專利名稱：雙燃料方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)適用于應(yīng)用在車輛內(nèi)燃機(jī)的雙燃料方法及其系統(tǒng)。
內(nèi)燃機(jī)由液體燃料和氣體燃料驅(qū)動(dòng)，既提高了燃料的經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動(dòng)機(jī)的效率；同時(shí)也使所不希望的廢氣排放維持在較低水平。適合在液體燃料或氣體燃料下運(yùn)轉(zhuǎn)的車輛被稱為“雙燃料”或“多燃料”車輛。
為了最大限度地提高燃料的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放降到最低，人們已經(jīng)傾向于使用氣體燃料，如壓縮天然氣(CNG)，液態(tài)天然氣(LNG)，諸如酒精，以及液態(tài)或液化石油氣(LPG)。氣體燃料，如CNG、以及LPG，不僅提供了燃料優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動(dòng)機(jī)的低排放，同時(shí)也提供了內(nèi)燃機(jī)更好的冷啟動(dòng)性能。
氣體燃料包括由常溫常壓下為氣態(tài)的易燃燃料。雙燃料車輛使用的氣體燃料包括由天然氣或壓縮天然氣(CNG)，氫氣等的構(gòu)成的甲烷。氣體燃料術(shù)語(yǔ)還包括液化石油氣(LPG)。LPG是非常理想的氣體燃料。LPG加壓后可以是氣態(tài)，液態(tài)或兩種狀態(tài)同時(shí)存在。LPG的實(shí)例包括丙烷，丁烷，以及二甲醚(DME)等。
由碳?xì)浠衔锶剂先紵鶎?dǎo)致的大氣污染，諸如汽油燃料汽車內(nèi)燃機(jī)的廢氣排放，如果不加以適當(dāng)控制，將導(dǎo)致問題。實(shí)際努力和研究已經(jīng)進(jìn)入到了開發(fā)以替代汽油的各種輕碳?xì)浠衔锶剂线M(jìn)行工作的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)，所述輕碳?xì)浠衔锶剂蠟榫凭?，以及那些含有較低復(fù)雜碳?xì)浠衔锓肿?，且每個(gè)子中含碳原子較少的的燃料，如戊烷，丁烷，丙烷，甲烷，甚至乙烷。使用天然氣(甲烷)是由于它儲(chǔ)量豐富、清潔的燃燒性能、相對(duì)低的成本以及它被用作固定內(nèi)燃機(jī)的燃料。為了在車輛內(nèi)部給車輛的內(nèi)燃機(jī)提供充足的燃料，燃料必須以高壓縮狀態(tài)存儲(chǔ)，要求重載、能夠在外界溫度升至125°F(51.6℃)時(shí)存儲(chǔ)氣態(tài)乙烷并能夠耐高壓的高壓燃料箱和燃料系統(tǒng)部件。
另一方面，丙烷能夠在比甲烷低得多的壓強(qiáng)下以液態(tài)形式儲(chǔ)存，例如在-44°F(-42.2℃)時(shí)O磅/平方英寸(psi)，在70°F(21.1℃)時(shí)125psi，在125°F(51.6℃)時(shí)260psi。在某些地理區(qū)域，已經(jīng)能夠?yàn)槎喾N用戶供應(yīng)相對(duì)豐富且經(jīng)濟(jì)的液態(tài)丙烷燃料源。
已經(jīng)開發(fā)了許多雙燃料系統(tǒng)，其采用耐壓容器或輸送丙烷的方法，使用丙烷作為替代燃料。有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的典型車輛用丙烷燃料箱系統(tǒng)經(jīng)由汽化器燃料輸送系統(tǒng)(carburetor fvel feed system)或電子燃料噴射系統(tǒng)(EFI)以氣態(tài)的形式輸送丙烷到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管。
許多常規(guī)的雙燃料系統(tǒng)成本高而且不可靠。另外，常規(guī)的雙燃料系統(tǒng)通常有兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，包含許多雙重、備用和/或額外裝置的零件，部件或設(shè)備，如計(jì)算機(jī)，軟管，燃燒裝置，兩級(jí)預(yù)熱器等。此外，常規(guī)的雙燃料系統(tǒng)通常體積很大，占據(jù)了車輛引擎罩(發(fā)動(dòng)機(jī)罩)內(nèi)的寶貴空間。常規(guī)雙燃料系統(tǒng)中雙重設(shè)備的額外重量也增加了燃料的消耗。
另外，當(dāng)常規(guī)雙燃料系統(tǒng)切換到不同種燃料時(shí)，常常遇到車輛的性能問題。在不同種燃料間切換時(shí)，由于兩種燃料間的時(shí)間延遲將導(dǎo)致不穩(wěn)定。例如當(dāng)一個(gè)常規(guī)汽化雙燃料系統(tǒng)從汽油模式切換到液化石油氣(LPG)模式時(shí)，汽油繼續(xù)和LPG同時(shí)注入發(fā)動(dòng)機(jī)，直到汽化器(carburetor)浮子室內(nèi)的汽油耗盡為止。這將導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)溢油或停車。當(dāng)一個(gè)常規(guī)汽化雙燃料系統(tǒng)從液化石油氣(LPG)模式切換到汽油模式時(shí)，LPG被截止，但是沒有汽油注入發(fā)動(dòng)機(jī)，直到汽油充滿汽化器浮子室。這將導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)熄火或爆鳴。
配有電子燃料噴射器(EFI)的常規(guī)雙燃料系統(tǒng)會(huì)遇到類似的問題。例如當(dāng)一個(gè)常規(guī)EFI雙燃料系統(tǒng)從汽油模式切換到LPG模式時(shí)，汽油繼續(xù)和LPG一起同時(shí)被輸入發(fā)動(dòng)機(jī)，直到燃料主管(fvel rail)和軟管中的殘留汽油被耗盡。這會(huì)導(dǎo)致汽油和LPG發(fā)生不期望的混合，將造成故障和/或發(fā)動(dòng)機(jī)性能問題。另外，當(dāng)一個(gè)常規(guī)EFI雙燃料系統(tǒng)從LPG模式切換到汽油模式時(shí)，燃料主管和軟管中的殘留LPG繼續(xù)與汽油一起注入發(fā)動(dòng)機(jī)，這將導(dǎo)致車輛性能不穩(wěn)定，雜亂不規(guī)則。
因此，有必要提供一種改進(jìn)的雙燃料方法及其系統(tǒng)，該系統(tǒng)若不能全部，至少要能克服上述絕大部分的問題。
如果需要，在某些環(huán)境下雖然可以使用其它類型的液體燃料，但優(yōu)選的液體燃料是汽油。優(yōu)選的LPG是丙烷，如果需要，可以使用其它類型的LPG，如丁烷，二甲醚(DME)等。盡管在某些環(huán)境下可以使用其它類型的氣體燃料，如壓縮天然氣(CNG)等，但優(yōu)選的氣體燃料是LPG。
改進(jìn)后的雙燃料方法及其系統(tǒng)在車輛，例如汽車，出租車，運(yùn)動(dòng)用車(SUV)，有篷貨車，旅行車，卡車，摩托車，滑雪車，水艇，地面運(yùn)動(dòng)車輛，船，飛機(jī)，拖拉機(jī)，鋤耕機(jī)，推土機(jī)，起重機(jī)，或公路分級(jí)設(shè)備中特別有用。改進(jìn)后的雙燃料方法及其系統(tǒng)也可以應(yīng)用于其他機(jī)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和固定式發(fā)動(dòng)機(jī)，例如發(fā)電站，發(fā)電系統(tǒng)等。
按照本發(fā)明原理的操作雙燃料系統(tǒng)的特定方法，其包括以下步驟汲取第一燃料(如汽油)到燃料給料裝置(fvel feeding derice)；將第一燃料由燃料給料裝置輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)；和在第一燃料模式下，用第一燃料驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)希望改變發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行模式，用第二燃料例如液化石油氣(LPG)驅(qū)動(dòng)時(shí)，輸給燃料給料裝置的第一燃料流被截止。為了防止內(nèi)燃機(jī)溢流、停車及故障，在開啟第二燃料閥(如LPG閥)輸送、供給、使用第二燃料(如LPG)前，最好等到來(lái)自燃料給料裝置的第一燃料(如汽油)充分耗盡，從而阻止來(lái)自燃料給料裝置的第一燃料流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)?shù)诙剂祥y被開啟，第二燃料(如LPG)被輸入發(fā)動(dòng)機(jī)，因此發(fā)動(dòng)機(jī)能由第二燃料驅(qū)動(dòng)，并運(yùn)行于第二燃料模式。
當(dāng)希望改變發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行模式，使其由第二燃料模式切換到第一燃料模式，第一燃料(如汽油)被汲取到燃料給料裝置。為了防止內(nèi)燃機(jī)熄火、爆鳴、及車輛性能不均勻，在關(guān)閉第二燃料閥之前，最好等到第一燃料(如汽油)完全充滿燃料給料裝置。當(dāng)?shù)诙剂祥y被關(guān)閉，第二燃料流及其向發(fā)動(dòng)機(jī)的輸送將被停止。此后第一燃料(如汽油)被由燃料給料裝置輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)，因此發(fā)動(dòng)機(jī)能由第一燃料驅(qū)動(dòng)。
在一種情況下，燃料供給裝置包含一個(gè)帶有浮子室的汽化器。第一燃料(如汽油)可以由操作與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的燃料泵抽取。
另一種情況下，燃料供給裝置包含一個(gè)或多個(gè)電子燃料噴射器(EFI)，EFI有一個(gè)或多個(gè)燃料主管和燃料管路。第一燃料(如汽油)可以由操作與第一燃料箱相關(guān)聯(lián)的燃料泵抽取。
優(yōu)選情況下，廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)中排出，同時(shí)監(jiān)測(cè)廢氣中的含氧量。在選定的有限時(shí)間周期內(nèi)所監(jiān)測(cè)到的廢氣含氧量的基礎(chǔ)上獲得一信號(hào)，該信號(hào)可以是氧氣(O2)信號(hào)，優(yōu)選地為濾波的信號(hào)，例如濾波后的O2信號(hào)。濾波后的信號(hào)由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)產(chǎn)生，或者信號(hào)的產(chǎn)生與該單元相關(guān)，ECU根據(jù)濾波后的信號(hào)控制閥門，例如第二燃料閥門(LPG閥)的運(yùn)行。優(yōu)選地，當(dāng)濾波后的信號(hào)隨著切換到第二燃料模式而減少時(shí)，第二燃料閥門將被打開。同樣，當(dāng)濾波后的信號(hào)隨著切換到第一燃料模式而增加時(shí)，第二燃料閥門將被關(guān)閉。
為了提高雙燃料方法及其系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性并進(jìn)一步增強(qiáng)其故障保護(hù)操作，濾波后的信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)生成一定時(shí)信號(hào)，該信號(hào)可以提供一定時(shí)器，有時(shí)則稱為“看門狗”定時(shí)器。在第二燃料模式下(如LPG模式)，如果濾波后的信號(hào)經(jīng)過預(yù)先選定(預(yù)先決定)的時(shí)間周期基本沒改變，則第二燃料閥將在接收到“看門狗”定時(shí)器的定時(shí)信號(hào)后被打開。在第一燃料模式下(如汽油模式)，如果濾波后的信號(hào)經(jīng)過預(yù)先選定(預(yù)定)的時(shí)間周期基本上沒改變，則第二燃料閥將在接收到“看門狗”定時(shí)器的定時(shí)信號(hào)后被關(guān)閉。
根據(jù)本發(fā)明的原理，應(yīng)用于車輛的雙燃料系統(tǒng)也可以用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)制造，以驅(qū)動(dòng)車輛。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可以由相互隔離的燃料驅(qū)動(dòng)，這些燃料包括由液體燃料構(gòu)成的第一燃料，如汽油；以及由氣體燃料構(gòu)成的第二燃料，如液化石油氣(LPG)或壓縮天然氣(CNG)。理想地，該發(fā)動(dòng)機(jī)可以運(yùn)行于第二燃料模式，并能夠從第一燃料模式(如汽油)切換到第二燃料模式(如氣體燃料)。
雙燃料系統(tǒng)有一連接到發(fā)動(dòng)機(jī)并向發(fā)動(dòng)機(jī)輸送燃料的進(jìn)氣岐管。汽化器包含有汽化器浮子室和閥門，如蝶型閥，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在汽油(第一燃料)模式下運(yùn)行時(shí)，該閥門與進(jìn)氣岐管相連，并向發(fā)動(dòng)機(jī)輸送汽油(第一燃料)。雙燃料系統(tǒng)還包括被置于汽化器附近的空氣過濾器。汽油箱適于用來(lái)容納并貯藏汽油。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在汽油模式下運(yùn)行時(shí)，與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的燃料泵從汽油箱汲取汽油到汽化器。汽油閥則被用來(lái)控制輸入汽化器的流量。理想地，提供了連接空氣過濾器和進(jìn)氣歧管的控制閥，在汽化器與/或ECU的蝶型閥的控制下以一定的空氣-燃料混合比將過濾的空氣從過濾器輸送到汽油流過的進(jìn)氣岐管。更有利的是，在單向閥允許過濾后的空氣從空氣過濾器進(jìn)入控制閥(空氣閥)的同時(shí)也阻止了第二燃料流進(jìn)空氣過濾器。
雙燃料系統(tǒng)最好還包含第二燃料箱，以便容納貯存第二燃料，如LPG或CNG。第二燃料閥用來(lái)控制由第二燃料箱流入控制閥的第二燃料(LPG或CNG)流量。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在第二燃料模式下，控制閥工作以輸送第二燃料到進(jìn)氣岐管?？刂崎y可包括雙空氣閥和脈寬調(diào)制閥(PWM)。理想情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)的運(yùn)轉(zhuǎn)與發(fā)動(dòng)機(jī)、控制閥、汽油閥、以及第二燃料閥相關(guān)以控制發(fā)動(dòng)機(jī)、控制閥、汽油閥、以及第二燃料閥的性能。與ECU相關(guān)聯(lián)的模式選擇開關(guān)可以允許操作者或駕駛員選擇使發(fā)動(dòng)機(jī)在汽油模式運(yùn)行或在第二燃料模式下運(yùn)行。
一種情況，第二燃料包括液化石油氣(LPG)，相應(yīng)地第二燃料閥包括LPG閥。系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)器和聯(lián)接到LPG閥的汽化器，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在第二燃料模式下運(yùn)行時(shí)，用來(lái)調(diào)節(jié)并汽化LPG。
另一種情況，第二燃料包括壓縮天然氣(CNG)，相應(yīng)地第二燃料箱包括CNG箱。
優(yōu)選情況下，使用與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的排氣管來(lái)排放廢氣。最好有催化式排氣凈化器用以將由廢氣排放到大氣中的污染物降到最低。有利的是，利用與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)相連的氧氣(O2)檢測(cè)器來(lái)敏感并監(jiān)測(cè)廢氣中的含氧量。
本發(fā)明的更詳細(xì)的說(shuō)明將結(jié)合相應(yīng)的附圖在下面的詳細(xì)描述和附加權(quán)力要求中給出。
優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明

圖1中的汽化雙燃料方法及其系統(tǒng)10有一模式選擇開關(guān)12，用來(lái)選擇車輛16的內(nèi)燃機(jī)14的運(yùn)行模式從汽油(第一燃料)模式切換到液化石油氣(LPG)(第二燃料)模式。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)17與模式選擇開關(guān)和發(fā)動(dòng)機(jī)相連。氧氣(O2)檢測(cè)器18與ECU相連，用來(lái)檢測(cè)、敏感、監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣中的含氧量。汽油截止閥20連接到ECU上。汽油截止閥控制從汽油箱22流入汽化器24的汽油流量。汽化器有一浮子室26和控制汽化器內(nèi)燃料-空氣比的閥門27，如蝶型閥。空氣過濾器28可以置于汽化器中或接近的位置。汽化器經(jīng)由浮子室輸送汽油到發(fā)動(dòng)機(jī)。
圖1中汽化雙燃料方法及其系統(tǒng)還包括一連接到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)上的LPG截止閥30。LPG閥控制由LPG箱32流入汽化器和流量控制調(diào)節(jié)器34的燃料流量。組合式汽化器和流量控制調(diào)節(jié)器將液化石油氣(LPG)汽化，并調(diào)節(jié)汽化LPG流入燃燒室36的流量，燃燒室的操作與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)。
燃料泵38(圖1)將汽油從汽油箱汲取到汽化器，其可操作地與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)。優(yōu)選的，催化式排氣凈化器40用來(lái)限制廢氣中污染物的排放，以便遵從環(huán)境保護(hù)法令的規(guī)定。進(jìn)入催化式排氣凈化器的廢氣含氧量可以由氧氣傳感器檢測(cè)并監(jiān)測(cè)。
在車輛汽化雙燃料系統(tǒng)中運(yùn)行的優(yōu)選方法包括以下步驟由與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的燃料泵將汽油汲取到汽化室。接下來(lái)汽油由汽化器輸入到發(fā)動(dòng)機(jī)，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)由汽油驅(qū)動(dòng)并工作在汽油模式下。廢氣通過排氣管42(圖1)從發(fā)動(dòng)機(jī)中排放或釋放。令人滿意的是，廢氣中的污染物的排放由催化式排氣凈化器限制并控制。
為了更好的控制催化式排氣凈化器的運(yùn)行，廢氣中的含氧量由氧氣(O2)檢測(cè)器檢測(cè)并監(jiān)測(cè)。氧氣信號(hào)(O2)是在O2檢測(cè)器所測(cè)廢氣中的含氧量的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。理想地，在預(yù)先選定的有限時(shí)間周期測(cè)定氧氣信號(hào)的中間數(shù)或平均值，從而獲得濾波后的O2信號(hào)。然后，濾波后的O2信號(hào)被發(fā)送送并傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元包含中央處理單元(CPU)，該單元包括計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)芯片、集成芯片、微處理器或電路板。
在汽化雙燃料系統(tǒng)中，LPG閥的運(yùn)行優(yōu)選地由車輛發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(CEU)控制。為了將車輛的運(yùn)行模式由汽油模式切換到LPG模式，模式選擇開關(guān)被觸發(fā)或切換到LPG模式，同時(shí)關(guān)閉汽油閥門，以便阻止汽油流入汽化器。為了防止溢油、停車和發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃料混合，理想地，等到汽化器浮子室內(nèi)的汽油基本耗盡(substantially empty)，LPG閥門才被打開，從而接入并獲得LPG。當(dāng)LPG閥門被打開后，LPG被汽化并被注入發(fā)動(dòng)機(jī)，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠由汽化LPG驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行在LPG模式下。優(yōu)選地，在LPG模式下，當(dāng)過濾的O2信號(hào)減小到一個(gè)閾值時(shí)，LPG閥門被打開。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)包括或與一計(jì)時(shí)器44相連(圖1)，該定時(shí)器(有時(shí)被稱為看門狗定時(shí)器)包含一定時(shí)電路。當(dāng)經(jīng)過一段預(yù)先確定(預(yù)定)時(shí)間周期后，如果過濾的O2信號(hào)沒有降到閾值，該定時(shí)器與ECU相協(xié)調(diào)生成一定時(shí)信號(hào)。理想地，在LPG模式下，當(dāng)過濾的O2信號(hào)降到閾值后，如果LPG閥門沒有及早地打開，則LPG閥門將響應(yīng)定時(shí)信號(hào)而被開啟。定時(shí)器提供了輔助控制及額外的故障保護(hù)備份，從而保證了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)及其系統(tǒng)性能的穩(wěn)定。
當(dāng)希望將發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行模式由LPG模式改變?yōu)槠湍Ｊ綍r(shí)，則模式選擇開關(guān)將被切換或觸發(fā)為汽油模式。在汽油模式下，汽油閥門被打開，同時(shí)燃料泵進(jìn)一步將汽油汲取至汽化器。為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)熄火以及燃料回流，最好等到汽油基本充滿汽化器浮子室后再關(guān)閉LPG閥門切斷LPG的流動(dòng)、汽化和向發(fā)動(dòng)機(jī)中輸送LPG。LPG閥門一旦被關(guān)閉，汽油將由汽化器注入發(fā)動(dòng)機(jī)，因此發(fā)動(dòng)機(jī)能夠由汽油驅(qū)動(dòng)在汽油模式下運(yùn)行。優(yōu)選地，在汽油模式下，當(dāng)過濾的O2信號(hào)增加到一閾值，LPG閥門將被關(guān)閉。當(dāng)在預(yù)定(預(yù)選定)的有限的時(shí)間周期內(nèi)，如果過濾的O2信號(hào)沒能增加到一閾值，由定時(shí)電路構(gòu)成的定時(shí)器也能與ECU相協(xié)調(diào)產(chǎn)生一定時(shí)信號(hào)。理想地，汽油模式下，當(dāng)過濾波后的O2信號(hào)增加到一閾值時(shí)，如果LPG閥門沒有及早地關(guān)閉，則LPG閥門將響應(yīng)定時(shí)信號(hào)被關(guān)閉。如前面的論述，定時(shí)器提供了輔助控制及安全備份，從而保證了車輛及發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和平穩(wěn)運(yùn)行。
圖2為由汽油轉(zhuǎn)換(切換)到液化石油氣(LPG)的時(shí)間函數(shù)(TLPG)圖。頂端的圖表50給出了由汽油切換到LPG時(shí)模式選擇開關(guān)操作過程對(duì)時(shí)間的函數(shù)。下面較低些的圖表52給出了由汽油模式轉(zhuǎn)換(切換)到LPG模式時(shí)，汽油截止閥操作過程對(duì)時(shí)間的函數(shù)。在下方的圖表54中給出了由汽油模式轉(zhuǎn)換(切換)到LPG模式時(shí)，LPG截止閥操作過程對(duì)時(shí)間的函數(shù)。下方較低的的圖表56給出了由汽油模式轉(zhuǎn)換(切換)到LPG模式時(shí)，LPG流量對(duì)時(shí)間的函數(shù)。在下面較低的的圖表58中給出了由汽油模式轉(zhuǎn)換(切換)到LPG模式時(shí)，通過汽油管的汽油流對(duì)時(shí)間的函數(shù)。下方的圖表60給出了由汽油模式轉(zhuǎn)換(切換)到LPG模式時(shí)，未過濾O2信號(hào)對(duì)時(shí)間的函數(shù)。底部的圖表62給出了由汽油模式轉(zhuǎn)換(切換)到LPG模式時(shí)，過濾的O2信號(hào)對(duì)時(shí)間的函數(shù)。
圖3為由LPG轉(zhuǎn)換(切換)到汽油的時(shí)間函數(shù)(Tgas)圖。上部的圖表(圖)70給出了作為時(shí)間函數(shù)的由LPG切換到汽油時(shí)模式選擇開關(guān)操作過程。下面較低些的圖表(圖)72給出了由LPG模式轉(zhuǎn)換(切換)到汽油模式時(shí)，汽油截止閥操作過程的時(shí)間函數(shù)。在下方的圖表(圖)74中給出了由LPG模式轉(zhuǎn)換(切換)到汽油模式時(shí)，LPG截止閥操作過程的時(shí)間函數(shù)。下方較低的的圖表(圖)76給出了由LPG模式轉(zhuǎn)換(切換)到汽油模式時(shí)的LPG流量。在下面較低的的圖表(圖)78中給出了由LPG模式轉(zhuǎn)換(切換)到汽油模式時(shí)，汽化器浮子室中的汽油流量。下方的圖表80給出了由汽油模式轉(zhuǎn)換(切換)到LPG模式時(shí)，未過濾O2信號(hào)的時(shí)間函數(shù)。底部的圖表82給出了由汽油模式轉(zhuǎn)換(切換)到LPG模式時(shí)，過濾的O2信號(hào)的時(shí)間函數(shù)。
圖4給出了含有電子燃料噴射器(EFI)的雙燃料方法及其系統(tǒng)100，電子燃料噴射器(EFI)包括汽油電子噴射器(EFI)102和LPG電子燃料噴射器(EFI)104。汽油EFI包括其上有4個(gè)電子燃料噴射器108的汽油燃料主管106。LPG EFI包括一LPG氣體燃料主管110和4個(gè)LPG電子燃料噴射器112。汽油燃料噴射器將汽油注入雙燃料內(nèi)燃機(jī)114。氣體LPG燃料噴射器將氣態(tài)LPG注入雙燃料內(nèi)燃機(jī)。
雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)116相連，并受其控制。ECU與冷卻液傳感器，岐管絕對(duì)壓力(MAP)傳感器102，以及位于發(fā)動(dòng)機(jī)附近其運(yùn)行與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器相連接。冷卻液傳感器敏感發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的溫度。MAP傳感器敏感進(jìn)氣岐管中的壓力。發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器敏感發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(rpm)或速度。來(lái)自冷卻液傳感器、MAP傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器的信號(hào)被傳遞并發(fā)送到ECU，以幫助ECU更好的控制發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱或處于暫態(tài)時(shí)，例如加速、制動(dòng)、空調(diào)被開啟(激活)時(shí)等，該方法尤其有效。
來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣經(jīng)由廢氣管112(圖4)(有時(shí)被稱為排氣管或尾氣管112)排出，并通過催化式排氣轉(zhuǎn)化器124將污染降為最低。凈化后的廢氣可以由廢氣口126排放到大氣中。氧氣(O2)傳感器128被置于排氣管中催化式排氣轉(zhuǎn)化器的上游，用來(lái)監(jiān)測(cè)并檢測(cè)進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器的廢氣中的含氧量。O2傳感器與ECU相連接。除了最初的預(yù)熱，和前面所述的暫態(tài)階段(轉(zhuǎn)換)(此時(shí)MAP傳感器，冷卻液傳感器以及發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器能給出更可靠的發(fā)動(dòng)機(jī)性能示數(shù))，O2傳感器通常能給出廢氣中含氧量的精確檢測(cè)值。
ECU與一汽油燃料泵130相連(圖4)，該燃料泵可以被置于汽油燃料箱132之中，或與其相鄰。汽油燃料泵從汽油箱汲取并經(jīng)由汽油輸油管(軟管)134輸送汽油到汽油EFI的汽油壓力調(diào)節(jié)器136?；赜凸?軟管)138可在汽油壓力調(diào)節(jié)器和汽油燃料泵之間伸長(zhǎng)，用來(lái)回流由汽油壓力調(diào)節(jié)器確定的汽油蒸汽和液體。噴射器控制管140連接并溝通汽油EFI和ECU。汽油泵管142將汽油燃料泵和ECU連接起來(lái)。汽油泵控制器或汽油截止閥144被接入到汽油泵管，用來(lái)控制汽油燃料泵的運(yùn)行。
ECU可經(jīng)由LPG截止管146連接到LPG截止閥148上。LPG截止閥控制來(lái)自LPG箱150的液化石油氣(LPG)流量。當(dāng)LPG閥被打開，LPG將流過LPG輸入管(軟管)152進(jìn)入汽化器和調(diào)節(jié)器154。汽化器和調(diào)節(jié)器汽化并調(diào)節(jié)LPG流量。汽化LPG流通過汽化LPG管(軟管)156進(jìn)入LPG EFI。LPG EFI經(jīng)由噴射控制管158連接到ECU。
在車輛中的利用電子燃料噴射器操作的雙燃料系統(tǒng)的優(yōu)選方法包括如下步驟利用與車輛汽油箱運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的汽油燃料泵汲取汽油到汽油電子燃料噴射器(EFI)。接下來(lái)汽油被從汽油EFI的汽油主管注入車輛發(fā)動(dòng)機(jī)，因此雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)能夠由汽油驅(qū)動(dòng)在汽油模式下運(yùn)行。
在含有EFI的雙燃料系統(tǒng)中，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣通過催化轉(zhuǎn)化器后由廢氣管排出。催化轉(zhuǎn)化器限制了廢氣中的污染物的排放。廢氣中的含氧量由氧氣(O2)檢測(cè)器監(jiān)測(cè)并檢測(cè)。氧氣信號(hào)(O2)是在O2檢測(cè)器所測(cè)廢氣中的含氧量的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。在預(yù)定的有限時(shí)間周期內(nèi)，測(cè)定氧氣信號(hào)的均值或平均值從而得到過濾的O2信號(hào)。過濾的O2信號(hào)被發(fā)送并傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元包含中央處理單元(CPU)，CPU由計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)芯片、集成芯片、微處理器或電路板構(gòu)成。ECU控制LPG閥的運(yùn)轉(zhuǎn)。
在含有EFI的雙燃料系統(tǒng)中，當(dāng)希望將車輛的運(yùn)行模式由汽油模式切換到LPG模式時(shí)，汽油閥被關(guān)閉，以阻止汽油流入汽油EFI。為了將汽油跟LPG的混合降到最低，同時(shí)幫助防止發(fā)動(dòng)機(jī)故障，最好等到汽油EFI的汽油主管內(nèi)的汽油基本耗盡后，再打開LPG閥門，以便獲得并使用液化石油氣(LPG)。當(dāng)LPG閥被打開后，LPG被汽化器汽化，且氣態(tài)LPG被汽化LPG電子噴射器注入雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，因此發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在由汽化LPG驅(qū)動(dòng)LPG模式下運(yùn)行。優(yōu)選地，在LPG模式下，當(dāng)過濾的O2信號(hào)減小到閾值時(shí)，LPG閥被打開。
計(jì)時(shí)器160(圖4)(有時(shí)被稱為看門狗定時(shí)器)可包括由定時(shí)電路，并連接到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)。當(dāng)經(jīng)過預(yù)定(預(yù)先選定)的有限時(shí)間周期后，如果過濾的O2信號(hào)沒有降到閾值，該定時(shí)器與ECU相協(xié)調(diào)生成一定時(shí)信號(hào)。定時(shí)器提供了安全保護(hù)備份，從而幫助保證了車輛和發(fā)動(dòng)機(jī)更好的性能。在LPG模式下，當(dāng)過濾的O2信號(hào)降到閾值后，如果LPG閥門沒有及早地打開，則LPG閥門將響應(yīng)定時(shí)信號(hào)并被打開。
為了將包含EFI的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行模式由汽油模式切換到LPG模式，汽油閥被打開，因此汽油泵能夠繼續(xù)將汽油汲取到汽油EFI。為了避免汽油跟LPG的混合，同時(shí)最大化發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，最好等到汽油基本充滿EFI的汽油主管后，再將LPG閥門關(guān)閉、停止LPG流動(dòng)、汽化、及往發(fā)動(dòng)機(jī)中輸送LPG。當(dāng)LPG閥被關(guān)閉后，汽油被從汽油EFI輸入發(fā)動(dòng)機(jī)，因此發(fā)動(dòng)機(jī)能夠由汽油驅(qū)動(dòng)在汽油模式下運(yùn)行。優(yōu)選地，在汽油模式下，當(dāng)過濾的O2信號(hào)增加到閾值時(shí)，LPG閥被關(guān)閉。此外，理想地，在汽油模式下，當(dāng)過濾的O2信號(hào)增加到閾值而LPG閥卻沒能及早打開的情況下，在預(yù)定(選定)的有限時(shí)間周期，若過濾的O2信號(hào)沒有增加到閾值時(shí)，LPG閥將在接收到定時(shí)器的定時(shí)信號(hào)后被關(guān)閉。
對(duì)于擁有電子燃料噴射器(EFI)的雙燃料方法及其系統(tǒng)，當(dāng)由汽油模式切換到LPG模式(或相反轉(zhuǎn)換)時(shí)，汽油及LPG定時(shí)和流量，以及未過濾O2信號(hào)和過濾的O2信號(hào)的時(shí)間函數(shù)的圖表(圖)與圖2圖3中的圖表(圖)相類似。
圖5給出了雙燃料切換方法軟件流程圖。由氧氣(O2)檢測(cè)器測(cè)得的過濾的O2信號(hào)經(jīng)濾波步驟200過濾，以得到過濾的O2信號(hào)。在過濾步驟中，響應(yīng)于可編程時(shí)間常量，在預(yù)定(預(yù)先確定)的有限時(shí)間周期中，測(cè)得氧氣信號(hào)的均值或平均值。O2過濾信號(hào)經(jīng)過切換轉(zhuǎn)換步驟202傳送。如果發(fā)生到汽油或LPG的模式切換，則過濾的O2信號(hào)由步驟204保存，并被傳輸?shù)侥Ｊ竭x擇轉(zhuǎn)換步驟206。如果希望用汽油驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)在汽油模式下運(yùn)行，汽油截止閥在步驟208被開啟(打開)，且備份定時(shí)器(看門狗定時(shí)器)在定時(shí)步驟210啟動(dòng)，定時(shí)時(shí)間為Tgas。Tgas定時(shí)信號(hào)被傳送到設(shè)定延時(shí)標(biāo)志步驟212。
如果希望用LPG驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)在LPG模式下運(yùn)行，汽油截止閥在汽油關(guān)閉步驟214(圖5)被關(guān)閉(截止)，同時(shí)過濾的O2信號(hào)在定時(shí)步驟216被傳送到定時(shí)器(看門狗定時(shí)器)。定時(shí)器以預(yù)選定的時(shí)間周期TLPG啟動(dòng)。TLPG信號(hào)被傳送到設(shè)定延時(shí)標(biāo)志步驟212，延時(shí)(定時(shí))信號(hào)在此步驟設(shè)定。延時(shí)時(shí)間為TLPG或Tgas的延時(shí)(定時(shí))信號(hào)被傳送到退出步驟218。
如果在步驟202中(圖5)沒有切換到汽油或LPG的模式轉(zhuǎn)換，過濾的O2信號(hào)將被傳送到延時(shí)標(biāo)志設(shè)置步驟220。隨后，在新模式步驟222，確定雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是否將在不同的模式下運(yùn)行，也就是由汽油切換到LPG，或由LPG切換到汽油。如果發(fā)動(dòng)機(jī)被切換到汽油模式，過濾的O2信號(hào)將被傳送到定時(shí)超時(shí)步驟224。如果在定時(shí)超時(shí)步驟224時(shí)間超時(shí)，則LPG閥在LPG關(guān)閉步驟226被關(guān)閉。如果時(shí)間在定時(shí)超時(shí)步驟224沒有超時(shí)，則閾值將在閾值計(jì)算步驟228被計(jì)算。閾值T2大于1且等于存儲(chǔ)的過濾的O2信號(hào)與K2的乘積。K2可以是一個(gè)預(yù)先選定(預(yù)定)時(shí)間或常量。接下來(lái)，閾值信號(hào)被傳送到O2過濾步驟230。如果O2過濾信號(hào)大于閾值信號(hào)的計(jì)算值T2，則在LPG關(guān)閉步驟226，LPG閥將被關(guān)閉。如果O2過濾信號(hào)小于閾值信號(hào)的計(jì)算值T2，則過濾的O2信號(hào)將被傳遞到退出步驟218。
如果在新模式選擇步驟222(圖5)，希望由LPG驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在LPG模式下，則過濾的O2信號(hào)將被傳送到定時(shí)超時(shí)步驟232。在定時(shí)超時(shí)步驟232，確定來(lái)自定時(shí)器(看門狗定時(shí)器)的時(shí)間量和定時(shí)信號(hào)超時(shí)。如果定時(shí)超時(shí)，LPG閥將在LPG開啟步驟234被打開。如果定時(shí)沒有超時(shí)或在定時(shí)超時(shí)步驟232沒有收到定時(shí)信號(hào)，則閾值T1將在閾值計(jì)算步驟236被計(jì)算。閾值T1小于1且等于存儲(chǔ)的過濾的O2信號(hào)與K1的乘積。K1可以是一個(gè)預(yù)定(預(yù)先確定)時(shí)間或常量。計(jì)算的閾值信號(hào)T1被傳送到O2過濾步驟238并與過濾的O2信號(hào)相比較。如果O2過濾波信號(hào)小于閾值信號(hào)的計(jì)算值T1，則在LPG開啟步驟234LPG閥將被打開。如果過濾的O2信號(hào)小于閾值信號(hào)的計(jì)算值T1，則該信號(hào)將被傳遞到退出步驟218。
汽化雙燃料方法及其系統(tǒng)300具有與圖1中的汽化雙燃料方法及其系統(tǒng)相同的部分、器件、和設(shè)備，以及將在下文中說(shuō)明的附加部分和設(shè)備。模式選擇開關(guān)302可與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)304相連。模式選擇開關(guān)能夠被觸發(fā)或切換到汽油模式或液化石油氣模式(LPG)，來(lái)操作雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)306的運(yùn)行。ECU可與發(fā)動(dòng)機(jī)和電池308相連。發(fā)動(dòng)機(jī)被置于進(jìn)氣岐管310和廢氣管(排氣管)312之間并與兩者相通。燃料，例如汽油或LPG由進(jìn)氣岐管注入雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣經(jīng)由廢氣管(排氣管)進(jìn)入催化式排氣凈化器314。催化式排氣凈化器將廢氣中的污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)害的并能被環(huán)境接受的氣體，以便遵循環(huán)境法規(guī)，凈化廢氣。凈化后的廢氣可以直接排入大氣。為了監(jiān)測(cè)并檢測(cè)進(jìn)入催化式排氣凈化器的廢氣含氧量，氧氣(O2)檢測(cè)器316被置于發(fā)動(dòng)機(jī)和催化式排氣凈化器間的廢氣管中。O2檢測(cè)器與ECU相連并向其傳送O2信號(hào)。除了發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或處于暫態(tài)時(shí)，例如加速、制動(dòng)、空調(diào)被開啟時(shí)等，O2傳感器通常能可靠地測(cè)出廢氣中的含氧量。
發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度(ECT)傳感器318被置于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)或與其相鄰，用以監(jiān)測(cè)并檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的溫度(如防凍)。ECT傳感器可與ECU相連。發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器320被置于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)或與其相鄰，用以檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的速度(轉(zhuǎn)速)。發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器可與ECU相連。岐管絕對(duì)壓力傳感器(MAP)322可置于進(jìn)氣岐管內(nèi)，用來(lái)監(jiān)測(cè)并檢測(cè)燃料經(jīng)進(jìn)氣岐管注入發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的絕對(duì)壓力。MAP傳感器可與ECU相連。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或處于暫態(tài)時(shí)，例如加速、制動(dòng)、空調(diào)被開啟時(shí)等，當(dāng)O2信號(hào)可能不可靠時(shí)，MAP傳感器與ECT傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器一起有益于監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛的性能。MAP傳感器、ECT傳感器和/或發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器同樣可以應(yīng)用于圖1中的汽化雙燃料方法及其系統(tǒng)。
圖6中的汽化雙燃料方法及其系統(tǒng)同樣擁有汽油箱324和汽油燃料泵326。汽油燃料泵被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上或置于其附近。汽油燃料泵由汽油箱中汲取并輸送汽油到汽油截止閥328。汽油截止閥與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)相連并與其通訊。當(dāng)汽油截止閥被打開時(shí)，汽油將流動(dòng)(例如在1bar壓力下或大氣壓下)并經(jīng)輸油管(軟管)330進(jìn)入汽化器334浮子室332。當(dāng)汽油截止閥被關(guān)閉時(shí)，汽油將被阻止流通或進(jìn)入汽化器。汽化器有一手動(dòng)閥(如蝶型閥)用來(lái)調(diào)節(jié)空氣-燃料混合比(例如在夏天或冬天駕駛時(shí))。流過汽化器的汽油通過輸入岐管并被注入雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。空氣過濾器338被安裝在汽化器上或與其相鄰。被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的外界空氣經(jīng)由空氣過濾器從而過濾并移除不需要的微粒。過濾后的空氣流過并通過空氣軟管(空氣管)340進(jìn)入單向閥342。單向閥允許空氣流經(jīng)軟管344進(jìn)入空氣閥(控制閥)346。單向空氣閥在截止LPG流的同時(shí)也能阻止回流空氣經(jīng)單向閥通過軟管340進(jìn)入空氣過濾器?？諝忾y(控制閥)最好由脈寬調(diào)制閥(PWM)構(gòu)成，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在汽油(汽化器)模式下時(shí)，它能控制空氣流量，而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在LPG模式下時(shí)，它能控制汽化的LPG流量?？諝忾y(PWM)可與ECU相連并與其通訊。當(dāng)空氣閥被打開時(shí)，流過空氣閥的空氣經(jīng)過軟管(管)348進(jìn)入輸入岐管，并在汽油被注入發(fā)動(dòng)機(jī)之前與汽油在岐管中按設(shè)定的空氣-燃料混合比混合。
圖6中的汽化雙燃料方法及其系統(tǒng)也有氣體燃料箱350，例如存儲(chǔ)其它LPG的丙烷或LPG箱。LPG箱有一LPG箱截止閥352。當(dāng)LPG箱截止閥被打開時(shí)，LPG氣體在10-25bar的壓力下，經(jīng)由LPG管354進(jìn)入汽化器和調(diào)節(jié)器356。LPG截止閥358與汽化器和調(diào)節(jié)器相連。LPG閥也能與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)相連。當(dāng)LPG閥被打開時(shí)，汽化器和調(diào)節(jié)器將汽化LPG，并允許汽化LPG流經(jīng)汽化LPG管(軟管)360和軟管344進(jìn)入空氣閥(PWM閥)346。當(dāng)LPG被關(guān)閉時(shí)，調(diào)節(jié)器將阻止LPG氣流過汽化LPG氣管。在LPG模式下，脈寬調(diào)制閥(PWM)346允許汽化LPG經(jīng)軟管348流入輸入岐管，并被注入雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。
除了使用LPG外，圖6中的氣體燃料箱還可以存儲(chǔ)包括甲烷或其他輕碳?xì)浠衔锏膲嚎s天然氣。
ECU能監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)，并根據(jù)輸入信號(hào)控制截止閥和PWM閥。有利的是，空氣閥(PWM閥)在汽油模式下控制空氣-燃料混合，在LPG模式下控制LPG流量。
當(dāng)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)處于氣油模式時(shí)，PWM閥控制空氣流過單向閥將汽化器產(chǎn)生的的混合物沖淡。優(yōu)選地，汽化器運(yùn)轉(zhuǎn)(操作)在高濃度(rich)下。在汽油模式下，汽油截止閥被打開，同樣LPG截止閥被關(guān)閉。
如上所述，在LPG模式下，LPG截止閥被打開，同時(shí)汽油截止閥被關(guān)閉。軟管344中的壓力高于大氣壓，因此單向閥被關(guān)閉并阻止LPG流入空氣過濾器。在LPG模式下，PWM閥調(diào)節(jié)進(jìn)入雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的汽化LPG流量。
對(duì)于圖6中的雙燃料方法及其系統(tǒng)所圖示的，當(dāng)由汽油模式切換到LPG模式以及相反切換時(shí)，汽油及LPG流量，以及未過濾O2信號(hào)和過濾O2信號(hào)的時(shí)間函數(shù)的圖表(圖)與圖2圖3中的圖表(圖)相類似。
為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，內(nèi)燃機(jī)的汽化空氣-燃料混合比被監(jiān)測(cè)并被控制。監(jiān)測(cè)空氣-燃料混合比有利于節(jié)約燃料，提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，也能更好地遵從車輛排放法令。通常，只有達(dá)到或接近化學(xué)計(jì)算燃燒條件時(shí)，氧氣檢測(cè)器才能維持其精確性。ECU能夠確定比例積分微分增益整定參數(shù)，從而獲得目標(biāo)空氣-燃料混合比。ECU內(nèi)可以有微處理器，它使用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器和隨機(jī)存儲(chǔ)器處理并存儲(chǔ)車輛運(yùn)行期間的變量。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在化學(xué)計(jì)算的燃燒條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ECU通常能夠接收到來(lái)自O(shè)2檢測(cè)器的O2信號(hào)。優(yōu)選地，ECU遵循目標(biāo)空氣-燃料混合比來(lái)控制供給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，從而使燃料經(jīng)濟(jì)性最大，并將污染物的排放降到最低。
汽化發(fā)動(dòng)機(jī)由被火花塞的火花引燃的汽油的空氣-燃料混合物驅(qū)動(dòng)?？諝?燃料混合比可以通過計(jì)算獲得，并由前述包含氧氣(O2)檢測(cè)器的閉環(huán)系統(tǒng)控制。O2檢測(cè)器由氧化鋯材料制成。氧化鋯O2檢測(cè)器根據(jù)O2檢測(cè)器所檢測(cè)氧氣的濃度給出在0到1伏間變動(dòng)的輸出信號(hào)。如前面所述的，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于啟動(dòng)或暫態(tài)時(shí)，例如加速、制動(dòng)、空調(diào)被開啟時(shí)等，O2檢測(cè)器因受溫度的影響而常變得不可靠。根據(jù)廢氣中的氧濃度，O2傳感器也利用閉環(huán)控制調(diào)節(jié)空氣-燃料混合比。通過與化學(xué)計(jì)算得到的空氣-燃料混合比相比較以確定空氣-燃料混合比濃還是稀。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度穩(wěn)定，其平均轉(zhuǎn)速正常時(shí)稀薄的汽化混合物能夠符合要求。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，加速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載大時(shí)，較濃的汽化混合物是最佳的。
在平均負(fù)載下當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度穩(wěn)定時(shí)，電子汽化控制器由ECU調(diào)節(jié)，并根據(jù)閉環(huán)原理控制。在例如加速、剎車、高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載等暫態(tài)狀態(tài)下，汽化發(fā)動(dòng)機(jī)被切換到開環(huán)操作。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定，并在正常模式下運(yùn)行，O2檢測(cè)器將過濾的O2信號(hào)傳送給ECU，并由其調(diào)節(jié)空氣-燃料混合比。
催化式排氣轉(zhuǎn)換器含有三層催化劑，能同時(shí)將碳?xì)浠衔?、一氧化?CO)，氮化合物(NOx)，例如一氧化氮，一氧化二氮，轉(zhuǎn)化為無(wú)害的環(huán)境可以接受的氣體排放物。為了保證催化劑的效果令人滿意，發(fā)動(dòng)機(jī)需要有嚴(yán)密控制的空氣-燃料混合比?？諝?燃料混合比可以通過檢測(cè)廢氣中的含氧量來(lái)控制并監(jiān)測(cè)，廢氣中的含氧量由位于尾氣管(排氣管)或廢氣岐管中的O2檢測(cè)器檢測(cè)。如果空氣-燃料混合比太濃，則一氧化碳(CO)的氧化將不完全。如果空氣-燃料混合比太稀，則無(wú)法完全消除氮的化合物(NOX)。因此如上文所述，利用O2傳感器精確并持續(xù)地監(jiān)測(cè)廢氣中的含氧量是非常重要的。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于閉環(huán)模式下運(yùn)行時(shí)，O2傳感器所測(cè)含氧量被ECU接受。ECU將根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件控制空氣-燃料混合，并修正現(xiàn)有的混合條件，如果太濃或太稀。在正常的穩(wěn)定行駛條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)被設(shè)置為閉環(huán)模式運(yùn)行，如速度控制(cruise control)。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于開環(huán)模式下運(yùn)行時(shí)，空氣-燃料混合維持程序設(shè)定比率，并對(duì)MAP傳感器、ECT傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器的輸出信號(hào)做出響應(yīng)。在開環(huán)模式下運(yùn)行，ECU不接收氧氣監(jiān)測(cè)器的數(shù)據(jù)。開環(huán)運(yùn)行模式發(fā)生在下述情況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，加速，剎車，高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，空調(diào)開啟，冷卻液溫度過低，廢氣溫度過低，發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥全開運(yùn)行(WOT)，電池電壓低等等。
本發(fā)明中的雙燃料方法及其系統(tǒng)的眾多優(yōu)點(diǎn)為1.極佳的燃料經(jīng)濟(jì)性2.極好的發(fā)動(dòng)機(jī)性能3.消除了用于LPG運(yùn)行的昂貴控制元件4.避免了重復(fù)的部件和設(shè)備5.比傳統(tǒng)的雙燃料系統(tǒng)更緊湊6.非常平穩(wěn)的由汽油模式向LPG模式切換，反之亦然7.操作簡(jiǎn)便8.用戶界面友好9.可靠10.使用簡(jiǎn)單11.便利12.有吸引力13.經(jīng)濟(jì)
14.發(fā)動(dòng)機(jī)部件少15.燃料燃燒充分16.安全17.高效18.有效盡管已經(jīng)圖示并介紹本發(fā)明的具體實(shí)施例，可以理解，在不背離本發(fā)明新穎的精神和范圍的條件下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行多方面的改進(jìn)、替換、重新布置部件、器件、設(shè)備和方法(過程)步驟。
權(quán)利要求
1.一種操作雙燃料系統(tǒng)的方法，包括如下步驟汲取第一燃料到燃料給料裝置；將第一燃料從所述燃料給料裝置輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)；使用第一燃料驅(qū)動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)在第一燃料模式下運(yùn)行；通過下面步驟改變發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，使其由第二燃料驅(qū)動(dòng)切斷第一燃料流進(jìn)所述燃料給料裝置；等待直到所述燃料給料裝置中的第一燃料基本耗盡；阻止第一燃料從所述燃料給料裝置流入所述發(fā)動(dòng)機(jī)；此后打開用于輸送第二燃料的閥門；輸送第二燃料到所述發(fā)動(dòng)機(jī)；并使用第二燃料驅(qū)動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)在第二燃料模式下運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作雙燃料系統(tǒng)的方法，包括將所述發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式從第二燃料模式轉(zhuǎn)換到第一燃料模式，采用以下步驟繼續(xù)汲取第一燃料到所述燃料給料裝置；等待直到第一燃料基本注滿所述燃料給料裝置；此后關(guān)閉所述閥門以切斷到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的第二燃料的流入和供給；將第一燃料從所述燃料給料裝置供給所述發(fā)動(dòng)機(jī)；和使用第一燃料驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作雙燃料系統(tǒng)的方法，其中所述燃料給料裝置包括由含有浮子室的汽化器；和由操作與所述發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的燃料泵汲取第一燃料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作雙燃料系統(tǒng)的方法，其中所述燃料給料裝置包括一個(gè)或多個(gè)帶有主管和燃料管的電子燃料噴射器；和由操作與第一燃料箱相關(guān)聯(lián)的燃料泵汲取第一燃料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作雙燃料系統(tǒng)的方法，包括從所述發(fā)動(dòng)機(jī)中排出廢氣；監(jiān)測(cè)所述廢氣中的含氧量；根據(jù)經(jīng)過有限的時(shí)間周期的監(jiān)測(cè)到的所述廢氣中含氧量來(lái)產(chǎn)生過濾的信號(hào)，所述過濾的信號(hào)的產(chǎn)生與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)相關(guān)；和根據(jù)所述信號(hào)為由所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元控制所述閥門的操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的操作雙燃料系統(tǒng)的方法，包括當(dāng)切換到第二燃料模式、所述信號(hào)降低時(shí)，打開所述閥門。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的操作雙燃料系統(tǒng)的方法，包括當(dāng)切換到第一燃料模式、所述信號(hào)增大時(shí)，關(guān)閉所述閥門。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的操作雙燃料系統(tǒng)的方法，包括定時(shí)所述信號(hào)；和在第二燃料模式下，如果所述信號(hào)在預(yù)定的時(shí)間周期基本沒有改變，則打開所述閥門。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的操作雙燃料系統(tǒng)的方法，包括定時(shí)所述信號(hào)；和在第一燃料模式下、如果所述信號(hào)在預(yù)定的時(shí)間周期基本沒有改變，則關(guān)閉所述閥門。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作雙燃料系統(tǒng)的方法，其中所述第一燃料和所述第二燃料選自由液體燃料、汽油、石油、氣體燃料、液化石油氣(LPG)和壓縮天然氣(CNG)構(gòu)成的集合；和所述第一燃料不同于所述第二燃料。
11.一種雙燃料系統(tǒng)，包括雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)由兩種不同燃料驅(qū)動(dòng)，所述燃料包括由汽油構(gòu)成的第一燃料和第二燃料，且所述發(fā)動(dòng)機(jī)能在汽油模式和第二燃料模式下運(yùn)行；與所述發(fā)動(dòng)機(jī)相連的輸入岐管，用來(lái)將燃料輸送到所述發(fā)動(dòng)機(jī)；內(nèi)有浮子室以及與所述輸入岐管相連的閥門的汽化器，當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于所述汽油模式時(shí)，該閥門用來(lái)向所述發(fā)動(dòng)機(jī)輸送汽油；汽油箱，用來(lái)容納并存儲(chǔ)汽油；燃料泵，操作與所述發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)，當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在所述汽油模式下時(shí)，用來(lái)將汽油從所述汽油箱汲取到所述汽化器；汽油閥，控制流入所述汽化器的汽油流量；控制閥，與所述空氣過濾器及所述輸入岐管相連，用來(lái)將從所述過濾器輸出的過濾后的空氣輸入所述汽油流，并按一定的氣-油混合比進(jìn)入所述輸入岐管，其中的氣-油混合比由所述汽化器的所述閥門調(diào)節(jié)；單向閥，用來(lái)允許過濾后的空氣流動(dòng)并通過所述空氣過濾器進(jìn)入所述空氣閥，同時(shí)阻止第二燃料流進(jìn)入所述空氣過濾器；第二燃料箱，容納并存儲(chǔ)第二燃料；第二燃料閥，用來(lái)控制由所述第二燃料箱流入所述控制閥的第二燃料流；所述控制閥，當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在第二燃料模式下時(shí)，允許第二燃料流動(dòng)并流入所述輸入岐管；其運(yùn)行與所述發(fā)動(dòng)機(jī)、控制閥和第二燃料閥相關(guān)聯(lián)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)，用來(lái)控制所述發(fā)動(dòng)機(jī)、控制閥和第二燃料閥的性能；和與所述ECU相連的模式選擇開關(guān)，用來(lái)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)何時(shí)工作在所述汽油模式或第二燃料模式。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的雙燃料系統(tǒng)，其中所述第二燃料包括液化石油氣(LPG)；所述第二燃料閥包括LPG閥；和與所述LPG閥相連的汽化器和調(diào)節(jié)器，當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在第二燃料模式時(shí)，用來(lái)調(diào)節(jié)并汽化LPG。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的雙燃料系統(tǒng)，其中第二燃料包括壓縮天然氣(CNG)；和所述第二燃料箱包括CNG箱。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的雙燃料系統(tǒng)，包括與所述發(fā)動(dòng)機(jī)相連通的廢氣管，用來(lái)排放廢氣；催化式排氣轉(zhuǎn)換器，用來(lái)將由廢氣排入大氣的污染物的排放降到最??；和與所述ECU相連通的O2檢測(cè)器，用于檢測(cè)所述廢氣中的含氧量。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的雙燃料系統(tǒng)，其中所述控制閥包括雙空氣閥和脈寬調(diào)制閥。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種特殊的雙燃料方法及其系統(tǒng)，用于增強(qiáng)車輛性能和燃料的燃燒，并且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)(14，306)在不同的燃料下運(yùn)行時(shí)，例如汽油或液化石油氣(LPG)，能提供平穩(wěn)的切換。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)(14，306)在不同的燃料下運(yùn)行時(shí)，過濾的O
文檔編號(hào)F02M13/08GK1460148SQ02800780
公開日2003年12月3日 申請(qǐng)日期2002年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月21日
發(fā)明者羅伯特W·多伊奇 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司