓縮氣體箱24』和可加壓氣相燃料箱24的容量，箱24、24』、24」可以為共形箱。共形箱可具有不規則輪廓，然而，在壓力容器中，不規則輪廓可降低強度，並由此降低箱24、24』、24」的容量。如圖8所示，箱24、24』、24」可以為彼此流體連通的多個箱子單元21。箱24、24』、24」還可為單個箱子單元21。

在整個說明書中對「一個示例」、「另一個示例」、「示例」等的引用指的是與示例結合描述的特定元件(例如，特徵、結構和/或特性)，該示例包含在本文所述的至少一個示例中，並可以或不可以存在於其他示例中。此外，應當理解，任何示例的所描述的元件可以在各種示例中以任何合適的方式合併，除非上下文另外清楚地指出。

應當理解，本文提供的範圍包括所述範圍以及所述範圍內的任何值或子範圍。例如，約2巴至約50巴的範圍可以解釋為不僅包括約2巴至約50巴的明確說明的限制，還包括單個值，比如5巴、10巴、15巴等，以及子範圍，比如約10巴至約18巴；約15巴至約19.5巴等。此外，當「約」用於描述一個值時，其指的是涵蓋所述值的最小變化(達+/-10％)。

在對本文所公開示例進行描述和要求權利保護時，單數形式「一」、「一個」和「該」包括複數對象，除非上下文另外清楚地說明。

儘管已經詳細描述的若干示例，但應當理解可以改變所公開的示例。因此，應將前述描述認為是非限制性的。