汽車中的爆震抑制流體分離器的控制的製作方法
2023-05-27 07:13:51
專利名稱：汽車中的爆震抑制流體分離器的控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及在車上分離提供給汽車的燃料混合物的方法和系統。
背景技術：
發動機可以使用各種形式的燃料供給以提供在每個汽缸中燃燒所需的燃料量。一種類型的燃料供給對每個汽缸使用進氣道噴射器來向相應的汽缸供給燃料。還有另一種類型的燃料供給對每個汽缸使用直接噴射器。
此外，已提出了使用不止一種類型的燃料噴射的發動機。例如，海伍德(Heywood)等人的標題為「使用直接乙醇噴射的高渦輪增壓汽油/乙醇發動機中的爆震抑制的計算」(Calculations of Knock Suppression in Highly TurbochargedGasoline/Ethanol Engines Using Direct Ethanol Injection)和「直接噴射乙醇增壓的汽油發動機以有效成本降低油依賴性和CO2排放的生物燃料的槓桿作用」(Direct Injection Ethanol Boosted Gasoline EngineBiofuel Leveraging forCost Effective Reduction of Oil Dependence and CO2 Emissions)的論文就是一個例子。具體來說，海伍德等人的論文描述了直接噴射乙醇來改進進氣冷卻效應，同時依賴於進氣道噴射的汽油在驅動循環上提供大部分燃燒的燃料。由於和汽油相比乙醇具有更高的蒸發熱，乙醇提供增加的辛烷值和增加的進氣冷卻，從而降低增壓和/或壓縮比的爆震限制。此外，可以用水與乙醇混合和/或作為乙醇的替換。上述方法旨在改進發動機燃料經濟並增加對可再生燃料的利用。
發明內容
上述方法的一個問題是要求用戶始終提供分離的燃料(如，汽油和乙醇)可能會很麻煩並且阻礙這樣的燃料經濟改進技術的推廣。
因此，提供了一種用於路上行駛的汽車的方法。所述方法包括接收燃料混合物，所述混合物至少包含部分酒精；在所述汽車上將所述燃料混合物分離為至少第一和第二混合物，其中所述第一混合物具有比所述第二混合物更高的酒精濃度；變化所述分離的操作參數以響應汽車操作條件；及以不同的比率向所述發動機供給第一個量的所述第一混合物和第二個量的所述第二混合物。
根據另一方面，提供了一種用於路上行駛的汽車的系統。所述系統包括配置為接收燃料混合物的箱，所述混合物至少包含部分酒精；連接到所述箱並配置為在所述汽車上將所述燃料混合物分離為至少第一和第二混合物的分離器，其中所述第一混合物具有比所述第二混合物更高的酒精濃度；配置為變化所述分離器的操作參數以響應汽車操作條件的控制系統；及配置為以不同的比率向所述發動機供給第一個量的所述第一混合物及第二個量的所述第二混合物的供給系統。
根據裡又另一方面提供了一種用於路上行駛的汽車的方法。所述方法包括接收燃料混合物，所述混合物至少包含部分酒精；在所述汽車上將所述燃料混合物分離為至少第一和第二混合物，其中所述第一混合物具有比所述第二混合物更高的酒精濃度；變化所述分離的操作參數以響應汽車操作條件；及在不同的發動機負荷條件下以不同的比率向所述發動機供給第一個量的所述第一混合物和第二個量的所述第二混合物，其中向汽缸的直接噴射器供給所述第一混合物，而向汽缸的進氣道噴射器供給所述第二混合物，且其中調整所述第一和第二個量中的一個以響應所述分離。
以此方式，可以使用車載上的分離來利用現有的酒精混合物，如E10(10％的乙醇和90％的汽油)或E85(85％的乙醇和15％的汽油)，同時利用例如以變化的比率(和/或通過不同的噴射器)向發動機供給混合物中的成分。由於用戶可以提供變化的濃度(如，有時提供E85、有時提供E10，和/或有時提供汽油)，可以基於操作條件，如基於燃料箱中的組分或發動機使用速率來調整分離器。此外，可以基於發動機操作條件和環境條件進行調整。因此，可以通過針對發動機的特定操作條件、環境及用戶提供的燃料混合物調整分離器操作來提高總體性能。
圖1示出一般的發動機系統；圖2示出部分發動機視圖；圖3示出具有渦輪增壓器的發動機；圖4示出示例燃料系統布局；圖5-6示出示例啟用例程；圖7、9和11示出可選的燃料系統布局；圖8、10和12示出用於各種燃料系統布局的分離器控制例程；圖13、14和15示出示例參數變化的圖表；圖16示出用於控制發動機和分離器操作的示例例程；及圖17-20是示出有關圖16的示例操作的圖表。
具體實施例方式
圖1通過箭頭8示出發動機10接收多種物質(1、2、...、N)的供給。各種物質可以包括多種不同的燃料混合物、噴射位置，或各種其他替換。在一個示例中，可以向發動機供給具有不同的汽油和/或酒精和/或水濃度的多種不同的物質，且可以用混合的狀態供給，或分離地供給。此外，不同物質的相對量和/或比率可以由控制器6可變地控制以響應操作條件，操作條件可以通過傳感器4提供。
在一個示例中，不同的物質可以表示具有不同酒精水平的不同燃料，包括一種物質是汽油，而另一種物質是乙醇。在另一個示例中，發動機10可以使用汽油作為第一物質，而使用包含酒精的燃料，如乙醇，甲醇，汽油和乙醇的混合物(如，約含85％乙醇和15％汽油的E85)，汽油和甲醇的混合物(如，約含85％甲醇和15％汽油的M85)，酒精和水的混合物，酒精、水和汽油的混合物等作為第二物質。在又一個示例中，第一物質可以是比作為第二物質的汽油酒精混合物具有低酒精濃度的汽油酒精混合物。
在另一個實施例中，可以對不同的物質使用不同的噴射器位置。例如，可以使用單個噴射器(如，直接噴射器)來噴射兩種物質的混合物(如，汽油和酒精/水混合物)，其中兩種物質在混合物中的相對量或比率可以例如通過由控制器6經混合閥(未示出)做出的調整在發動機操作期間變化。在又一個示例中，對每個汽缸使用兩個不同的噴射器，如進氣道和直接噴射器，每個都隨著操作條件變化以不同的相對量噴射一種不同的物質。在又一個實施例中，除不同的位置和不同的物質之外，還可以使用不同尺寸的噴射器。在又一個實施例中，可以使用兩個具有不同噴射模式和/或指向的進氣道噴射器。
如下文中更詳細的說明，可以通過各種上述系統獲得各種有利結果。例如，當使用汽油和包含酒精的燃料(如，乙醇)兩者時，可以調整燃料的相對量以利用酒精燃料增加的進氣冷卻(如，通過直接噴射)降低爆震性(如，響應於爆震或增加的負荷、增加酒精和/或水的相對量)。此現象與增加的壓縮比和/或增壓和/或發動機尺寸縮小相組合，可用於獲得較大的燃料經濟效益(通過減少發動機的爆震限制)，同時允許發動機在不受爆震約束時在較低負荷下用汽油操作。然而，在燃燒包含酒精的混合物時，預點火的可能性在特定的操作條件下會增加。這樣，在一個示例中，通過使用水或將水混合到包含酒精的物質中，可以降低預點火的可能性，同時仍然利用包含酒精的燃料其增加的進氣冷卻效應及可用性。
現參考圖2，該圖示出了多汽缸發動機中的一個汽缸，以及與該汽缸連接的進氣和排氣路徑。此外，圖2示出了至少一個汽缸的每汽缸具有兩個燃料噴射器的一個示例燃料系統。在一個實施例中，發動機的每個汽缸都可以具有兩個燃料噴射器。這兩個噴射器可以配置在不同位置，如兩個進氣道噴射器，一個進氣道噴射器和一個直接噴射器(如圖2所示)，或其它情形。
同樣，如在此所述，存在汽缸、燃料噴射器，及排氣系統的各種配置，以及燃料蒸氣抽取系統和排氣氧傳感器位置的各種配置。
繼續圖2，該圖示出了多噴射系統，其中發動機10具有直接和進氣道燃料噴射兩者，以及火花點火。包括多個燃燒室的內燃機10由電子發動機控制器12控制。發動機10的燃燒室30如圖所示包括燃燒室壁32，活塞36位於其中並連接到曲軸40。起動機電動機(未示出)可以經由飛輪(未示出)連接到曲軸40，或者也可以使用直接發動機起動。
在一個具體示例中，如果需要的話，活塞36可以包括凹陷或槽(未示出)來幫助形成分層的進氣和進燃料。然而，在可選實施例中，可以使用平坦的活塞。
燃燒室或汽缸30如圖所示經由相應的進氣門52a和52b(未示出)及排氣門54a和54b(未示出)與進氣歧管44和排氣歧管48連通。這樣，雖然可以使用每汽缸四個氣門，在另一示例中，也可以使用每汽缸單個進氣門和單個排氣門。在又一個示例中，可以使用每汽缸兩個進氣門和一個排氣門。
燃燒室30可以具有壓縮比，這是當活塞36位於下止點與位於上止點時的容積比率。在一個示例中，壓縮比約為9∶1。然而，在使用不同燃料的某些示例中，壓縮比可以增加。例如，它可以在10∶1和11∶1、或11∶1和12∶1之間，或更高。
燃料噴射器66A如圖所示直接連接到燃燒室30以根據通過電子驅動器68A從控制器12接收的信號脈衝寬度dfpw成比例地直接向其中供給噴射的燃料。雖然圖2將噴射器66A示出為側置噴射器，它也可以位於活塞上方，如靠近火花塞92的位置。由於某些基於酒精的燃料更低的揮發性，這樣的位置可以改進混合及燃燒。或者，噴射器可以位於上方並靠近進氣門來改進混合。
燃料和/或水可以由包括燃料箱、燃料泵，及燃料導管的高壓燃料系統(未示出)供給到燃料噴射器66A。或者，燃料和/或水可以由單級燃料泵以較低壓力供給，在此情況，直接燃料噴射正時在壓縮行程期間會比使用高壓燃料系統的情況受到更多限制。此外，雖然未示出，一個(或多個)燃料箱可以(每個)都具有向控制器12提供信號的壓力傳感器。
燃料噴射器66B如圖所示連接到進氣歧管44，而不是直接連接到汽缸30。燃料噴射器66B根據通過電子驅動器68B從控制器12接收的信號脈衝寬度pfpw成比例地供給噴射的燃料。注意，單個驅動器68可用於兩個燃料噴射系統，或可以使用多個驅動器。燃料系統164也如圖示意性所示向進氣歧管44供給蒸氣，其中燃料系統164還連接到噴射器66A和66B(雖然未在本圖中示出)。可以使用各種燃料系統和燃料蒸氣抽取系統。
進氣歧管44如圖所示經由節氣板62與節氣門體58連通。在此具體示例中，節氣板62連接到電動機94，使得橢圓形的節氣板62的位置通過電動機94由控制器12控制。此配置可以稱為電子節氣門控制(ETC)，這也可以在怠速控制期間使用。在可選實施例中(未示出)，平行於節氣板62安排旁路空氣通道，以通過定位於空氣通道內的怠速控制旁通閥在怠速控制期間控制吸入的空氣流。
排氣傳感器76如圖所示連接到催化轉化器70上遊的排氣歧管48(其中傳感器76可以對應於各種不同的傳感器)。例如，傳感器76可以是用於提供排氣空燃比的指示的多種已知傳感器中的任何一種，如線性氧傳感器、UEGO、雙態氧傳感器、EGO、HEGO，或HC或CO傳感器。在此具體示例中，傳感器76是向控制器12提供信號EGO的雙態氧傳感器，控制器12將信號EGO轉換為雙態信號EGOS。信號EGOS的高電壓狀態指示排氣處於濃化學計量，而信號EGOS的低電壓狀態指示排氣處於稀化學計量。信號EGOS可在反饋空燃比控制期間有利地使用以將平均空燃比在化學計量的均勻操作模式期間保持在化學計量。空燃比控制的進一步細節包括在本文中。
無分電器點火系統88經由火花塞92向燃燒室30提供點火火花以響應來自控制器12的點火提前信號SA。
控制器12可以通過控制噴射正時、噴射量、噴射模式等等，使燃燒室30以各種燃燒模式運作，包括均勻空燃比模式和/或分層空燃比模式。此外，可以在燃燒室中形成組合的分層和均勻混合氣。在一個示例中，可以通過在壓縮行程期間操作噴射器66A來形成分層。在另一示例中，可以通過在進氣行程期間運行噴射器66A和66B中的一個或兩者(可以是開啟氣門噴射)來形成均勻的混合氣。在又一個示例中，可以在進氣行程期間之前來運行噴射器66A和66B中的一個或兩者(可以是關閉氣門噴射)來形成均勻的混合氣。在又一個示例中，可以在一個或多個行程期間(如，進氣、壓縮、排氣等)使用來自噴射器66A和66B中的一個或兩者的多次噴射。更多的示例可以是在不同的條件下使用不同的噴射正時和混合氣形成，如下文所述。
控制器12可以控制由燃料噴射器66A和66B供給的燃料的量，使得可以選擇燃燒室30中均勻的、分層的、或均勻/分層組合的空燃混合氣處於化學計量法、比化學計量法濃的值，或比化學計量法稀的值。
雖然圖2對該汽缸示出了兩個噴射器，一個是直接噴射器而另一個是進氣道噴射器，但在可選實施例中，可以例如對該汽缸使用兩個進氣道噴射器，同時使用開啟氣門噴射。
排放控制裝置72如圖所示位於催化轉化器70下遊。排放控制裝置72可以是三元催化劑或NOx捕集器，或其組合。
控制器12如圖所示為微計算機，包括微處理器單元102、輸入/輸出埠104、用於可執行程序和校準值的電子存儲介質，在此具體示例中如圖所示為只讀存儲器晶片106、隨機存取存儲器108、保活存儲器110，及常規數據總線。除了先前討論的那些信號之外，控制器12如圖所示還從連接到發動機10的傳感器接收各種信號，包括來自連接到節氣門體58的質量空氣流量傳感器100的吸入質量空氣流量(MAF)測量值、來自連接到冷卻套管114的溫度傳感器112的發動機冷卻劑溫度(ECT)、來自連接到曲軸40的霍爾效應傳感器118的齒面點火傳感器信號(PIP)，及來自節氣門位置傳感器120的節氣門位置(TP)、來自傳感器122的絕對歧管壓力信號(MAP)、來自爆震傳感器182的爆震指示，及來自傳感器180的絕對或相對環境溼度指示。發動機轉速信號RPM由控制器12通過信號PIP以常規方式生成，而來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP提供進氣歧管中的真空或壓力的指示。在化學計量的操作期間，此傳感器可以給出發動機負荷的指示。此外，此傳感器和發動機轉速一起可以提供吸入汽缸中的進氣(包括空氣)的估計。在一個示例中，傳感器118也被用作發動機轉速傳感器，它在曲軸每旋轉一周時產生預定數量的等距脈衝。
繼續圖2，示出了可變凸輪正時系統。具體來說，發動機10的凸輪軸130如圖所示與搖臂132和134互相連接以驅動進氣門52a、52b和排氣門54a、54b。凸輪軸130直接連接到殼體136。殼體136形成具有多個齒138的齒輪。殼體136以液壓方式經由正時鏈條或皮帶(未示出)連接到曲軸40。因此，殼體136和凸輪軸130以基本上等於曲軸的速度旋轉。然而，通過如本文稍後將描述的液壓連接的處理，凸輪軸130相對曲軸40的位置可以由提前室142和延遲室144中的液壓改變。通過允許高壓液壓液進入提前室142，凸輪軸130和曲軸40之間的相對關係提前。因此，進氣門52a、52b和排氣門54a、54b相對於曲軸40在早於正常的時間開啟和關閉。類似地，通過允許高壓液壓液進入延遲室144，凸輪軸130和曲軸40之間的相對關係延遲。因此，進氣門52a、52b和排氣門54a、54b相對於曲軸40在晚於正常的時間開啟和關閉。
雖然此示例示出了其中同時控制進氣和排氣門正時的系統，也可以使用可變進氣凸輪正時、可變排氣凸輪正時、雙獨立可變凸輪正時，或固定凸輪正時。此外，也可以使用可變氣門升程。此外，可以使用凸輪軸齒面切換以在不同的操作條件下提供不同的凸輪齒面。再此外，氣門機構可以是指形從動滾輪、直接作用機械止回閥、機電、電液壓，或搖臂的其它選項。
繼續可變凸輪正時系統，連接到殼體136和凸輪軸130的齒138允許經由向控制器12提供信號VCT的凸輪正時傳感器150測量相對凸輪位置。齒1、2、3和4較佳地用於測量凸輪正時並等距排列(例如，在V-8雙組發動機中，彼此間隔90度)，而齒5較佳地用於汽缸標識，如下文稍後所述。此外，控制器12發送控制信號(LACT、RACT)到常規的電磁閥(未示出)來控制進入提前室142、延遲室144的液壓液的流量，或不讓液壓液進入兩者。
可以用各種方式測量相對凸輪正時。總的來說，PIP信號的上升沿與從殼體136上的多個齒138中的一個接收信號之間的時間或旋轉角度給出了相對凸輪正時的測量。對V-8發動機的具體示例來說，對兩個汽缸組和五齒的齒輪，每周旋轉中四次接收特定組的凸輪正時的測量，及用於汽缸標識的額外信號。
傳感器160也可以經由信號162提供排氣中的氧濃度的指示，這向控制器12提供指示O2濃度的電壓。例如，傳感器160可以是HEGO、UEGO、EGO，或其它類型的排氣傳感器。還應注意，如上文中參考傳感器76所述的那樣，傳感器160可以對應於各種不同的傳感器。
如上所述，圖2僅示出了多汽缸發動機中的一個汽缸，且應理解，每個汽缸都具有其自身的一組進氣/排氣門、燃料噴射器、火花塞等等。
同樣，在此處描述的示例實施例中，發動機可以連接到用於起動發動機的起動機電動機(未示出)。例如，可以在駕駛員旋轉駕駛杆上的點火開關中的鑰匙時，開動起動機電動機。在發動機起動之後，例如發動機10在預定時間之後達到預定轉速時，起動機分離。此外，在所公開的實施例中，可以使用排氣再循環(EGR)系統來導引所需部分的排氣經由EGR閥(未示出)從排氣歧管48到進氣歧管44。或者，可以通過控制氣門正時將一部分燃燒氣體保留在燃燒室中。
如上所述，發動機10可以用各種模式操作，包括稀混合氣操作、濃混合氣操作，及「接近化學計量」的操作。「接近化學計量」的操作可以指在化學計量空燃比周圍振蕩的操作。通常，此振蕩操作通過來自排氣氧傳感器的反饋來控制。在此接近化學計量操作模式中，發動機可以在約一個化學計量空燃比的範圍內操作。
可以使用反饋空燃比控制來提供接近化學計量操作。此外，來自排氣氧傳感器的反饋可用於在稀混合氣和濃混合氣操作期間控制空燃比。特別地，開關類型的加熱型排氣氧傳感器(HEGO)可用於通過基於來自HEGO傳感器的反饋和所需空燃比控制噴射的燃料(或通過節氣門或VCT的附加空氣)進行化學計量空燃比控制。此外，UEGO傳感器(它相對於排氣空燃比提供基本上線性的輸出)可用於在稀混合氣、濃混合氣和化學計量操作期間控制空燃比。在此情況，燃料噴射(或通過節氣門或VCT的附加空氣)可以基於所需空燃比和來自傳感器的空燃比進行調整。此外，如果需要的話，可以使用單個汽缸空燃比控制。可以取決於各種因素，對噴射器66A、66B或其組合做出調整，以控制發動機空燃比。
還應注意，可以使用各種方法來保持所需的扭矩，如調整點火正時、節氣門位置、可變凸輪正時位置、排氣再循環量，及執行燃燒的汽缸的數量。此外，可以對每個汽缸單獨調整這些變量，以在所有的汽缸之間保持汽缸平衡。雖然未在圖2中示出，但發動機10可以連接到各種增壓裝置，如發動機增壓器或渦輪增壓器，如圖3所示。在增壓的發動機上，可以通過調整廢氣閥和/或壓縮機旁通閥來保持所需扭矩。
現具體參考圖3，示例發動機10如圖所示具有四個直列汽缸。在一個實施例中，發動機10可以具有渦輪增壓器319，渦輪增壓器319包括連接到排氣歧管48中的渦輪319a及連接到進氣歧管44中的壓縮機319b。雖然圖3並未示出中間冷卻器，但可以可選地使用它。渦輪319a通常經由驅動軸315連接到壓縮機319b。可以使用各種類型的渦輪增壓器和排列。例如，可以使用可變幾何渦輪增壓器(VGT)，其中在發動機操作期間可以通過控制器12來變化渦輪和/或壓縮機的幾何形狀。或者，或附加地，當可變截面噴嘴在排氣管中位於渦輪的上遊和/或下遊(和/或在進氣管中位於壓縮機的上遊或下遊)，用於變化通過渦輪增壓器的氣體的有效膨脹或壓縮時，可以使用可變噴嘴渦輪增壓器(VNT)。可以使用另一些方法來變化排氣中的膨脹，如排氣洩壓閥。圖3示出了渦輪319a周圍的示例旁通閥320和壓縮機319b周圍的示例旁通閥322，其中每個閥都通過控制器12控制。如上所述，這些閥可以位於渦輪或壓縮機內，或可以是可變噴嘴。
同樣，如果需要的話，也可以使用雙渦輪增壓器排列，和/或順序渦輪增壓器排列。在多個可調整的渦輪增壓器和/或級的情況下，取決於操作條件(如，歧管壓力、空氣流量、發動機轉速等等)，可能需要通過渦輪增壓器變化膨脹的相對量。此外，如果需要的話，可以使用機械或電力驅動的發動機增壓器。
現參考圖4，提供了具有包含燃料加注蓋412的燃料箱410的示例燃料系統布局。該系統配置為通過加注管414接收燃料混合物並使其進入箱410，其中混合物可以是汽油/酒精混合物，汽油/酒精/水混合物，或此處所指出的各種其他混合物，包括例如E10這樣的汽油/乙醇混合物。箱410中的燃料混合物可以通過輸送系統輸送到分離系統420，如雙箭頭416所示。輸送系統416可以是單向輸送，如將燃料混合物輸送到分離器，或可以支持雙向輸送，如從分離器或下遊燃料系統回到箱410的回管。輸送系統416可以包括泵、閥、多根分離管，或各種其他組件，如下文中參考示例系統所述。此外，雖然圖4示出輸送系統416在箱410的外部，但系統416以及分離器420和/或輸送系統422的部分也可以位於或至少部分位於箱410內。
分離器420可以包括各種類型的分離器系統。分離器系統一般配置為允許存儲在箱410中的燃料混合物的兩種或多種成分分離並被單獨提供給發動機10，從而容許使用多噴射或混合噴射策略的優點而不會給用戶帶來不便。在一個示例中，分離器系統利用水萃取法從不溶於水的燃料成分中去除可溶於水的燃料成分(如，甲醇、乙醇等)。例如，可以將萃取液(如，水)添加到汽油/酒精混合物中，且以不同水平汲取混合物，其中較低的水平提供富含酒精的物質。在另一個示例中，可以在箱中使用屏障，其中該屏障至少部分地由這樣的一件或多件材料製成，這種材料選擇性地以比輸送混合燃料中的另一成分更高的速率輸送混合燃料中的一種成分，或甚至完全排除混合燃料中的另一成分。在又一個示例中，屏障可以是離子傳導或電傳導的聚合物或無機物材料，聚吡咯是導電性聚合物的一個示例。可以分別使用電壓和/或電流供給來跨越和/或通過膜施加電壓和/或電流。以此方式，可以按例如不同的速率和/或濃度萃取物質。
繼續圖4，該圖還示出了位於分離器420和發動機(未示出)之間的下遊輸送系統422。輸送系統422如圖所示包括至少兩根連接到分離器並取決於操作條件將不同量的具有不同組分的物質輸送到發動機的分離管。在向發動機供給不同物質時，輸送系統422可以使不同的物質保持分離，或可以混合各物質將它們一起供給發動機，如圖4所示。此外，像系統416那樣，系統422也可以包括泵、閥、多根分離管、回管，或各種其他組件，如下文中參考示例系統所述。
現參考圖5-6，提供用於控制系統操作，特別是用於啟用和控制分離器操作的示例例程。在510，例程讀取操作條件，如在下文中在圖6中提到的那些。然後，在512，例程確定用於啟用分離器操作的條件是否滿足。可以使用各種條件來啟用/禁用分離器操作，如參考圖6所示的那些。如果對512的回答為否，則例程進入514來禁用分離器操作，然後如果分離器尚未被停用，則在516關閉分離器。關閉可以是逐步的關閉，或可以取決於操作條件調整。例如，在某些條件下，可以使用比其他條件更加快速的關閉。
如果對512的回答為是，則例程進入518以啟用分離器操作。然後如果分離器尚未運行，則例程在520執行起動程序來起用分離器。起動程序可以包括暖機操作以發起分離，且可以取決於發動機、汽車和/或環境操作條件調整。例如，分離器在較暖的環境條件下可以具有更加快速的起動程序。
現參考圖6，描述了分離器啟用的細節。雖然下面的條件可用於啟用/禁用分離器操作，但也可以使用各種其他參數或這些參數的替換組合。在610中，例程首先確定是否已發生或已檢測到分離器劣化。可以按各種方式檢測劣化，如對給定的一組條件基於對測量的分離器操作與期望的操作進行比較。例如，例程可以監視分離器性能、燃料分離率、燃料分離百分比收益，或各種其他參數。如果對610的回答為否，則例程進入612來確定燃料溫度是否超出了分離器操作的範圍。該範圍可以隨著如箱或分離器中的燃料類型的估計，箱或分離器中的相對燃料量，發動機操作條件，或各種其他因素。
如果對612的回答為否，則例程進入614來確定分離器和/或它的任何組件是否超出了分離器操作的溫度範圍。再次，該範圍可以隨著如箱或分離器中的燃料類型的估計，箱或分離器中的相對燃料量，或各種其他因素的操作條件變化。
如果對614的回答為否，則例程進入616來確定在電力驅動的分離器情況下，電功率相關的值與可接受的值或閾值相比結果如何。例如，例程可以確定分離器在當前條件下分離當前的燃料所使用的能量的量是否低於某個閾值。或者，例程可以考慮汽車電池電壓、充電狀態，和/或發電條件。例如，如果電池電壓或充電狀態高於某個閾值，則可以啟用分離器操作。
如果對616的回答為否，則例程進入618來確定箱中的燃料混合物組分是否超出執行分離器操作的所選擇的範圍。例如，如果要分離的特定組分在輸入的燃料中低於特定的相對量，則由於低收益而禁用分離。或者，如果另一種組分高於閾值，則可以由於對分離性能的幹擾而禁用分離。
如果對618的回答為否，則例程進入620來確定在酒精分離的情況下，燃料箱混合物中的酒精濃度是否低於某個閾值。例如，如果酒精在混合物中的量低於閾值，則可以由於酒精可用量低而禁用分離。
如果對620的回答為否，則例程進入622來確定在酒精分離的情況下，酒精需求是否低於某個閾值。例如，如果發動機和/或汽車在不需要分離的酒精混合物，或只有最少量需要的條件下操作，則可以禁用分離。在一個示例中，如果發動機冷卻劑溫度低於最低溫度(如，在冷起動期間)，則可以不使用分離的混合物，從而可以禁用分離器。類似地，如果通過已劣化的分離的噴射系統供給分離的混合物，則可以禁用分離器操作。
接著對610至622中任何一個為是的回答，例程進入626來禁用分離。或者，如果對622的回答為否，則例程進入624來啟用分離器操作。以此方式，可以在汽車操作以及汽車壽命中的劣化的上下文中提供適當的分離器操作。
現參考圖7、9和11，其中示出示例燃料系統，以及用於分離器和/或發動機控制的關聯的控制例程。
具體來說，圖7示出示例燃料系統布局，其中使用分離器720來從箱710中至少包含汽油和乙醇的燃料混合物中至少分離出乙醇。在一個示例中，分離器可以接收具有第一乙醇濃度的汽油/乙醇混合物716作為輸入，並生成兩種輸出的汽油/乙醇混合物(730，732)，一種具有第二乙醇濃度，而另一種具有第三乙醇濃度。在一個示例中，第三乙醇濃度高於第一乙醇濃度，而第一乙醇濃度高於第二乙醇濃度。兩種輸出混合物被饋送給發動機10，例如，輸出730可以饋送給進氣道燃料噴射器(如，66A)，而輸出732可以饋送給直接噴射器(如，66B)。
在一個示例中，可以提供泵750來對混合物716加壓，如虛線所示。作為補充或替換，可以分別在730和732中提供泵752和754。泵可以通過控制器12控制，控制器12還接收各種輸入，如來自傳感器742的信息。此外，除發動機和/或汽車操作外，控制器127還可以控制分離器720。
對於圖7中的示例系統，可以將其有利地用在該種情況下即分離可以生成足夠量的較高酒精濃度的燃料混合物來處理很大一部分發動機和/或汽車操作，且不需要用於混合物730和732之一或兩者的附加存儲箱(雖然如果需要的話也可以添加)。
在此情況，一種用於分離器的可選控制策略可以包括取決於發動機燃料供給需求和操作條件以各種產生/生成速率和/或濃度來操作分離器。在一個實施例中，控制器可以按足以為當前發動機操作條件或當前發動機加燃料需求產生所需的酒精量的方式操作分離器。當前發動機需求可以從發動機控制器確定，或可以從噴射器脈衝寬度和燃料壓力計算。或者，可以使用燃料壓力或其他參數的反饋控制以提供足夠的產生量來滿足需求和保持壓力。
例如，在732中的混合物具有比730中的混合物更高的酒精濃度的情況下，可以控制分離器來響應哪種混合物更具限制性。換句話說，在混合物732的使用比生成/分離更快的情況下，可以調整分離器來增加混合物732的量。類似地，在混合物730的使用比生成/分離更快的情況下，可以調整分離器來增加混合物730的量。在這些情況下，可以使用回管(未示出)將混合物730和/或732的多餘的量返回到箱710中。
如果分離器的瞬時響應比發動機所要求的慢，則可以使用前饋控制，其中基於當前和/或過去的操作條件以及例如自適應學習來計算預測的需求。在另一個示例中，這可以涉及基於最近的需求、早先的需求模式、模糊邏輯等等預測將來的發動機需求。或者，可以一直以比當前所需更高的速率操作分離器(未使用的乙醇經由可選的回管734返回到箱中)。多餘的分離量也可以基於如最近的需求、早先的需求模式、模糊邏輯等的操作條件變化。在又一個實施例中，多餘的分離/生成量可以是對混合物732的當前需求、發動機轉速/負荷/溫度，及其組合的函數。
控制調整的細節水平和/或所需精度可能取決於乙醇分離器的寄生損失。例如，在電力驅動/電力開動的分離器的情況下，如果分離器電功率或其他輸入需求相對較低(如，低於閾值)，則無論何時發動機在運行時都可以操作分離器，或無論何時需要一些乙醇時進行簡單的開/關控制。然而，如果寄生損失較大，則可以使用分離器的二級或三級調製。此外，如果寄生損失仍然更大，則可以使用圖6中更詳細的啟用，並且可以通過以減少的多餘分離及以匹配當前和/或將來預測的操作條件的分離水平進行操作，來使用圖8中的變化的操作以減少損失。
具體來說，參考圖8，像對圖7配置的描述一樣，描述了用於控制分離器操作的例程。在810，例程基於操作條件確定從分離器生成第一和第二混合物所需的生成速率，如上所述，操作條件如發動機需求、加燃料需求、駕駛員輸入，和/或其組合。此外，除了所需的生成速率之外，例程還確定輸出混合物的所需濃度。另外，例程可以確定哪個所需速率在限制相互依存的多種輸出混合物的生成速率。然後，在812，例程調整分離器來提供限制性混合物的所需生成速率(或濃度)中的至少一個。
現參考圖9，提供另一個示例燃料系統，該系統類似於圖7所示，除了兩種輸出混合物930和932中的每一種都具有各自的存儲箱960和962使得生成速率通過發動機使用速率得以緩衝。以此方式，可以提供更加一致的生成速率，從而在選擇的條件下提高生成效率。具體來說，在圖9中，兩個存儲箱960和962(每個都分別在其中具有可選的泵952和954)分別經由管930和920接收來自分離器720的輸出，並向發動機10提供混合物934和936。如上所述，混合物934可以饋送給汽缸的進氣道噴射器，而混合物936可以饋送給發動機10的汽缸中的直接噴射器。
由於具有存儲所生成的兩種混合物的能力，該燃料系統可以用來控制分離器720以提供更高的生成效率，同時提供足夠的生成量以在兩個箱960和962中保持足夠的燃料混合物。
現參考圖10，描述了至少用於控制分離器操作的例程。具體來說，在1010中，例程分別確定對箱960和962中的物質的需求水平。如在本文中所述，需求可以基於當前或預測的發動機加燃料需求、扭矩請求，或各種其他因素。
接下來，在1012，例程分別確定箱960和962所需的加注水平，這可以基於當前的發動機、汽車，和/或環境操作條件。然後，在1014，例程基於所需的加注水平和需求水平調整分離器操作(如，分離器速率、效率，或其他)。例如，可能需要在箱960中提供足夠的燃料(可以是具有比所提供的或箱962中的汽油更低的酒精濃度的汽油)，這對在選擇的條件下改進燃料蒸發和瞬時的空燃比控制來說是較佳的，因此可減少冷起動的排氣排放。例如，在此情況下，分離器控制可以在箱962充分加注時繼續操作分離器，從而使足夠的燃料存儲在箱960中用於下一次冷起動。
作為另一個示例，分離器可以在較高和較低的酒精濃度輸出之間切換產量，以免對箱960或962加注過滿。或可以操作分離器來確保箱962中有足夠的富含酒精的混合物以便可以通過一次或多次全開節氣門加速達到高速公路速度。
現參考圖11，提供了另一個示例燃料系統，該系統類似於圖7和圖9所示，除了兩種輸出混合物中只有一種(932)具有存儲箱962來使得生成速率通過發動機使用速率得以緩衝。以此方式，可以提供更加一致的混合物932的生成速率，從而提高在選擇條件下的生成效率，同時降低系統存儲成本，因為使用壓力調節器1170，例如，使來自其他輸出混合物930的多餘生成物經由管934返回到箱710。
在一個示例中，通過避免使用圖9中的分離的箱，這樣的系統可以減小系統尺寸、成本以及打包空間。
用於圖11的配置的一個示例控制例程在圖12中示出。在一個實施例中，控制例程可以在箱962中保持足夠的具有更高酒精濃度(如，乙醇)的混合物水平來開動發動機以便能通過一次或多次節氣門全開加速達到高速公路速度。再次，可以採取不同的控制動作來應對分離器的尺寸變化和寄生損失。例如，如果分離器需要低電功率或其他輸入，則它可以在無論何時箱962不滿時操作(且可選地具有某些滯後)。
或者，如果寄生損失較高，和/或如果分離器效率是分離速率的函數，則可以採取附加的控制動作。例如，可以使用下文中所述的更複雜的控制來最小化損失。無論效率如何，在無論何時箱962低於閾值時，這可以是接近為空，分離器都可以按最大或增加的分離速率操作。如果寄生損失與分離速率成比例，則可以控制分離器，使得分離速率基本上和箱水平成反比，如圖13所示。如果分離器效率在某些中間的分離速率上最大，如圖14所示，則控制可以最大化或增加在該速率或接近該速率處消耗的時間，如圖15所示。此外，可以使用上述控制的組合。另外，上述對分離速率的控制調整可被轉化為用於通過調整分離器和/或其他操作參數控制一個或多個箱的加注水平的反饋控制例程。
回到圖12，在1210，例程確定或測量箱962的當前箱加注水平。接下來，在1212，例程基於例如包括當前和/或預測條件的操作條件確定對來自箱962的燃料的需求速率。然後，在1214，例程基於所需加注狀態(如，滿、或部分加注)及測量的加注水平之間的差別，以及基於需求速率來調整分離器操作。以此方式，可以考慮發動機需求和箱加注條件兩者，以提供足夠且更加有效的分離。
現具體參考圖16，描述用於例如基於爆震抑制流體的存儲量，如箱962中的水平，調整發動機輸出限制，從而調整爆震抑制流體的使用速率的例程。具體來說，例程調整操作以減少由於爆震抑制流體的突然不可用(如，由於耗盡)而導致的峰值發動機輸出的突然下降。
換句話說，如圖17的圖表所示，在連續的高發動機功率需求的情況下，如果不加選擇地使用次級流體，如爆震抑制流體，則發動機功率的突然下降可能發生。例如，在時間t1之前，足夠的爆震抑制流體可用且被用來啟用高發動機功率的操作。然而，在時間t1，該存儲已耗盡且使用速率受到分離器速率限制(在此假設速率隨著箱中的爆震抑制物質耗盡由於分離器性能下降而下降)。然後，在時間t3，已沒有要分離的物質剩在箱中(如，410，710)。
類似地，在具有間歇性的高發動機輸出需求的另一個示例中，駕駛員同樣可能經歷可用發動機輸出的突然下降，如圖18所示。該圖表示出，爆震抑制流體在時間t6耗盡，且因此在t7，駕駛員突然發現了功率損失。具體來說，在t6之前，表示駕駛員請求的實線和表示由發動機供給的輸出的虛線是對齊的，然而在t7，出現了很大的差別。
在另一個實施例中，例程基於存儲水平調整發動機操作(如，供給汽油和爆震抑制流體，如分離的乙醇)。具體來說，在1610中，例程確定爆震抑制流體的多餘量，如存儲在箱中高於最低水平的量。接下來，在1612，例程確定該多餘量是否小於閾值。如果否，則例程結束。否則，例程進入1614來確定當前條件下的最大發動機扭矩減少量，其中該減少量可以是該多餘量的函數。例如，該減少量可以和該多餘量成正比，其中多餘量越大，則減少量越小，多餘量越小，則減少量越大。此外，所考慮的當前條件可以包括發動機轉速(RPM)、變速器傳動比，及其他。接下來，在1616，例程通過1614的減少量限制發動機扭矩，然後在1618例程基於1616中受限的扭矩值調整噴射量、節氣門角度、增壓量、點火正時、排氣再循環量、凸輪正時和/或氣門正時，及其他。
以此方式，可以提供發動機輸出和汽車性能的逐步下降，從而減少汽車操作者較為反對的突然改變。例如，如圖19所示(該圖示出了類似於圖17的示例)，可以提供完全輸出直到時間t3，然後可以在用盡爆震抑制流體的存儲之前更加逐步地減少，直到時間t4，其中時間t4通常比圖17中的t1更長。再次，在t4之後，分離器性能決定使用速率，直到t5，其時已沒有要分離的物質剩在箱中。類似地，圖20示出類似於圖18的圖表，但使用控制例程在多個間歇性的高功率輸出請求上提供逐步的功率減少。具體來說，在t8和t9之間，及t10和t11之間，提供了逐步的減少。此外，虛線示出駕駛員能夠返回峰值扭矩或接近先前提供的功率。
應理解，在此公開的配置、系統和例程本質上是示例性的，且這些具體實施例不應被視為具有限制意義，因為可能存在大量的變體。例如，上述方法可以應用於V-6、I-3、I-4、I-5、I-6、V-8、V-10、V-12，對置4，及其它發動機類型。
作為另一示例，發動機10可以是可變排量發動機，其中通過停用那些汽缸的進氣和排氣門來停用部分汽缸(如，半數)。以此方式，可以實現改進的燃料經濟性。然而，如在此所述，在一個示例中，使用多種類型燃料供給(如，燃料組成或供給位置)的噴射可用於在較高負荷下降低爆震性。這樣，通過例如在汽缸停用操作期間用水和/或包含酒精的燃料(如乙醇或乙醇混合物)的直接噴射進行操作，可以延伸汽缸停用的範圍，從而進一步改進燃料經濟性。
熟悉本領域一般技術的人應理解，在此在流程圖和說明書中描述的具體例程表示任何數量的處理策略中的一個或多個，如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等等。因此，所述的各步驟或功能可以按所述順序執行、並行執行，或在某些情況下省略。類似地，處理的順序不是實現在此所述的本發明示例實施例的特徵和優點所必須的，而是為了便於例證和說明提供的。雖然未明確表示，但本領域熟悉一般技術的人應理解，取決於所使用的特定策略，所述步驟或功能中的一個或多個可以重複執行。此外，這些圖以圖形表示要編程進控制器12中的計算機可讀存儲介質中的代碼。此外，雖然各種例程可以表示出「開始」和「結束」框，但各例程可以例如以反覆的方式重複執行。
本發明的主題包括在此公開的各種系統和配置，及其它特徵、功能，和/或屬性的所有新穎和非顯而易見的組合及子組合。
下面的權利要求特別指出視為新穎和非顯而易見的特定組合及子組合。這些權利要求可能引用「一個」元素或「第一」元素或其等價。這樣的權利要求應被理解為包括對一個或一個以上這樣的元素的結合，而不是要求或排除兩個或兩個以上這樣的元素。所公開的特徵、功能、元素和/或屬性的其它組合及子組合可以通過本發明權利要求的修改或通過在本申請或相關申請中提供新的權利要求來請求保護。這樣的權利要求，無論是在範圍上比原始權利要求更寬、更窄、等價或不同，都應被視為包括在本發明的主題之內。
權利要求
1.一種用於路上行駛的汽車的方法，包括接收燃料混合物，所述混合物至少包含部分酒精；在所述汽車上將所述燃料混合物分離為至少第一和第二混合物，其中所述第一混合物具有比所述第二混合物更高的酒精濃度；變化所述分離的操作參數以響應汽車操作條件；及以不同的比率向所述發動機供給第一個量的所述第一混合物和第二個量的所述第二混合物。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述酒精包括乙醇。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述分離是通過電力驅動的膜進行的。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述比率發生改變以響應發動機爆震和發動機負荷。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述混合物包括水。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述操作條件是燃料箱加注水平。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述操作條件是發動機加燃料需求。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述操作條件是環境條件。
9.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述分離的操作參數是對所述膜施加的電壓。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述分離的操作參數是所述第一和第二混合物中的一個的生成速率。
11.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述分離的操作參數是所述第一和第二混合物中的一個的濃度。
12.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括在所述汽車的箱中存儲所述第一和第二混合物中的至少一種。
13.一種用於路上行駛的汽車的方法，包括接收燃料混合物，所述混合物至少包含部分酒精；在所述汽車上將所述燃料混合物分離為至少第一和第二混合物，其中所述第一混合物具有比所述第二混合物更高的酒精濃度；變化所述分離的操作參數以響應汽車操作條件；及在不同的發動機負荷條件下以不同的比率向所述發動機供給第一個量的所述第一混合物和第二個量的所述第二混合物，其中向汽缸的直接噴射器供給所述第一混合物，而向汽缸的進氣道噴射器供給所述第二混合物，且其中調整所述第一和第二個量中的一個以響應所述分離。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述酒精包括乙醇。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，調整所述第一和第二個量中的至少一個以響應所述分離的所述操作參數。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述比率隨著發動機負荷增加而改變。
17.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述操作條件是燃料箱加注水平、發動機加燃料需求，及汽車所處環境的環境條件中的至少一個。
18.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述分離的所述操作參數是所述第一和第二混合物中的一個的生成速率、以及所述第一和第二混合物中的一個的濃度之中的至少一個。
19.一種用於路上行駛的汽車的系統，所述系統包括配置為接收燃料混合物的箱，所述混合物至少包含部分酒精；連接到所述箱並配置為在所述汽車上將所述燃料混合物分離為至少第一和第二混合物的分離器，其中所述第一混合物具有比所述第二混合物更高的酒精濃度；配置為變化所述分離器的操作參數以響應汽車操作條件的控制系統；及配置為以不同的比率向所述發動機供給第一個量的所述第一混合物及第二個量的所述第二混合物的供給系統。
20.如權利要求19所述的系統，其特徵在於，所述供給系統包括用於供給所述第一混合物的直接汽缸噴射器及用於供給所述第二混合物的進氣道噴射器，所述控制系統還配置為變化所述第一和第二個量以響應發動機負荷，其中調整所述第一和第二個量的變化以響應所述分離器的條件。
全文摘要
提供了一種用於路上行駛的汽車的方法。所述方法包括接收燃料混合物，所述混合物至少包含部分酒精；在所述汽車上將所述燃料混合物分離為至少第一和第二混合物，其中所述第一混合物具有比所述第二混合物更高的酒精濃度；變化所述分離的操作參數以響應汽車操作條件；及以不同的比率向所述發動機供給第一個量的所述第一混合物和第二個量的所述第二混合物。以此方式，可以通過針對發動機的特定操作條件、環境及用戶提供的燃料混合物調整分離器操作來提高總體性能。
文檔編號F02D41/00GK101037961SQ20061012169
公開日2007年9月19日 申請日期2006年8月17日 優先權日2006年3月17日
發明者託馬斯·G·利昂 申請人:福特環球技術公司