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具有混合燃料分离器的装置及分离混合燃料的方法

来源:优w88   发布时间:2019-11-26   点击量:346

具有混合燃料分离器的装置及分离混合燃料的方法

公开一种在包括燃料箱、内燃发动机,及流体连通地位于所述燃料箱和内燃发动机之间的分离器的装置中,操作该装置的方法,所述方法包括将包含碳氢化合物成分和氧化成分的混合燃料输入到分离器中,将分离器中的燃料分离为富集碳氢化合物的燃料馏分和富集氧化燃料成分的燃料馏分,及基于发动机操作条件控制向发动机提供的富集碳氢化合物的燃料馏分的量和富集氧化燃料成分的燃料馏分的量。上述方式利用了现有的汽油/酒精混合物,从而可以允许利用多次喷射和/或多种燃料策略的优点而不会给用户带来不便。

附图说明 图 1示出一般发动机系统的示意图。 图 2示出发动机的示例实施例的部分视图。 图 3示出具有燃料分离器的燃料系统的示例实施例。 图 4示出操作发动机的方法的示例实施例的流程图。 图 5示出具有燃料分离器的燃料系统的第二个示例实施例的框图。 图 6示出具有燃料分离器的燃料系统的第三个示例实施例的框图。 图 7示出燃料分离器的示例实施例的截面图。 图 8示出燃料分离器的第二个示例实施例的截面图。 图 9示出燃料分离器的第三个示例实施例的截面图。 图 10示出燃料分离器的第四个示例实施例的截面图。 图 11示出燃料分离器的第五个示例实施例的截面图。 图 12示出具有燃料分离器的燃料系统的第四个示例实施例的框图。 图 13示出具有燃料分离器的燃料系统的第五个示例实施例的框图。 图 14示出具有燃料分离器的燃料系统的第六个示例实施例的框图。

可以用多种方式测量相对凸轮正时。总的来说,PIP信号的上升沿与从壳体136上的多个齿138中的一个接收信号之间的时间或旋转角度给出了相对凸轮正时的测量。对V-8发动机的具体示例来说,对两个汽缸组和五齿的齿轮,每一周旋转中四次接收特定组的凸轮正时的测量,及用于汽缸标识的额外信号。

如上所述,图2仅示出了多汽缸发动机中的一个汽缸,且应理解,每个汽缸都具有其自身的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等等。

控制器12如图所示为微计算机,包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质,在此具体示例中如图所示为只读存储器芯片106、随机存取存储器108、保活存储器110,及常规数据总线。除了先前讨论的那些信号之外,控制器12如图所示还从连接到发动机10的传感器接收各种信号,包括来自连接到节气门体58的质量空气流量传感器100的吸入质量空气流量(MAF)测量值,来自连接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT),来自连接到曲轴40的霍尔效应传感器118的齿面点火传感器信号(PIP),及来自节气门位置传感器120的节气门位置(TP),来自传感器122的绝对歧管压力信号(MAP),来自爆震传感器182的爆震指示,及来自传感器180的绝对或相对环境湿度的指示。发动机转速信号RPM由控制器12通过信号PIP以常规方式生成,而来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP提供进气歧管中的真空或压力的指示。在化学计量的操作期间,此传感器可以给出发动机负荷的指示。此外,此传感器和发动机转速一起可以提供吸入汽缸中的进气(包括空气)的估计。在一个示例中,传感器118也被用作发动机转速传感器,它在曲轴每旋转一周时产生预定数量的等距脉冲。

分离器620可以具有用于执行混合燃料分离的任何适合的配置。图7总地在720处示出适合的分离器配置的一个示例实施例。分离器720包括由选择性阻挡层7M界定的内部通道722,及由外壁7¾界定的外部通道726。内部通道722可以配置为接收来自燃料箱的混合燃料流。如图7中的箭头所示,萃取的混合燃料成分从内部通道跨膜传送到外部通道。

如上所述,图2仅示出了多汽缸发动机中的一个汽缸,且应理解,每个汽缸都具有其自身的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等等。

图14总地在1400处示出燃料系统的又一个示例实施例。燃料系统1400包括燃料箱1410、分离器1420,及用于加热分离器和/或回收来自分离器的萃取燃料种类的排气再循环系统1440。然而,燃料系统1440并不包括位于分离器和发动机10之间的燃料馏分存储箱。相反,将两种燃料馏分直接提供给发动机。可以将燃料馏分中的一种或两者提供给任何适合的喷射器和/或在合适的情况下可以作为气体混合物直接提供给进气歧管。

燃烧室30可以具有压缩比,这是当活塞36位于下止点与位于上止点时的容积比率。在一个示例中,压缩比约为9:1。然而,在使用不同燃料的某些示例中,压缩比可以增加。例如,它可以在10:1和11:1、或11:1和12:1之间,或更高。

燃料系统500还包括与萃取箱520流体连通并用于从混合燃料中萃取燃料成分的萃取液源522。萃取液源可以配置为以任何适合的方式向萃取箱520提供任何适合的萃取液。适合的萃取液包括那些与混合燃料中要萃取的一种或多种成分混溶而与混合燃料中不萃取的一种或多种成分不混溶的流体。在混合燃料包含低碳数烷基醇和汽油时,适合的萃取液的一个示例是水。在一个实施例中,萃取液源522包括可以例如由用户或在汽车保养期间将水定期添加到其中的收集槽。或者,萃取液源522可以包括液化空气、排气等中的水蒸气的冷凝器。例如,收集器可以位于空调单元内或连接到空调单元以便收集液化的水。

发动机可以使用各种形式的燃料供给以提供所需量的燃料用于每个汽缸中的燃烧。一种类型的燃料供给对每个汽缸使用进气道喷射器来向相应的汽缸供给燃料。还有另一种类型的燃料供给对每个汽缸使用直接喷射器。

传感器160也可以经由信号162来提供排气中的氧浓度的指示,它向控制器12提供指示02浓度的电压。例如,传感器160可以是HEGO、UEGO、EG0,或其它类型的排气传感器。还应注意,如上文中参考传感器76所述的那样,传感器160可以对应于各种不同的传感器。

阻挡层622可以由任何适合的一种或多种材料形成。适合的材料包括选择性地通过混合燃料中的一种类型燃料而排除或基本上排除混合燃料中的一种或多种其他类型燃料的材料、以比其他类型燃料更高的速率通过一种类型燃料的材料,或拥有任何其他属性以允许富集混合燃料中选择的燃料类型的材料。选择性可以基于所需燃料成分之间的物理属性的任何适当差别。其示例包括但不限于,燃料成分的相对极性、燃料成分对选择性材料的表面的化学反应和/或表面吸收特性、燃料成分的分子大小相对于选择性材料的孔大小,及这些属性的组合。

具有混合燃料分离器的装置及分离混合燃料的方法

公开一种在具有内燃发动机、燃料箱,及流体连通地位于所述燃料箱和发动机之间的萃取器的装置中,操作该装置的方法,其中所述方法包括从燃料箱中添加一定容积的混合燃料到萃取器中,其中所述混合燃料包含至少一种基本上非极性的燃料成分及至少一种极性燃料成分,添加一定容积的极性溶剂到萃取器中,从混合燃料中萃取至少一部分极性燃料到极性溶剂中,从而形成具有浓度增加的极性燃料的第一燃料混合物及具有浓度增加的基本上非极性燃料的第二燃料混合物,及以基于发动机操作条件选择的比率向发动机提供第一燃料混合物和第二燃料混合物。该方式利用了现有的汽油/酒精混合物,从而可以允许利用多次喷射和/或多种燃料策略的优点而不会给用户带来不便。此外,在某些将水用作极性溶剂的实施例中,水在第一燃料混合物中的出现可以允许将第一燃料混合物用于进气冷却来帮助防止预点火。

在将混合燃料分离为至少富集酒精和富集碳氢化合物的馏分之后,方法400接下来包括基于发动机操作条件控制向发动机10供应来自富集酒精的馏分的燃料和来自富集碳氢化合物的馏分的燃料。例如,如果检测到发动机爆震,则可以提供更大相对量的来自富集酒精的馏分的燃料来减少爆震。此外,在具有两种以上输入的燃料系统中,可以添加来自第三输入的水来帮助防止预点火。或者,富集酒精的馏分可以包含一定量的水来帮助防止预点火。作为另一个示例,随着发动机负荷增加,可以向发动机提供更大相对量的来自富集碳氢化合物的馏分的燃料,从而向发动机提供更多能量。应理解,这些只是控制向发动机10供应富集酒精的燃料馏分和富集碳氢化合物的燃料馏分的示例方法,且可以基于任何其他适合的发动机操作条件或为任何其他适合的目的调整来自这些馏分的燃料的相对量(或比率)。其他示例包括但不限于,减少排放和/或增加燃料经济。

本发明所要解决的技术问题是提供一种简化发动机对一种以上类型燃料喷射的使用的装置和方法。发明人在此认识到,这样的装置和方法可以通过下述方式更容易地实现:使用具有位于燃料箱和内燃发动机之间的萃取器的装置,及使用一种操作所述装置的方法,所述方法包括从燃料箱中添加一定容积的混合燃料到萃取器中,其中所述混合燃料包含至少一种基本上非极性的燃料成分及至少一种极性燃料成分,添加一定容积的极性溶剂到萃取器中,从混合燃料中萃取至少一部分极性燃料到极性溶剂中,从而形成具有浓度增加的极性燃料的第一燃料混合物及具有浓度减少的极性燃料的第二燃料混合物,及以基于发动机操作条件选择的比率向发动机提供第一燃料混合物和第二燃料混合物。

本发明所要解决的技术问题是提供一种简化发动机对一种以上类型燃料喷射的使用的装置和方法。发明人在此认识到,这样的装置和方法可以通过下述方式更容易地实现:使用具有位于燃料箱和内燃发动机之间的萃取器的装置,及使用一种操作所述装置的方法,所述方法包括从燃料箱中添加一定容积的混合燃料到萃取器中,其中所述混合燃料包含至少一种基本上非极性的燃料成分及至少一种极性燃料成分,添加一定容积的极性溶剂到萃取器中,从混合燃料中萃取至少一部分极性燃料到极性溶剂中,从而形成具有浓度增加的极性燃料的第一燃料混合物及具有浓度减少的极性燃料的第二燃料混合物,及以基于发动机操作条件选择的比率向发动机提供第一燃料混合物和第二燃料混合物。

如上所述,发动机10可以用各种模式操作,包括稀混合气操作、浓混合气操作,及“接近化学计量”操作。“接近化学计量”操作可以指在化学计量空燃比周围振荡的操作。通常,此振荡操作通过来自排气氧传感器的反馈来控制。在此接近化学计量操作模式中,发动机可以在约一个化学计量空燃比的范围内操作。

冷凝器640可用于在全蒸发过程之后从再循环排气流中液化萃取的燃料成分,以及水蒸气和任何其他可液化的排气成分。液化的萃取燃料然后可以收集在第一燃料馏分存储箱630a中以供发动机10在以后使用。还可以将再循环排气提供给发动机10的进气歧管,如图6所示,或可以作为排气从发动机中排放。应理解,可以引导再循环排气在流过分离器之前或之后通过其他组件。这些其他组件的一个示例是EGR冷却器,它可以位于分离器620的上游或下游。

在某些实施例中,可以监视分离器的性能来对分离器提供更大程度的控制。可以按任何适合的方式监视分离器的性能。例如,可以通过诸如分离器温度、混合燃料进入分离器的流速、在分离器内的混合燃料压力、混合燃料的组成,和/或在分离器内的再循环排气(或其他萃取液)的压力和/或流速这样的变量来推断或计算分离速率。此外,也可以通过测量萃取液的卡路里含量(例如,通过UEGO传感器),和/或在萃取的流体是酒精时通过以光学方式测量液相萃取液中的酒精含量来计算分离速率。应理解,这些只是监视、计算或估计分离器性能的示例方法,且可以使用任何适合的方法。

现参考图3,提供具有燃料箱310的示例燃料系统布局,其中燃料箱310包含燃料加注盖312。该系统配置为接收燃料混合物使其通过加注管314并进入箱310,其中混合物可以是汽油/酒精混合物、汽油/酒精/水混合物,或如上所述的各种其他混合物,包括例如ElO这样的汽油/乙醇混合物。箱310中的燃料混合物可以通过传送系统传送到分离器系统320,如双箭头316所示。传送系统316可以是单向传送,如将燃料混合物传送到分离器320,或可以实现双向传送,如从分离器或下游燃料系统回到箱310的回管。传送系统316可以包括泵、阀、多根分离管,或各种其他组件,如下文中参考示例系统所述。此外,虽然图3示出传送系统316在箱310的外部,但系统316以及分离器320和/或传送系统322的部分也可以位于或至少部分位于箱310内。

在一个实施例中,阻挡层622包括对混合燃料中选择的燃料成分具有化学或物理亲和性的材料。例如,在混合燃料包括乙醇(或其他低碳数醇)和汽油时,对极性分子具有亲和性的聚合材料可用于选择性地传送乙醇分子,而基本上排除碳氢化合物。对低碳数醇,如甲醇、乙醇和丙醇具有选择性的适合的聚合材料的示例包括但不限于,聚乙烯醇、聚砜、聚醚(醚酮)、聚二甲基硅氧烷,及三乙酸纤维素。这些材料会表现出优先于倾向表现出更加非极性行为的汽油的碳氢化合物成分而选择性传送极性分子。这类材料在选择性地传送可以在混合燃料中使用的其他氧化或极性燃料成分,如乙醚和酯时也很有效。在某些实施例中,可以用陶瓷、金属、或其他刚性支撑来支撑聚合材料,聚合物在陶瓷、金属、或其他刚性支撑上沉积为薄或厚的膜。在其他实施例中,聚合材料可以构成选择性阻挡层的主要部分。

具有混合燃料分离器的装置及分离混合燃料的方法

公开一种在具有内燃发动机的装置中,操作所述发动机的方法,包括从燃料箱向分离器提供混合燃料,通过分离器中选择性地传送碳氢化合物燃料成分的材料传送碳氢化合物燃料成分来从混合燃料中分离至少一部分碳氢化合物燃料成分,从而形成富集氧化燃料成分的第一燃料馏分和富集碳氢化合物的第二燃料馏分,及以基于发动机操作条件的比率向发动机提供来自第一燃料馏分的燃料和来自第二燃料馏分的燃料。该方式利用了现有的汽油/酒精混合物,从而可以允许利用多次喷射和/或多种燃料策略的优点而不会给用户带来不便。此外,这种策略可以允许分离混合燃料而不使用水或水蒸气,从而相对于使用水或水蒸气进行萃取的萃取方法来说有助于保留氧化燃料成分的能量密度。

技术领域

图1通过箭头8示出发动机10接收多种物质(1、2.....N)供给。这些不同的物

排放控制装置72如图所示位于催化转化器70下游。排放控制装置72可以是三元催化剂或NOx捕集器,或其组合。

图12总地在1200处示出燃料系统的另一个示例实施例。燃料系统1200包括燃料箱1210、燃料分离器1220,及用于在分离之后并在提供给发动机之前存储富集燃料馏分的第一和第二燃料馏分存储箱(1230a,1230b)。燃料系统1200还包括萃取液存储箱1240及分离器加热器1250。这与其中再循环排气作为萃取液和作为用于加热分离器的热源使用的上述实施例不同。任何适合的流体都可用作萃取液。例如,在某些实施例中,萃取液可以包括由用户定期或不定期地添加到存储箱1240中的水,和/或可以包括配置为液化空气中的水蒸气来收集用作萃取液的水的冷凝器。此外,萃取液存储箱1240可以包括以常规方式在汽车中使用用于存储水溶液的存储箱。例如,在一个实施例中,液体存储箱1240包括挡风玻璃清洗液箱,从其中吸取液体用于清洗汽车挡风玻璃并用于在燃料分离之后莘取/排除从分离器1220传送的燃料成分。

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具体实施方式

图1通过箭头8示出发动机10接收多种物质(1、2.....N)供给。这些不同的物

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