CN104564393B - 用于加注汽油与cng混合燃料的车辆的使用策略 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于加注汽油与CNG混合燃料的车辆的使用策略。提供一种用于发动机的方法，其包含：响应于燃料箱中的压力低于压力阈值，仅将液体燃料喷射到发动机汽缸内，燃料箱存储液体燃料和部分地溶在液体燃料中的加压气体燃料。以此方式，可以保存加压气体燃料，因此维持燃料***内的压力梯度，并且允许例如在冷起动状况期间对加压气体燃料的明智使用。

Description

用于加注汽油与CNG混合燃料的车辆的使用策略
技术领域
本申请涉及用于加注汽油与CNG混合燃料的车辆的使用策略。
背景技术
压缩天然气(CNG)是有益于减少发动机爆震、有益于减少冷起动事件中的碳氢化合物排放以及有益于减少发动机运转期间的二氧化碳排放的高辛烷燃料。然而，相比于液体燃料(诸如柴油燃料或汽油)，CNG具有较低的能量密度。这通常需要将CNG封装在低温性气瓶(以液化天然气(LNG)的形式)中或封装在高压箱(近似200-250个大气压)中。
为了增加距离以及车辆中存储的总燃料量，CNG可以结合汽油或柴油燃料使用，从而需要车辆针对最佳性能在燃料之间切换。然而，对于所有车辆而言，空间限制不允许包括独立的燃料箱。优选***可以是将液体燃料和加压气体燃料一起存储在单个箱中的一个***。具体地，当在相对低的压力(～100atm)下被存储在一起时，CNG能够部分地溶在汽油或柴油燃料中。
将加压气体燃料与液体燃料的混合物存储在单个箱内对燃料使用提出了挑战，以便获得使加压气体燃料和液体燃料都可用于燃烧的益处。虽然已经针对具有多个燃料箱的车辆开发了燃料使用策略，但是这些方案不足以控制具有单个混合燃料箱的车辆的燃料使用。在一些示例中，液体燃料运转可以取决于燃料箱压力在阈值之上，以便将液体燃料分配到燃料轨道。另外，例如，液相成分可以含有CNG与汽油或柴油燃料的混合物。这种混合物具有与任一单独的CNG或汽油/柴油燃料不同的性质，并且必须在车辆的燃料使用策略中予以考虑。
发明内容
发明人在此已经认识到上述问题，并且已经开发了至少部分地解决这些问题的***和方法。在一个示例中，一种用于发动机的方法，包括：响应于燃料箱中的压力低于压力阈值，仅将液体燃料喷射到发动机汽缸内，燃料箱存储液体燃料和部分地溶在液体燃料中的加压气体燃料。以此方式，可以节省加压气体燃料，因此维持燃料***内的压力梯度，并且允许加压气体燃料例如在冷起动状况期间的明智使用。
在另一示例中，一种用于内燃发动机的燃料***，包括：燃料箱，其被配置为存储液体燃料和能够部分地溶在液体燃料中的加压气体燃料；一组直接燃料喷射器，其与一组汽缸连通；第一燃料管路，其被耦接在所述一组直接燃料喷射器与燃料箱之间，第一燃料管路被配置为向所述一组直接燃料喷射器供应液体燃料；一组进气道燃料喷射器，其与所述一组汽缸连通；第二燃料管路，其被耦接在所述一组进气道燃料喷射器与燃料箱之间，第二燃料管路被配置为向所述一组进气道燃料喷射器供应加压气体燃料；以及控制器，其被配置为具有存储在非临时性存储器中且可由处理执行如下动作的指令：响应于燃料箱中的压力低于压力阈值，使用来自所述一组直接燃料喷射器的燃料而不使用来自所述一组进气道燃料喷射器的燃料运转所述一组汽缸。以此方式，发动机可以只以直接喷射的液体燃料运转，且同时维持足够的辛烷可用性。
在另一示例中，一种用于具有被配置为存储液体燃料和能够部分地溶在液体燃料中的加压气体燃料的燃料箱的发动机的方法，其包括：响应于燃料箱中的压力低于压力阈值，仅将液体燃料喷射到发动机汽缸内；以及响应于燃料箱的液面低于液面阈值，仅将加压气体燃料喷射到发动机汽缸内。以此方式，如果需要，可以基于当前的燃料可用性，维持发动机以液体燃料、加压气体燃料或两种燃料的组合来运转的能力。
当单独或结合附图参照以下具体实施方式时，本发明的上述优点和其它优点以及特征将是易于理解。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被所附于具体实施方式的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示意地描述了内燃发动机的汽缸的示例实施例。
图2示出了被配置为以气体燃料与液体燃料的混合物运转的发动机和燃料***的示意图。
图3示出了用于图1和图2中所描述的发动机和燃料***的燃料使用策略的示例高级流程图。
具体实施方式
本发明涉及用于包括以液体燃料和气体燃料二者运转的燃料***的发动机***的燃料使用策略的***和方法，其中这两种燃料被一起存储在高压燃料箱中。该发动机***可以包括被配置为具有如图1所示的进气道燃料喷射器和直接燃料喷射器的汽缸。该发动机***可以包括耦接至具有如在2中所描述的燃料输送***的燃料***的多缸发动机。图3图示说明了用于图1和图2中所描述的发动机***的燃料使用策略的示例方法。
图1描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制***以及经由输入装置132来自车辆操作者130的输入控制。在这个示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(即燃烧室)14可以包括燃烧室壁136，活塞138被设置在其中。活塞138可以被耦连至曲轴140，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器***耦连至乘客车辆的至少一个驱动轮。另外，起动马达可以经由飞轮耦连至曲轴140，以实现发动机10的起动运转。
汽缸14能够经由一系列进气通道142、144和146接收进气空气。除了汽缸14之外，进气通道146还能够与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，一个或更多个进气通道可以包括升压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了被配置为具有涡轮增压器的发动机10，其中涡轮增压器包括在进气通道142和144之间布置的压缩机174和沿排气通道148布置的排气涡轮176。压缩机174可以经由轴180至少部分地由排气涡轮176提供动力，在此情况下升压装置被配置为涡轮增压器。然而，在诸如发动机10装备有机械增压器的其他示例中，排气涡轮176可以可选地被省略，在此情况下压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入提供动力。包括节流板164的节气门162可以沿发动机的进气通道被提供，以用于改变提供给发动机汽缸的进气空气的流速和/或压力。例如，如在图1中示出的，节气门162可以被布置在压缩机174的下游，或可以替代性地被提供在压缩机174的上游。
除了汽缸14之外，排气通道148还能够从发动机10的其他汽缸接收排气。排气传感器128被显示为耦连至排放控制装置178上游的排气通道148。传感器128可以是用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)传感器、双态氧传感器或EGO(如所示出的)、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
发动机10的每个汽缸可以包括一个或更多个进气门和一个或更多个排气门。例如，汽缸14被显示为包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包括汽缸14)可以包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
进气门150可以由控制器12经由致动器152控制。类似地，排气门156由控制器12经由致动器154控制。在一些情况期间，控制器12可以改变提供给致动器152和154的信号，从而控制相应进气门和排气门的打开和关闭。进气门150和排气门156的位置可以由相应的气门位置传感器(未示出)确定。气门致动器可以是电动气门致动型或凸轮致动型或其组合。可以同时控制进气和排气门正时，或者可以使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立的可变凸轮正时或固定凸轮正时的可能性中的任一个。每个凸轮致动***可以包括一个或更多个凸轮，并且可以使用可以由控制器12运转以改变气门运转的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)***中的一个或更多个。例如，汽缸14可以替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气门。在其他实施例中，进气和排气门可以由共同的电动气门致动器或致动***或者可变气门正时致动器或致动***控制。
汽缸14能够具有一定压缩比，其为活塞138在下止点时与在上止点时的容积之比。通常，压缩比在9：1至10：1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，可以增加压缩比。例如，当使用更高的辛烷燃料或具有更高的潜热焓的燃料时，这种情况可以发生。如果使用直接喷射，则由于其对发动机爆震的影响，同样可以增加压缩比。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于使燃烧开始的火花塞192。在所选运转模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火***190能够经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。然而，在一些实施例中，火花塞192可以被省略，诸如在发动机10可以通过自动点火或通过燃料喷射来开始燃烧的情况下，这可以是一些柴油发动机的情况。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置为具有用于向汽缸提供燃料的一个或更多个燃料喷射器。作为非限制性的示例，汽缸14被显示为包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166被显示为直接耦连至汽缸14，以用于将燃料与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW-1的脉冲宽度成比例地直接喷射进汽缸中。以此方式，燃料喷射器166提供了到燃烧汽缸14内的所谓的燃料直接喷射(在下文中被成为“DI”)。尽管图1示出了作为侧喷射器的喷射器166，但其也可以位于活塞的顶部，诸如靠近火花塞192的位置。由于一些醇基燃料具有较低的挥发性，所以当以醇基燃料使发动机运转时，这种位置可以改善混合与燃烧。可替代地，喷射器可以位于顶部并靠近进气门，以改善混合。燃料可以从包括燃料箱、燃料泵、燃料轨道和驱动器168的燃料***172输送至燃料喷射器166。可替代地，可以通过单级燃料泵在较低的压力下输送燃料，在此情况下直接燃料喷射的正时在压缩冲程期间会比使用高压燃料***的情况更受限制。另外，尽管未示出，但燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力换能器。
燃料喷射器170被显示为以如下构造布置在进气通道146中，而不是在汽缸14中，该构造提供了到汽缸14上游的进气道内的所谓的燃料的进气道喷射(在下文中被成为“PFI”)。燃料喷射器170可以将燃料与经由电子驱动器171从控制器12接收的信号FPW-2的脉冲宽度成比例地喷射。燃料可以通过燃料***172输送至燃料喷射器170。
在汽缸的单个循环期间，燃料可以被两个喷射器输送至汽缸。例如，每个喷射器可以输送在汽缸14中被燃烧的总燃料喷射的一部分。另外，自每个喷射器输送的燃料的分配和/或相对量可以随着诸如在下文中所描述的工况而变化。喷射器166与170之间的喷射的总燃料的相对分配可以被称为第一喷射比。例如，经由(进气道)喷射器170为燃烧事件喷射较大量的燃料可以是进气道与直接喷射的较高第一比的示例，而经由(直接)喷射器166为燃烧事件喷射较大量的燃料可以是进气道与直接喷射的较低第一比。注意，这些仅是不同喷射比的示例，并且可以使用各种其他喷射比。另外，应当认识到，可以在打开进气门事件、关闭进气门事件期间(例如，基本在进气冲程之前，诸如在排气冲程期间)以及在打开与关闭进气门运转二者期间输送进气道喷射的燃料。类似地，例如，可以在进气冲程期间以及部分地在先前的排气冲程期间、在进气冲程期间与部分地在压缩冲程期间输送直接喷射的燃料。另外，直接喷射的燃料可以以单次喷射或多次喷射的方式被输送。这些可以包括压缩冲程期间的多次喷射、进气冲程期间的多次喷射或压缩冲程期间的一些直接喷射与进气冲程期间的一些直接喷射的组合。当多次直接喷射被执行时，进气冲程(直接)喷射与压缩冲程(直接)喷射之间的直接喷射的总燃料的相对分配可以被称为第二喷射比。例如，在进气冲程期间为燃烧事件喷射较大量的直接喷射的燃料可以是进气冲程直接喷射的较高的第二比的示例，而在压缩冲程期间为燃烧事件喷射较大量的燃料可以是进气冲程直接喷射的较低的第二比的示例。注意，这些仅是不同喷射比的示例，并且可以使用各种其他喷射比。
因此，甚至对于单个燃烧事件而言，可以从进气道和直接喷射器以不同的正时喷射所要喷射的燃料。此外，对于单个燃烧事件而言，可以针对每个循环执行所输送的燃料的多次喷射。可以在压缩冲程、进气冲程或其任何适当的组合期间执行多次喷射。
如在上文中所描述的，图1仅示出了多缸发动机中的一个汽缸。同样地，每个汽缸可以类似地包括其自己一组进气/排气门、(多个)燃料喷射器、火花塞等。
燃料喷射器166和170可以具有不同的特征。这些特征包括尺寸的差别，例如，一个喷射器可以具有比另一个更大的喷射孔。其他差别包括但不限于不同的喷射角度、不同的运转温度、不同的目标、不同的喷射正时、不同的喷射特征、不同的位置等。而且，取决于喷射器170与166之间的喷射燃料的分配比，可以实现不同的效果。
燃料***172可以包括一个燃料箱或多个燃料箱。在燃料***172包括多个燃料箱的实施例中，燃料箱可以容纳具有相同燃料特性的燃料，或可以容纳具有不同燃料特性的燃料，诸如不同的燃料成分。这些差别可以包括不同的醇含量、不同的辛烷值、不同的蒸发热、不同的燃料混合和/或其组合等。在一个示例中，具有不同醇含量的燃料可以包括汽油、乙醇、甲醇或诸如E85(其是近似85％乙醇和15％汽油)或M85(其是近似85％甲醇和15％汽油)的醇混合物。其他含醇燃料可以是醇和水的混合物，醇、水和汽油的混合物等。在一些示例中，燃料***172可以包括容纳液体燃料(诸如汽油)且也容纳气体燃料(诸如CNG)的燃料箱。燃料喷射器166和170可以被配置为从相同的燃料箱、从不同的燃料箱、从多个相同的燃料箱或从一组重叠的燃料箱喷射燃料。虽然图1将燃料喷射器166描述为直接燃料喷射器并将燃料喷射器170描述为进气道燃料喷射器，但在其他实施例中，喷射器166和170都可以被配置为进气道燃料喷射器，或都可以被配置为直接燃料喷射器。
控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括处理器单元(CPU)106、输入/输出端口(I/O)108、在这个具体示例中作为只读存储芯片(ROM)110示出的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)112、保活存取器(KAM)114和数据总线。控制器12可以接收来自耦连至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量(MAF)的测量；来自耦连至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦连至曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型传感器)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自传感器124的绝对歧管压力信号(MAP)。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用来提供进气歧管内的真空或压力的指示。
存储介质只读存储器110能够用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示可由处理器106执行的用于实现以下所述方法以及期望但没有具体列出的其他变体的指令。在本文中并且关于图3描述了可以通过控制器执行的示例程序。
图2示出了根据本公开的多缸发动机的示意图。如图1所示，内燃发动机10包括被耦接至进气通道144和排气通道148的汽缸14。进气通道144可以包括节气门162。排气通道148可以包括排放控制装置178。
汽缸14可以被配置为作为汽缸盖201的一部分。在图2中，汽缸盖201被示为具有直列式构造的4个汽缸。在一些示例中，汽缸盖201可以具有更多或更少的汽缸，例如六个汽缸。在一些示例中，可以以V形构造或其他合适构造布置汽缸。
汽缸盖201被示为耦接至燃料***172。汽缸14被示为耦接至燃料喷射器166和170。尽管仅一个汽缸被示为耦接至燃料喷射器，但应理解，被包括在汽缸盖201中的所有汽缸14也都可以被耦接至一个或更多个燃料喷射器。在这个示例实施例中，燃料喷射器166被描述为直接燃料喷射器，而燃料喷射器170被描述为进气道燃料喷射器。每个燃料喷射器均可以被配置为响应于来自控制器12的命令在发动机循环中的特定时间点输送特定量的燃料。一个或两个燃料喷射器可以被用来在每个燃烧循环期间将可燃燃料输送至汽缸14。可以根据发动机工况控制燃料喷射的正时和量。
燃料***172包括燃料箱200。燃料箱200可以包括液体燃料(诸如汽油或柴油燃料)，并且还可以包括气体燃料(诸如CNG)。相比于常规CNG存储(其是约200-250个大气压)，燃料箱200可以被配置为在相对低的压力下将液体燃料和气体燃料存储在一起。例如，气体燃料可以被增加至100个大气压的压力。以此方式，一部分气体燃料可以溶在液体燃料中。在100个大气压下，CNG可以溶在汽油中到达燃料箱200中的液体燃料成分的40％是CNG的程度。燃料箱200可以包括压力传感器211、温度传感器212以及液面传感器215。
燃料喷射器166可以以燃料箱200中存储的液体燃料被输送至燃料喷射器166的构造被耦接至燃料箱200。燃料喷射器166被示为耦接至燃料轨道205。燃料轨道205可以被耦接至燃料管路220。燃料轨道205可以包括一个或更多个传感器，诸如压力或温度传感器。燃料管路220被耦接至燃料箱200。燃料管路220可以被耦接至燃料箱200的下部，以便从燃料箱200中吸取液体燃料。燃料管路可以被耦接至燃料泵210。在一些情况下，燃料泵210可以从燃料***172省略。在这样的实施例中，燃料箱200中存储的气体燃料的压力可以被用来经由燃料管路220将液体燃料从燃料箱200驱动到燃料轨道205。在燃料泵210被省略的实施例中，液体燃料阀可以被耦接至燃料管路220，以控制通过燃料管路220的液体燃料流量。
燃料喷射器170可以以燃料箱200中存储的气体燃料被输送至燃料喷射器170的构造被耦接至燃料箱200。燃料喷射器170被示为耦接至燃料轨道206。燃料轨道206可以被耦接至燃料管路221。燃料轨道206可以包括一个或更多个传感器，诸如压力或温度传感器。燃料管路221被耦接至燃料箱200。燃料管路221可以被耦接至燃料箱200的上部，以便从燃料箱200中吸取气体燃料。燃料管路221可以被耦接至一个或更多个燃料泵。燃料管路221可以包括管路阀、压力释放阀、凝聚式过滤器和/或压力调节器。燃料轨道206可以被配置为高压燃料轨道，而燃料轨道205可以被配置为低压燃料轨道。燃料轨道205可以被配置为在比燃料箱200更低的压力下容纳液体燃料。在这样的实施例中，一些气体燃料会从液体燃料/气体燃料乳状液挥发。压力释放阀和/或净化管路可以被耦接至燃料轨道205，使得仅液体燃料通过燃料喷射器166被喷射，并且使得气体燃料从燃料***172被去除和/或被再循环。在一些实施例中，燃料喷射器166和170都可以是进气道燃料喷射器，或都可以是直接燃料喷射器。可代替地，液体燃料喷射器166可以被配置为进气道燃料喷射器，而气体燃料喷射器170可以被配置为直接燃料喷射器。
燃料***172被示为耦接至燃料加注***250。燃料加注***250可以经由箱进入阀218被耦接至燃料箱200。箱进入阀218可以被耦接至燃料加注管道260。燃料加注管道260可以包括高压燃料加注端口255。高压燃料加注端口255可以被配置为接收加压气体燃料泵喷嘴或燃料泵喷嘴，其被配置为输送液体燃料与气体燃料的预加压混合物。在一些情况下，可以包括第二高压燃料加注端口，以允许一种以上类型的高压燃料泵喷嘴的兼容性。
可以通过燃料加注锁257调节到高压燃料加注端口255的通路。在一些实施例中，燃料加注锁257可以是燃料盖锁定机构。燃料盖锁定机构可以被配置为自动地将燃料盖锁定在关闭位置，使得燃料盖不能被打开。例如，当燃料箱中的压力大于阈值时，燃料盖可以经由燃料加注锁257被保持锁定。燃料盖锁定机构可以是闩锁(latch)或离合器(clutch)，当被接合时其防止燃料盖的移除。闩锁或离合器可以例如通过电磁阀被电动地锁定，或可以例如通过压力隔板被机械地锁定。
在一些实施例中，燃料加注锁257可以是位于燃料加注管道260的出入口处的过滤器管阀。在这样的实施例中，燃料加注锁257可以防止燃料加注泵***到燃料加注管道260内。过滤器管阀可以例如通过电磁阀被电动地锁定，或可以例如通过压力隔板被机械地锁定。
在一些实施例中，燃料加注锁257可以是燃料加注口锁，诸如锁定位于车辆的车身面板中的燃料加注口的闩锁或离合器。燃料加注口锁可以例如通过电磁阀被电动地锁定，或可以例如通过压力隔板被机械地锁定。
在利用电动机构锁定燃料加注锁257的实施例中，例如，当燃料箱压力降至压力阈值之下时，可以通过来自控制器12的命令使燃料加注锁257解除锁定。在使用机械机构锁定燃料加注锁257的实施例中，例如，当燃料箱压力降至阈值之下时，可以经由压力梯度使燃料加注锁257解除锁定。
燃料加注管道260可以被耦接至低压燃料加注管道280。低压燃料加注管道可以包括低压燃料加注端口265和止回阀290。可以通过燃料加注锁267调节到高压燃料加注端口265的通路。燃料加注锁267可以包含针对燃料加注锁257所描述的示例中的一个。燃料加注锁257和267可以是不同的机构，并且可以对不同的箱压力阈值作出响应。
在一些实施例中，低压燃料加注管道280可以包括耦接在低压燃料加注端口265与止回阀290之间的喘振箱。喘振箱270可以包括液体传感器。低压燃料加注管道280还可以包括耦接在喘振箱与止回阀290之间的燃料加注泵。燃料加注泵可以仅在燃料箱压力低于阈值时运转，并且可以仅在喘振箱中存在液体燃料(如通过液体传感器进行感测)时运转。以此方式，燃料加注泵可以不将空气/燃料混合物泵入燃料箱200。另外，当燃料箱压力到达阈值时，可以通过控制器12关闭燃料加注泵，从而导致液体燃料在喘振箱中积聚。这会导致与低压燃料加注端口265接合的液体燃料分配器喷嘴本身关闭。
可选地，次级箱可以经由气体燃料管路被耦接至燃料箱200。减压泵可以在燃料箱200与次级箱之间被耦接至气体燃料管路。减压泵可以被激活，以便从燃料箱200中泵出气体燃料并将气体燃料泵入次级箱。当次级箱被包括在燃料加注***250中时，燃料箱200可以被主动减压，以便允许用低压液体燃料进行燃料加注。减压泵可以被激活，以便从燃料箱200中泵出气体燃料或燃料蒸汽到次级箱中。一旦燃料箱200中的箱压力降至阈值之下，就可以例如通过使燃料加注锁267解除锁定而用低压液体燃料进行燃料加注。
图3描述了用于混合的液体碳氢化合物/气体燃料***的燃料使用的高级方法的示例程序300。虽然将会在本文中参照图1和图2中所描述的部件和***描述程序300，但该方法可以在没有脱离本公开的范围的情况下应用于其他***。程序300可以由控制器12执行，并且可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中。
方法300可以在305处以估计发动机工况开始。发动机工况可以被测量、估计或推测，并且可以包括各种车辆状况(诸如车速)、各种燃料***状况(诸如燃料箱压力)以及各种发动机工况(诸如发动机运转模式、发动机转速、发动机温度、排气温度、升压水平、MAP、MAF、扭矩要求、马力要求等)。
在310处继续，方法300可以包括确定燃料箱压力是否小于压力阈值。可以经由一个或更多个压力传感器(诸如图2中所描述的压力传感器211)来确定燃料箱压力。压力阈值可以被预先确定，或可以基于在305处评估的发动机工况被确定。在燃料泵210被省略的***中压力阈值会更高。在这样的实施例中，会需要高的气体燃料压力来驱动液体燃料从燃料箱200到燃料管路220并且进一步到燃料轨道205的流动。如果***包括燃料泵，则阈值箱压力可以低至0psi。阈值可以被设定在相当于执行一个或更多个冷起动所需的气体燃料量的值处。如果燃料箱压力小于压力阈值，方法300可以前进到315。在315处，方法300可以包括进入仅液体燃料模式。这可以包括以通过直接喷射器166喷射的燃料运转并不以通过进气道燃料喷射器170喷射的燃料运转。以此方式，在不使发动机失去燃料的情况下消耗时，气体燃料可以被节省。方法300然后可以结束。
如果燃料箱压力大于压力阈值，方法300可以前进到320。在320处，方法300可以包括确定燃料箱液面是否小于液面阈值。可以经由一个或更多个液面传感器(诸如图2中所描述的液面传感器215)来确定燃料箱液面。液面阈值可以被预先确定，或可以基于在305处评估的发动机工况被确定。如果燃料箱液面小于液面阈值，方法300可以前进到325。在325处，方法300可以包括进入仅气体燃料模式。这可以包括以通过进气道燃料喷射器170喷射的燃料运转并不以通过直接燃料喷射器166喷射的燃料运转，并且还可以包括停用燃料泵(当其被包括在***中时)。方法300然后可以结束。
如果燃料箱液面大于液面阈值，方法300可以前进到330。在330处，方法300可以包括确定当前发动机爆震是否受到限制。确定发动机爆震是否受到限制可以包括，比较自MBT的火花延迟量与阈值火花延迟。确定发动机爆震是否受到限制还可以包括，确定发动机爆震事件是否已经由一个或更多个传感器(诸如爆震传感器)检测到和/或预测到。确定发动机爆震是否受到限制还可以包括，评价发动机控制事件的最近历史，包括确定导致自MBT延迟火花点火正时的发动机爆震是否被检测到或被预测到。如果确定发动机爆震受到限制，方法300可以前进到335。
在335处，方法300可以包括增加具有更有效辛烷的燃料的相对使用。以此方式，火花点火正时可以被提前到更靠近MBT，从而增加发动机效率以及性能。液体和气体燃料的有效辛烷可以基于燃料的辛烷值。燃料的辛烷值可以被经验地确定，或可以在加注燃料的时候通过界面被输入。然而，具有更大辛烷值的燃料可能不一定具有更有效的辛烷。例如，CNG通常具有比汽油或柴油燃料更高的辛烷值。然而，气体燃料可以包括低辛烷成分，诸如丙烷。类似地，液体燃料可以包括高辛烷成分，诸如乙醇。在一种燃料被耦接至直接燃料喷射器而第二燃料被耦接至进气道燃料喷射器的实施例中，燃料的有效辛烷可以部分基于自燃料喷射发生的蒸发性冷却的差别。
在一些实施例中，具有最有效辛烷的燃料可以是液体与气体燃料的混合物。例如，当燃料箱被高度地加压时，一定百分比的CNG会溶在液体燃料中。因此，当液体燃料被输送到燃料轨道205时，它可能会含有溶在液体燃料中的CNG。如在本文中以及关于图2所描述的，一些实施例可以在燃料轨道205处给液体燃料减压，并且可以被配置为去除挥发的气体燃料。为了保持较高辛烷燃料，燃料轨道205可以被加压至较高的压力，以便维持溶在液体燃料中的CNG，或可以以其他方式将CNG成分保持在液体燃料内，以便可以通过直接喷射器166喷射加压CNG/液体燃料混合物。
因此，每种燃料或燃料组合的有效辛烷可以被预先编程、获悉或通过反馈爆震感测被反复地确定。增加具有更有效辛烷的燃料的相对使用可以不包括，完全地切换为具有更有效辛烷的燃料。例如，发动机可以以双喷射模式运转，其中在进气期间进气道-燃料喷射气体燃料，并且在进气和/或压缩期间直接喷射液体燃料。在一些实施例中，可以维持或减少进气道-燃料喷射的燃料量，并且可以相应地增加直接喷射的燃料量。增加具有更有效辛烷的燃料的相对使用可以包括，反复地增加具有更有效辛烷的燃料的相对使用。在这些实施例中，基于反馈爆震感测或可以随着发动机工况变化而变化的其他参数，可以重复地改变相对燃料使用。方法300然后可以结束。
如果发动机爆震没有受到限制，如在330处确定的，则方法300可以前进到340。在340处，方法300可以包括确定燃料箱中存储的每种燃料的相对燃料成本是否是已知的。如果燃料箱中存储的每种燃料的相对燃料成本是已知的，方法300可以前进到345。在345处，方法300可以包括增加较低成本燃料的使用。例如，CNG会比汽油更便宜。在这个示例中，将会相对于用于燃烧的汽油量增加用于燃烧的CNG的相对量。增加较低成本燃料的相对使用可以不包括，停止较高成本燃料的使用。如在本文中所描述的，向燃料轨道205输送的液体燃料可以包含溶在液体燃料中的CNG。增加较低成本燃料的相对使用可以包括，改变从燃料轨道205处或进入燃料轨道205的液体燃料中去除CNG的过程，以便根据期望的效果，更多或更少CNG被保持在加压液体燃料中。
操作者可以通过耦接至控制器12的界面手动地输入相对燃料成本。在一些实施例中，车辆可以从燃料站、从互联网、从导航***等自动地接收燃料成本信息。相对燃料成本可以基于最近一次燃料加注停车时的燃料价格，和/或可以基于距车辆最近的燃料加注站处的燃料价格。相对燃料成本可以基于每种燃料的相对可获得性。例如，车辆旅程可以被编程到车辆导航***中。如果基于被编程的旅程一种燃料不可获得以用于燃料加注(例如汽车正经过没有CNG燃料加注站的路线)，则较低成本燃料可以是可更容易获得以用于燃料加注的燃料。在增加较低成本燃料的使用之后，方法300可以结束。
如果燃料箱中存储的每种燃料的相对燃料成本不是已知的，方法300可以前进到350。在350处，方法300可以包括确定发动机是否正在节流状况下运转。确定发动机是否正在节流状况下运转可以包括，将发动机负荷、节气门位置、MAP等与阈值或一系列阈值进行比较。如果发动机正在节流状况下运转，方法300可以前进到355。在355处，方法300可以包括增加气体燃料的相对使用。增加气体燃料的相对使用可以不包括，停止液体燃料的使用。气体燃料比液体燃料占据更大的体积。通过增加气体燃料的相对量，当发动机正在节流状况下运转时做更少的泵送功。另外，CNG具有比汽油或柴油燃料更少的蒸发性冷却；同样由于这种原因，增加气体燃料的使用会导致更少的泵送功。在一些实施例中，诸如包括自然吸气发动机的***，确定发动机是否正接近未节流工况是可能的。例如，MAP增加至阈值之上可以表示节流工况的结束。在这样的实施例中，可以相应地增加液体燃料的使用。
如果发动机没有正在节流状况下运转，方法300可以前进到360。在360处，方法300可以包括确定燃料箱中存储的每种燃料的相对碳浓度是否是已知的。如果燃料箱中存储的每种燃料的相对碳浓度是已知的，方法300可以前进到365。在365处，方法300可以包括增加较低碳燃料的相对使用。增加较低碳燃料的相对使用可以不包括，停止较高碳燃料的使用。在一些实施例中，相对碳浓度可以是已知的或被预先编程。例如，由于其更低的碳氢比，CNG具有比汽油或柴油燃料更低的碳浓度。在一些实施例中，一旦加注燃料，则使用者可以通过界面更新燃料的性质。可代替地或额外地，燃料性质可以从燃料加注站、从互联网获得或被反复地确定。例如，可以考虑到液体燃料(诸如E10、E85等)中的醇含量做出调整。在一些实施例中，可以基于可再生燃料含量(诸如乙醇、生物甲烷或生物柴油)调整碳浓度。
如果燃料箱中存储的每种燃料的相对碳浓度不是已知的，方法300可以前进到370。在370处，方法300可以包括维持气体燃料与液体燃料的相对使用。方法300然后可以结束。
在本文中描述的以及在图1和图2中描述的***与在本文中描述的以及在图3描述的方法能实现一种或更多种方法。在一个示例中，一种用于发动机的方法，其包含：响应于燃料箱中的压力低于压力阈值，仅将液体燃料喷射到发动机汽缸内，燃料箱存储液体燃料和部分地溶在液体燃料中的加压气体燃料。该方法还可以包含：响应于燃料箱的液面低于液面阈值，仅将加压气体燃料喷射到发动机汽缸内。该方法还可以包含：响应于火花点火延迟大于阈值，基于液体燃料的有效辛烷和加压气体燃料的有效辛烷，调整喷射到发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。在一些实施例中，该方法还可以包含：基于液体燃料的每单位燃料能量的成本和加压气体燃料的每单位燃料能量的成本，调整喷射到发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。在一些实施例中，该方法还可以包含：响应于发动机负荷小于阈值，增加喷射到发动机汽缸内的加压气体燃料与液体燃料的比。该方法还可以包含：响应于歧管绝对压力增加至阈值之上，增加喷射到发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。在一些实施例中，该方法还可以包含：基于液体燃料的碳氢比和加压气体燃料的碳氢比，调整喷射到发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。在一些实施例中，液体燃料是汽油、柴油燃料或汽油-醇混合物(例如E10、E85、M15或M85)，而加压气体燃料是CNG。在一些示例中，加压气体燃料是喷射到发动机汽缸内的进气道燃料，而液体燃料是喷射到发动机汽缸内的直接燃料。其他实施例可以每个汽缸使用两个进气道燃料喷射器或两个直接燃料喷射器。在一些实施例中，加压气体燃料可以是喷射到发动机汽缸内的直接燃料，而液体燃料可以是喷射到发动机汽缸内的进气道燃料。实施该方法的技术效果是消除了对专用电动液体燃料泵的需要，因为只要燃料箱压力保持在阈值压力之上就可以通过由加压气体燃料产生的压力梯度将液体燃料驱动至燃料轨道。
在另一示例中，一种用于具有被配置为存储液体燃料和能够部分地溶在液体燃料中的加压气体燃料的燃料箱的发动机的方法，其包含：响应于燃料箱中的压力低于压力阈值，仅将液体燃料喷射到发动机汽缸内；以及响应于燃料箱的液面低于液面阈值，仅将加压气体燃料喷射到发动机汽缸内。该方法还可以包含：响应于火花点火延迟大于阈值，基于液体燃料的有效辛烷和加压气体燃料的有效辛烷，调整喷射到发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比；以及响应于火花点火延迟小于阈值，基于液体燃料的每单位燃料能量的成本和加压气体燃料的每单位燃料能量的成本，调整喷射到发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。该方法还可以包含：响应于发动机负荷小于阈值，增加喷射到发动机汽缸内的加压气体燃料与液体燃料的比；以及响应于发动机负荷大于阈值，基于液体燃料的碳氢比和加压气体燃料的碳氢比，调整喷射到发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。在一些实施例中，液体燃料是汽油或柴油燃料，而加压气体燃料是CNG。实施该方法的技术效果是能实现用于具有单个混合燃料箱的发动机***的综合性燃料使用策略，该燃料使用策略以优先顺序排列燃料成本的平衡、发动机效率以及CO2排放，同时避免用完任何一种燃料。
在本文中描述的以及在图1和图2中描述的***与在本文中描述的以及在图3描述的方法能实现一种或更多种***。在一个示例中，一种用于内燃发动机的燃料***，其包含：燃料箱，其被配置为存储液体燃料和能够部分地溶在液体燃料中的加压气体燃料；一组直接燃料喷射器，其与一组汽缸连通；第一燃料管路，其被耦接在所述一组直接燃料喷射器与燃料箱之间，第一燃料管路被配置为向所述一组直接燃料喷射器供应液体燃料；一组进气道燃料喷射器，其与所述一组汽缸连通；第二燃料管路，其被耦接在所述一组进气道燃料喷射器与燃料箱之间，第二燃料管路被配置为向所述一组进气道燃料喷射器供应加压气体燃料；以及控制器，其被配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：响应于燃料箱中的压力低于压力阈值，以来自所述一组直接燃料喷射器的燃料而不以来自所述一组进气道燃料喷射器的燃料运转所述一组汽缸。控制器被进一步配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：响应于燃料箱的液面低于液面阈值，以来自所述一组进气道燃料喷射器的燃料而不以来自所述一组直接燃料喷射器的燃料运转所述一组汽缸。控制器被进一步配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：响应于火花点火延迟大于阈值，基于液体燃料的有效辛烷和加压气体燃料的有效辛烷，调整通过所述一组直接燃料喷射器喷射到所述一组发动机汽缸内的燃料与通过所述一组进气道燃料喷射器喷射到所述一组发动机汽缸内的燃料的比。控制器被进一步配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：基于液体燃料的每单位燃料能量的成本和加压气体燃料的每单位燃料能量的成本，调整通过所述一组直接燃料喷射器喷射到所述一组发动机汽缸内的燃料与通过所述一组进气道燃料喷射器喷射到所述一组发动机汽缸内的燃料的比。控制器被进一步配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：响应于发动机负荷小于阈值，增加通过所述一组进气道燃料喷射器喷射到所述一组发动机汽缸内的燃料与通过所述一组直接燃料喷射器喷射到所述一组发动机汽缸内的燃料的比。在一些实施例中，控制器被进一步配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：响应于歧管绝对压力增加至阈值之上，增加通过所述一组直接燃料喷射器喷射到所述一组发动机汽缸内的燃料与通过所述一组进气道燃料喷射器喷射到所述一组发动机汽缸内的燃料的比。在一些示例中，控制器被进一步配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：基于液体燃料的碳氢比和加压气体燃料的碳氢比，调整通过所述一组直接燃料喷射器喷射到所述一组发动机汽缸内的燃料与通过所述一组进气道燃料喷射器喷射到所述一组发动机汽缸内的燃料的比。实施该***的技术效果是耦接至单个混合燃料箱的发动机，其中随着发动机工况变化，连续地重新以优先顺序排列燃料使用，而不会损害发动机效率，同时维持液体和气体燃料的基线存储。
注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆***配置一起使用。在本文中所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作和/或功能可以所示顺序被执行、并行地被执行或者在一些情况下被省略。同样，实现在本文中所描述的本发明的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图释和说明而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编程到发动机控制***中的计算机可读存储介质的非临时性存储器的代码。
应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种***和配置和其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见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”元件或其等同物。应当理解，这样的权利要求包括纳入一个或更多个这样的元件，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。在这个或相关的申请中，通过修改本权利要求或提出新权利要求，所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以被要求保护。这样的权利要求，无论是比原权利要求范围更宽、更窄、相同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于发动机的方法，其包含：
响应于燃料箱中的压力低于压力阈值，仅将液体燃料喷射到发动机汽缸内，所述燃料箱存储所述液体燃料和部分地溶在所述液体燃料中的加压气体燃料；以及
响应于火花点火延迟大于阈值，确定所述液体燃料的有效辛烷和所述加压气体燃料的有效辛烷，并且通过基于所述液体燃料的所述有效辛烷和所述加压气体燃料的所述有效辛烷调整被配置为保持液体燃料的燃料轨道内的压力，调整喷射到所述发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包含：
响应于所述燃料箱的液面低于液面阈值，仅将所述加压气体燃料喷射到所述发动机汽缸内。
3.根据权利要求2所述的方法，其还包含：
通过反馈爆震感测反复地确定所述液体燃料的所述有效辛烷和所述加压气体燃料的所述有效辛烷。
4.根据权利要求2所述的方法，其还包含：
基于所述液体燃料的每单位燃料能量的成本和所述加压气体燃料的每单位燃料能量的成本，调整喷射到所述发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。
5.根据权利要求2所述的方法，其还包含：
响应于发动机负荷小于阈值，增加喷射到所述发动机汽缸内的加压气体燃料与液体燃料的比。
6.根据权利要求5所述的方法，其还包含：
响应于歧管绝对压力增加至阈值之上，增加喷射到所述发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的所述比。
7.根据权利要求2所述的方法，其还包含：
基于所述液体燃料的碳氢比和所述加压气体燃料的碳氢比，调整喷射到所述发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述液体燃料是汽油、柴油燃料或汽油-醇混合物，而所述加压气体燃料是CNG。
9.根据权利要求2所述的方法，其中所述加压气体燃料和所述液体燃料中的一种或两种被直接燃料喷射到所述发动机汽缸内。
10.一种用于内燃发动机的燃料***，其包含：
燃料箱，其被配置为存储液体燃料和能够部分地溶在所述液体燃料中的加压气体燃料；
一组直接燃料喷射器，其与一组汽缸连通；
第一燃料管路，其被耦接在所述一组直接燃料喷射器与所述燃料箱之间，所述第一燃料管路被配置为向所述一组直接燃料喷射器供应液体燃料；
一组进气道燃料喷射器，其与所述一组汽缸连通；
第二燃料管路，其被耦接在所述一组进气道燃料喷射器与所述燃料箱之间，所述第二燃料管路被配置为向所述一组进气道燃料喷射器供应加压气体燃料；以及
控制器，其被配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：
响应于所述燃料箱中的压力低于压力阈值，以来自所述一组直接燃料喷射器的燃料而不以来自所述一组进气道燃料喷射器的燃料运转所述一组汽缸；以及
响应于火花点火延迟大于阈值，确定所述液体燃料的有效辛烷和所述加压气体燃料的有效辛烷，并且通过基于所述液体燃料的所述有效辛烷和所述加压气体燃料的所述有效辛烷调整被配置为保持液体燃料的燃料轨道内的压力，调整被喷射到所述发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。
11.根据权利要求10所述的燃料***，其中所述控制器被进一步配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：
响应于所述燃料箱中的液面低于液面阈值，以来自所述一组进气道燃料喷射器的燃料而不以来自所述一组直接燃料喷射器的燃料运转所述一组汽缸。
12.根据权利要求11所述的燃料***，其中所述控制器被进一步配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：
通过反馈爆震感测反复地确定所述液体燃料的所述有效辛烷和所述加压气体燃料的所述有效辛烷。
13.根据权利要求11所述的燃料***，其中所述控制器被进一步配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：
基于所述液体燃料的每单位燃料能量的成本和所述加压气体燃料的每单位燃料能量的成本，调整被喷射到所述发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。
14.根据权利要求11所述的燃料***，其中所述控制器被进一步配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：
响应于发动机负荷小于阈值，增加被喷射到所述发动机汽缸内的加压气体燃料与液体燃料的比。
15.根据权利要求14所述的燃料***，其中所述控制器被进一步配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：
响应于歧管绝对压力增加至阈值之上，增加被喷射到所述发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。
16.根据权利要求11所述的燃料***，其中所述控制器被进一步配置为具有存储在非临时性存储器中且由处理器可执行的如下指令：
基于所述液体燃料的碳氢比和所述加压气体燃料的碳氢比，调整被喷射到所述发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。
17.一种用于发动机的方法，该发动机具有被配置为存储液体燃料和能够部分地溶在所述液体燃料中的加压气体燃料的燃料箱，该方法包含：
响应于所述燃料箱中的压力低于压力阈值，仅将液体燃料喷射到发动机汽缸内；
响应于所述燃料箱中的液面低于液面阈值，仅将所述加压气体燃料喷射到所述发动机汽缸内；以及
响应于火花点火延迟大于阈值，确定所述液体燃料的有效辛烷和所述加压气体燃料的有效辛烷，并且通过基于所述液体燃料的所述有效辛烷和所述加压气体燃料的所述有效辛烷调整被配置为保持液体燃料的燃料轨道内的压力，调整喷射到所述发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。
18.根据权利要求17所述的方法，其还包含：
响应于火花点火延迟小于阈值，基于所述液体燃料的每单位燃料能量的成本和所述加压气体燃料的每单位燃料能量的成本，调整喷射到所述发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的所述比。
19.根据权利要求18所述的方法，其还包含：
响应于发动机负荷小于阈值，增加喷射到所述发动机汽缸内的加压气体燃料与液体燃料的比；以及
响应于发动机负荷大于阈值，基于所述液体燃料的碳氢比和所述加压气体燃料的碳氢比，调整喷射到所述发动机汽缸内的液体燃料与加压气体燃料的比。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述液体燃料是汽油、柴油燃料或汽油-醇混合物，而所述加压气体燃料是CNG。
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