專利名稱：包括燃料分離膜的燃料導(dǎo)軌總成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括燃料分離膜的燃料導(dǎo)軌總成。
背景技術(shù)：
提出過使用兩種或多種不同燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。在一個(gè)示例中，在題目為 "Calculations of Knock Suppression in Highly Turbocharged Gasoline/Ethanol Engines Using Direct Ethanol Injection"("使用直接乙醇噴射的高渦輪增壓的 汽油/乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)中的爆震抑制計(jì)算")和"Direct Injection Ethanol Boosted Gasoline Engine: Biofuel Leveraging for Cost Effective Reduction of Oil Dependence and C02 Emissions"("直接噴射乙醇增壓的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)生物燃料用 于有成本效益地減少燃油依賴和C02排放")的Heywood (海伍德)等人的文章中描 述了能夠使用多種燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。具體地，Heywood等人的文章描述了直接噴射乙醇 到發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸以改進(jìn)進(jìn)氣的冷卻效果，同時(shí)依賴進(jìn)氣道噴射汽油提供整個(gè)行駛循環(huán)中 的大多數(shù)燃料。在該示例中，乙醇相比較于汽油，由于其較高的蒸發(fā)熱可以增加辛烷 值且增加進(jìn)氣冷卻，從而減少爆震對(duì)增壓和/或壓縮比的限制。該方法目的在于改進(jìn) 燃料經(jīng)濟(jì)性并增加可再生燃料的使用。
本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到要求用戶使用兩種或多種分離的燃料(例如汽油和乙醇) 給發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)加燃料以實(shí)現(xiàn)Heywood等人描述的優(yōu)點(diǎn)是很困難的。在一個(gè)方法中，宇 佐美(Usami )等人的美國專利公開號(hào)2006/0191727描述了 一種包括燃料存儲(chǔ)單元的 發(fā)電系統(tǒng)，該燃料存儲(chǔ)單元具有用于從包括乙醇和汽油的混合燃料中分離乙醇的乙醇 滲透膜。該公開描述了如何成比例于滲透膜兩側(cè)的壓力差以及根據(jù)滲透膜兩側(cè)的溫度 差執(zhí)行乙醇分離。
然而，本發(fā)明的發(fā)明人在此認(rèn)識(shí)到關(guān)于宇佐美等人采取的方法的多種問題。在一 個(gè)示例中，本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到發(fā)動(dòng)機(jī)在車輛上的裝配限制妨礙增加燃料分離器或 會(huì)減少分離器的有效尺寸。分離器尺寸的減少會(huì)減少燃料分離率，由于分離率的減少 分離的燃料暫時(shí)不可用或可用的量減少，這進(jìn)而會(huì)損害發(fā)動(dòng)機(jī)性能。在另一個(gè)示例中， 宇佐美等人教導(dǎo)使用專用加熱器通過額外加熱來改進(jìn)分離率還受類似的裝配約東限 制。

發(fā)明內(nèi)容
為解決這些和其他的問題，本發(fā)明人在此提出一種用于供應(yīng)加壓的燃料到發(fā)動(dòng)機(jī) 的多個(gè)汽缸的燃料導(dǎo)軌總成。在一個(gè)示例中，該燃料導(dǎo)軌總成包括界定具有至少第一區(qū)域和第二區(qū)域的燃料導(dǎo)軌內(nèi)部體積的燃料導(dǎo)軌外殼；設(shè)置在燃料導(dǎo)軌外殼內(nèi)且隔離 第一區(qū)域和第二區(qū)域的燃料分離膜元件，所述燃料分離膜元件配置為使燃料混合物的 第一成分以比燃料混合物的第二成分高的通過率從第一區(qū)域通過燃料分離膜元件到 第二區(qū)域；設(shè)置在燃料導(dǎo)軌外殼上的燃料入口，所述燃料入口配置為允許燃料混合物 到第一區(qū)域；設(shè)置在燃料導(dǎo)軌外殼上的多個(gè)燃料出口，所述燃料出口的每個(gè)配置為從 第一區(qū)域供應(yīng)至少一部分燃料混合物到所述多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中的相應(yīng)的一個(gè)中；設(shè)置 在燃料導(dǎo)軌外殼上且配置為從第二區(qū)域供應(yīng)已經(jīng)通過燃料分離膜元件的至少一部分 第一成分到燃料導(dǎo)軌外殼外部的位置的至少一個(gè)膜出口。
通過將燃料分離膜放置在相對(duì)接近發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料導(dǎo)軌總成中，燃料分離膜及其分 離的燃料混合物可以至少部分地由發(fā)動(dòng)機(jī)加熱。以此方式，可以增加燃料分離率，而 不要求單獨(dú)的加熱器，從而減少成本和其他關(guān)聯(lián)的裝配約束。此外，以此方式，可能 利用燃料泵加壓燃料以噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)，以及改進(jìn)燃料混合物的分離。
本發(fā)明人在此還認(rèn)識(shí)到相對(duì)于分離器的體積增加燃料分離膜的表面積可以進(jìn)一 步增加燃料分離率。在一個(gè)示例中，將燃料分離膜支撐在襯底上在燃料導(dǎo)軌中形成非 平面的燃料分離膜元件，如管件，在特定的分離器體積下可以增加分離膜的表面積。 通過將加壓的燃料供應(yīng)到管狀燃料分離膜元件的外表面，襯底會(huì)承受壓縮，這對(duì)于一 些襯底材料，如陶瓷或承受壓縮相對(duì)強(qiáng)于承受拉伸的其他材料可以產(chǎn)生附加的強(qiáng)度優(yōu) 點(diǎn)。
本發(fā)明人在此還認(rèn)識(shí)到在特定的分離器體積下在共同的燃料導(dǎo)軌總成之內(nèi)的多 個(gè)燃料分離膜元件可以進(jìn)一步增加分離率。例如，對(duì)于燃料分離膜元件通過使用多個(gè) 較小的管件，可以減少襯底中的環(huán)應(yīng)力，從而進(jìn)一步減少襯底的壁厚度。襯底壁厚度 的減少和燃料分離膜元件的表面積增加可以進(jìn)一步增加燃料分離率，同時(shí)還減少裝配 約東。根據(jù)下文的說明和附圖將理解這些和其他的優(yōu)點(diǎn)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用一種操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料系統(tǒng)的方法，包括供
應(yīng)加壓的燃料混合物到燃料導(dǎo)軌，所述燃料混合物包括烴類成分和醇類成分；將至少
一部分醇類成分通過設(shè)置在燃料導(dǎo)軌中的燃料分離膜元件，從燃料混合物中分離至少
一部分醇類成分以獲得醇類減少的燃料混合物；通過流體連通第一燃料導(dǎo)軌的噴射器 從燃料導(dǎo)軌輸送醇類減少的燃料混合物到至少多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸；及供應(yīng)分離的醇類 成分到發(fā)動(dòng)機(jī)。以此方式，可能利用燃料泵加壓燃料以噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)，以及改進(jìn)燃料 混合物的分離。
在又一個(gè)實(shí)施例中，可以使用一種車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括具有多個(gè)燃燒室的 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)；燃料存儲(chǔ)箱；界定具有第一區(qū)域和第二區(qū)域的內(nèi)部體積的第一燃料導(dǎo)軌， 所述第一燃料導(dǎo)軌包括與第一區(qū)域連通的燃料入口和多個(gè)燃料出口，其中至少第一燃 料導(dǎo)軌的第一燃料出口和第二燃料出口每個(gè)與第一區(qū)域連通，至少第一燃料導(dǎo)軌的第 三燃料出口與第二區(qū)域連通；設(shè)置在第一燃料導(dǎo)軌中且隔離第一區(qū)域與第二區(qū)域的燃料分離膜元件，所述燃料分離膜元件配置為使混合燃料的第一成分以比燃料混合物的
第二成分高的通過率從第一區(qū)域通過到第二區(qū)域；通過第一燃料導(dǎo)軌的燃料入口流體 連通燃料存儲(chǔ)箱與第一區(qū)域的第一燃料通道；沿著第一燃料通道設(shè)置的第一燃料泵， 所述第一燃料泵配置為用混合的燃料使第一區(qū)域加壓；通過第一燃料導(dǎo)軌的第一燃料 出口流體連通第一區(qū)域的第一燃料噴射器，所述第一燃料噴射器配置為供應(yīng)至少一部 分混合燃料到發(fā)動(dòng)機(jī)的第一燃燒室；通過第一燃料導(dǎo)軌的第二燃料出口流體連通第二 區(qū)域的第二燃料噴射器，所述第二燃料噴射器配置為供應(yīng)至少一部分混合燃料到發(fā)動(dòng) 機(jī)的第二燃燒室；包括燃料入口和多個(gè)燃料出口的第二燃料導(dǎo)軌；通過第三燃料出口 將第一燃料導(dǎo)軌的第二區(qū)域流體連通到第二燃料導(dǎo)軌的燃料入口的第二燃料通道；流 體連通第二燃料導(dǎo)軌的第一出口的至少第三燃料噴射器，所述第三燃料噴射器配置為 供應(yīng)已經(jīng)通過燃料分離膜的至少一部分第一成分到發(fā)動(dòng)機(jī)第一燃燒室。
在又一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種搡作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料系統(tǒng)的方法。該方法包括 供應(yīng)加壓的燃料混合物到燃料導(dǎo)軌，所述燃料混合物包括烴類成分和醇類成分；將至 少一部分醇類成分通過設(shè)置在燃料導(dǎo)軌中的燃料分離膜元件從燃料混合物分離所述 至少一部分醇類成分以獲得醇類減少的燃料混合物；通過流體連通第一燃料導(dǎo)軌的噴
射器從燃料導(dǎo)軌輸送醇類減少的燃料混合物到至少多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸；及供應(yīng)分離的 醇類成分到發(fā)動(dòng)機(jī)。
在又一個(gè)實(shí)施例中，提供一種操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料系統(tǒng)的方法。該方法包括供 應(yīng)加壓的燃料混合物到燃料導(dǎo)軌，所述燃料混合物包括烴類成分和醇類成分；將至少 一部分醇類成分通過設(shè)置在燃料導(dǎo)軌中的燃料分離膜元件從燃料混合物分離至少一 部分所述醇類成分以獲得醇類減少的燃料混合物；通過流體連通第一燃料導(dǎo)軌的噴射 器從燃料導(dǎo)軌輸送至少一部分醇類減少的燃料混合物到至少多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸；供應(yīng) 至少一部分分離的醇類成分到發(fā)動(dòng)機(jī)；及響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化調(diào)節(jié)醇類減少的燃 料混合物的輸送和分離的醇類成分的供應(yīng)的兩種操作中的至少一個(gè)。


圖l示出發(fā)動(dòng)機(jī)的示例燃料系統(tǒng)的示意圖； 圖2示出發(fā)動(dòng)機(jī)的示例進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)的示意圖； 圖3示出內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示例汽缸的示意圖； 圖4示出示例燃料分離流程的示意圖5示出包括燃料分離膜元件的燃料導(dǎo)軌總成的第一示例的示意圖； 圖6示出包括多個(gè)燃料分離膜元件的燃料導(dǎo)軌總成的第二示例的示意圖； 圖7A-圖7F示出圖5和圖6的燃料導(dǎo)軌總成的示例截面圖； 圖8示出描述示例燃料輸送控制策略的流程圖； 圖9示出描述示例燃料分離控制策略的流程圖；圖10示出描述如何響應(yīng)于工況改變?nèi)剂陷斔偷目刂茍D。
具體實(shí)施例方式
圖1示出燃燒燃料發(fā)動(dòng)機(jī)110的示例燃料系統(tǒng)100的示意圖。在一個(gè)非限制的示
例中，發(fā)動(dòng)機(jī)iio可以配置為安裝在車輛上作為推進(jìn)系統(tǒng)的一部分的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。然 而，發(fā)動(dòng)機(jī)iio可以包括其他發(fā)動(dòng)機(jī)類型且可以其他合適的應(yīng)用配置。在該具體的示
例中，發(fā)動(dòng)機(jī)110包括在112、 114、 116、及118所示的四個(gè)燃燒室或汽缸。在其他 的示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)110可以包括任何合適數(shù)目的汽缸。參考圖2和圖3詳述發(fā)動(dòng)機(jī) 110。
在該示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)110的每個(gè)汽缸可以基于工況以變化的相對(duì)量接收具有不同 成分的至少兩種分離的燃料。因此，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸如在170所示可以通過第一燃料 導(dǎo)軌總成130接收第一燃料，及如在180所示通過第二燃料導(dǎo)軌160接收第二燃料。 在一個(gè)示例中，在170提供到發(fā)動(dòng)機(jī)的第一燃料可以包括比在180提供到發(fā)動(dòng)機(jī)的第 二燃料高的至少一種成分濃度。類似地，第二燃料可以包括比第一燃料高的至少另一 種成分濃度。例如，通過燃料導(dǎo)軌130提供到發(fā)動(dòng)機(jī)的第一燃料包括比通過燃料導(dǎo)軌 160提供到發(fā)動(dòng)機(jī)的第二燃料高的烴類成分(例如汽油、柴油等)濃度，而第二燃料 包括比第一燃料高的醇類成分(例如乙醇、甲醇等)濃度。如參考圖8和圖IO詳述， 控制系統(tǒng)190響應(yīng)于工況可以改變輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的這兩種燃料的相對(duì)量。
這些第一和第二燃料可以在輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)之前從車載燃料混合物121分離。在 102所示的加燃料操作中燃料混合物121可以通過燃料通道104提供到燃料箱120。 燃料混合物可以包括烴類和醇類成分的任何合適的混合物。例如，燃料混合物可以包 括E10 (約10°/。體積乙醇和90%體積汽油的混合物)、E85 (約85%體積乙醇和15%體 積汽油的混合物)、M10 (約10%體積甲醇和9(W體積汽油的混合物)、M85 (約85% 體積甲醇和15%體積汽油的混合物)，及包括汽油、甲醇和乙醇的混合物，或醇類和 汽油的其他混合物。此外，關(guān)于上述示例，柴油可以替代汽油，或燃料混合物可以包 括兩種或多種經(jīng)類燃料和醇類。此外，在一些示例中，除了醇類和/或烴類之外燃料 混合物還可以包括水。控制系統(tǒng)190可以通過燃料傳感器123接收燃料混合物121的 成分的指示，包括醇類濃度、烴類濃度等?？刂葡到y(tǒng)190還可以通過傳感器125接收 在存儲(chǔ)箱120中包含的燃料混合物的量的指示。
燃料混合物可以通過燃料通道124從燃料箱12G提供到燃料導(dǎo)軌總成130。燃料 通道124可以包括一個(gè)或多個(gè)中間燃料泵。在該具體的示例中，燃料通道124可以包 括低壓泵122和高壓泵126。在發(fā)動(dòng)機(jī)110的操作中，控制系統(tǒng)190可以響應(yīng)于從壓 力傳感器136接收的反饋，調(diào)節(jié)泵122和/或泵126的操作以任何合適的壓力和/或流 率提供燃料混合物到燃料導(dǎo)軌總成130。在一個(gè)示例中，供應(yīng)到燃料導(dǎo)軌總成1"的 燃料混合物的壓力可在4巴和200巴的壓力之間調(diào)節(jié)。然而，可以使用其他的噴射壓
7力。在一些示例中，低壓燃料泵1"可以由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，從而控制系統(tǒng)190通過改 變從存儲(chǔ)在車輛上的能量源(未示出)提供到泵馬達(dá)的電能的量可以調(diào)節(jié)泵122提供 的泵功的水平。在一些示例中，高壓燃料泵126如在108所示可以由發(fā)動(dòng)機(jī)110的機(jī) 械輸出直接驅(qū)動(dòng)，如通過發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸或凸輪軸?？刂葡到y(tǒng)190通過改變每個(gè)泵行程 的有效體積可以調(diào)節(jié)泵126提供的泵功。雖然在圖1示出分離的泵122和泵126，但 在其他的示例中，可以使用單個(gè)泵向燃料導(dǎo)軌總成130提供燃料混合物。如在本文進(jìn) 一步詳述，可以基于排氣氧含量、海拔、和/或濕度調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)燃料泵以改變輸 送到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料壓力以及分離壓力。以此方式，例如可以響應(yīng)于工況調(diào)節(jié)分離率。
在該示例中，燃料導(dǎo)軌總成130包括界定第一燃料混合物接收區(qū)域133的燃料導(dǎo) 軌外殼132,在第一燃料混合物接收區(qū)域133中開始從燃料通道124接收燃料混合物。 燃料導(dǎo)軌總成130還可以包括進(jìn)一步界定分離第一區(qū)域133和第二區(qū)域135的燃料分 離膜元件l34。燃料分離膜元件134可以包括選擇性滲透膜元件，該選擇性滲透膜元 件允許燃料混合物的至少一種成分以比燃料混合物的至少另一種成分大的通過率從 區(qū)域133通過燃料分離膜元件到區(qū)域135。
在一個(gè)非限制的示例中，燃料分離膜元件可以配置為至少允許燃料混合物的醇類 成分從區(qū)域133滲透通過燃料分離膜元件到區(qū)域135。然而，在一些示例中，燃料分 離膜元件還可以允許燃料混合物的烴類成分以基本上比醇類成分低的通過率滲透過 燃料分離膜元件。術(shù)語滲透過的燃料(permeant)在本文中可以用來描述滲透過燃料 分離膜元件到區(qū)域135的燃料成分或成分。以此方式，燃料分離膜元件134可以提供 燃料分離功能，部分地由于燃料分離膜的選擇性，從而滲透過的燃料包括比初始的燃 料混合物高的醇類成分濃度和低的烴類成分濃度。
在一些示例中，滲透過的燃料的滲透可以利用稱為蒸發(fā)滲透的流程。蒸發(fā)滲透可 以包括燃料分離膜元件滲透和滲透過的燃料從燃料分離膜元件與區(qū)域135界面的蒸 發(fā)的結(jié)合。現(xiàn)參考圖4，通過吸附在第一燃料分離膜元件與區(qū)域133的界面，之后通 過燃料分離膜元件的成分?jǐn)U散，及最后在第二燃料分離膜元件與區(qū)域135的界面該成 分可以脫附到氣態(tài)，第一成分420 (例如醇類成分)可以通過燃料分離膜元件134。 因此，包括成分420和430的燃料混合物(例如燃料混合物121)可以液態(tài)形式在區(qū) 域133接收，成分420 (例如乙醇或甲醇的醇類)可以通過燃料分離膜元件134,其 中成分420初始可以氣態(tài)形式在區(qū)域135接收。成分430 (例如烴類成分)可以通過 燃料分離膜元件保留在區(qū)域133之內(nèi)。然而應(yīng)理解一些燃料分離膜元件可以允許至少 一些烴類成分滲透過燃料分離膜元件材料到區(qū)域135中，同時(shí)還提供燃料分離功能。
圖4還示出燃料分離膜元件134如何包括形成支撐在膜襯底450上的一層的選擇 性滲透膜包層440。襯底450可以形成支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)允許燃料分離膜元件承 受來自如在133所示施加到外部的膜包層440的加壓的燃料混合物的壓縮力。在一些 示例中，膜包層440比襯底450相對(duì)更柔軟。膜包層"0可以包括允許醇類成分以比烴類成分高的通過率滲透通過膜包層的 聚合物和/或其他合適的材料。例如，膜包層440可以包括含有極性和非極性兩種特 性的聚醚砜(polyethersulfone),由于極性作用主要取決于膜包層的外層(例如燃 料分離膜元件134和區(qū)域133之間的界面)，這允許醇類比烴類更大程度地滲透過膜 包層。附加地或替代地，膜包層440可以包括利用分子尺寸排除和/或化學(xué)選擇性從 燃料混合物的烴類成分分離醇類成分的納米過濾材料。
襯底450可以形成界定用于接收滲透過的燃料的區(qū)域135的剛性多孔管。在一個(gè) 非限制的示例中，襯底450包括具有至少允許燃料混合物的醇類成分從區(qū)域133通過 到區(qū)域135的孔460的氧化鋯陶瓷材料或其他合適的材料。因?yàn)樘沾刹牧暇哂邢鄬?duì)較 強(qiáng)抗壓縮和相對(duì)耐熱特性，可以選擇陶瓷材料用作襯底。通過供應(yīng)高壓燃料混合物到 包括膜包層和陶瓷襯底的燃料分離膜元件的外部，陶瓷襯底有利地承受和支撐更柔軟 的膜包層。
通過燃料分離膜元件的具體的燃料混合物成分的通過率取決于多種因素，包括燃 料分離膜元件兩側(cè)的壓力梯度(例如區(qū)域133和區(qū)域135之間的壓力差)、膜包層和 燃料混合物的溫度、燃料分離膜元件兩側(cè)滲透過的燃料成分的濃度梯度(例如區(qū)域 133和135之間)。通過增加燃料分離膜元件兩側(cè)的壓力梯度、燃料導(dǎo)軌總成的溫度、 和/或燃料分離膜元件兩側(cè)的濃度梯度，可以增加燃料混合物的分離率。相反，通過 減少燃料分離膜元件兩側(cè)的壓力梯度、燃料導(dǎo)軌總成的溫度、和/或燃料分離膜元件 兩側(cè)的濃度梯度，可以減少燃料混合物的分離率。
因此，在一些示例中，控制系統(tǒng)可以改變?nèi)剂戏蛛x膜元件兩側(cè)的壓力梯度以從燃 料混合物調(diào)節(jié)滲透過的燃料(例如醇類成分)的分離率。例如，控制系統(tǒng)通過分別增 加或減少泵122和/或泵126提供的泵功可以增加或減少供應(yīng)到燃料導(dǎo)軌總成130的 區(qū)域133的燃料混合物壓力。附加地或替代地，控制系統(tǒng)通過分別增加或減少蒸汽壓 縮機(jī)142提供的泵功的量可以減少或增加燃料導(dǎo)軌總成的區(qū)域135之內(nèi)的壓力。在一 些示例中，蒸汽壓縮機(jī)142可以施加部分真空到區(qū)域135以保持滲透過的燃料為氣態(tài)， 直到其被冷凝系統(tǒng)140冷凝。對(duì)蒸汽壓縮機(jī)142的搡作的調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)滲透過的燃料 從區(qū)域135的去除率，這進(jìn)而影響燃料分離膜元件兩側(cè)的濃度梯度。
在燃料導(dǎo)軌中放置燃料分離膜元件具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，通過泵122和/或泵1" 增加提供到燃料導(dǎo)軌總成130的燃料混合物的壓力可以用來有利地促進(jìn)燃料混合物 的醇類成分滲透過燃料分離膜元件。以此方式，不要求分離的燃料泵用于燃料分離操 作和燃料噴射系統(tǒng)。第二，燃料導(dǎo)軌總成可以定位在合適的方位和/或接近于發(fā)動(dòng)機(jī)
以接收在燃燒過程產(chǎn)生的熱量。在汽缸蓋附近的燃料導(dǎo)軌總成的溫度基本上高于環(huán)境 空氣溫度，例如，汽缸蓋附近溫度約為400K。以此方式，不要求單獨(dú)的燃料加熱器 用于促進(jìn)燃料混合物的醇類和烴類成分的分離。第三，從發(fā)動(dòng)機(jī)裝配立場上，包括燃 料分離膜元件的燃料導(dǎo)軌總成130可以提供更緊湊的燃料分離系統(tǒng)。
9由于滲透蒸發(fā)過程，滲透過的燃料可以從燃料分離膜元件與區(qū)域135的界面蒸發(fā)以形成蒸汽?？梢蕴峁┩ㄟ^蒸汽通道138與區(qū)域135流體連通的冷凝系統(tǒng)140以有助于從燃料導(dǎo)軌總成的區(qū)域135去除滲透過的燃料蒸汽，且可以將滲透過的燃料蒸汽冷凝到液態(tài)隨后通過燃料導(dǎo)軌160輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)。注意在替代的實(shí)施例中，滲透過的燃料蒸汽可以蒸汽形式輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管以由發(fā)動(dòng)機(jī)吸收燃燒。此外可以施加歧管真空以進(jìn)一步改進(jìn)到汽缸的蒸汽的分離和輸送。
在一個(gè)示例中，冷凝系統(tǒng)140包括蒸汽壓縮機(jī)142和熱交換器146。蒸汽壓縮機(jī)l42如在143所示通過曲軸或凸輪軸由發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械輸出驅(qū)動(dòng)?；蛘?，蒸汽壓縮機(jī)142可以由如電池或交流發(fā)電機(jī)的車載電源的電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)?？梢赞鳠峤粨Q器146以從滲透過的燃料蒸汽吸收熱量以使蒸汽冷凝到液態(tài)，液態(tài)的蒸汽如在151所示聚集在滲透過的燃料存儲(chǔ)箱150。熱交換器146可以配置為利用任何合適的工作流體以從滲透過的燃料去除熱量，包括環(huán)境空氣、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑、或其他合適的冷卻劑。在一些示例中，控制系統(tǒng)通過增加或減少工作流體的溫度和/或流率可以調(diào)節(jié)從滲透過的燃料吸收的熱量。例如響應(yīng)于分離的量、在分離之前和/或之后的醇類濃度、發(fā)動(dòng)機(jī)操作、排氣空燃比、排氣氧含量等，可以調(diào)節(jié)熱交換器146和/或壓縮機(jī)142。
在一些示例中，蒸汽通道138可以包括由控制系統(tǒng)開啟和關(guān)閉的閥以改變滲透過的燃料從區(qū)域135的去除率。在一個(gè)示例中，控制系統(tǒng)可以關(guān)閉閩以減少燃料分離率以及減少滲透過的燃料在存儲(chǔ)箱150的冷凝。以此方式，控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)通過燃料導(dǎo)軌160可用于發(fā)動(dòng)機(jī)的滲透過的燃料的量。
滲透過的燃料存儲(chǔ)箱150可以包括用于提供冷凝的滲透過的燃料151的成分的指示的燃料傳感器153。例如，傳感器153可以向控制系統(tǒng)190提供燃料151的醇類濃度的指示。滲透過的燃料存儲(chǔ)箱150還可以包括用于提供在滲透過的燃料存儲(chǔ)箱中包含的燃料151的量的指示的燃料水平傳感器155。在一些示例中，控制系統(tǒng)190可以響應(yīng)于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)箱150中的燃料151的量和/或濃度調(diào)節(jié)燃料導(dǎo)軌總成130上的分離率。例如，若存儲(chǔ)在存儲(chǔ)箱150中的滲透過的燃料的量低于閾值，控制系統(tǒng)可以增加滲透過的燃料的分離率。相反，若存儲(chǔ)在存儲(chǔ)箱150中的燃料的量,高于閾值，控制系統(tǒng)可以減少滲透過的燃料的分離率或停止分離。此外，控制系統(tǒng)響應(yīng)于分離率還可以增加或減少冷凝系統(tǒng)140提供的冷凝率。
滲透過的燃料151可以通過燃料通道156經(jīng)一個(gè)或多個(gè)燃料泵供應(yīng)到燃料導(dǎo)軌160。例如，低壓泵157可以由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，而高壓泵158如在108所示由發(fā)動(dòng)機(jī)IIO的機(jī)械輸出直接驅(qū)動(dòng)。然而，在一些示例中，燃料通道156可以僅包括一個(gè)燃料泵。
圖1還示出燃料箱120和150如何包括用于排放在這些存儲(chǔ)箱的剩余空間形成的燃料蒸汽的相應(yīng)的蒸汽通道127和152。蒸汽通道127和152通過閥154與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣通道連通，如圖3詳細(xì)示出?？刂葡到y(tǒng)可以調(diào)節(jié)閥154的位置以增加或減少到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料蒸汽的流率。在一些示例中，蒸汽通道127和152可以通過分離的閥與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣通道連通。
雖然圖1示出進(jìn)入燃料導(dǎo)軌總成的燃料混合物未返回到燃料箱120的配置，但在其他的示例中，由燃料分離膜元件保留的醇類減少的燃料可以返回到燃料箱。例如，通過燃料分離膜元件的醇類分離相對(duì)于醇類減少的燃料的噴射速率相對(duì)較快，至少一部分醇類減少的燃料通過再循環(huán)通道(未示出)可以循環(huán)回到燃料箱120。
現(xiàn)參考圖2，示出發(fā)動(dòng)機(jī)110的示例進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)的示意圖。進(jìn)氣可以通過進(jìn)氣歧管210提供到發(fā)動(dòng)機(jī)110,燃燒的產(chǎn)物可以通過排氣歧管220從發(fā)動(dòng)機(jī)排出。進(jìn)氣可以通過進(jìn)氣節(jié)氣門212提供到進(jìn)氣歧管210,提供到排氣歧管220的排氣可以由排氣催化劑222處理?？梢蕴峁┤鐪u輪增壓器230的增壓裝置，渦輪增壓器230包括配置為向進(jìn)氣歧管210提供增壓的進(jìn)氣的壓縮機(jī)232和配置為從發(fā)動(dòng)機(jī)IIO流出的排氣吸收排氣能量的排氣渦輪234。渦輪234可以通過軸236與壓縮機(jī)232旋轉(zhuǎn)連接。注意在其他的示例中，壓縮機(jī)232可以由發(fā)動(dòng)機(jī)IIO或由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，而渦輪234可以略去。在選擇的工況下可以提供壓縮機(jī)旁通閥214以使進(jìn)氣繞過壓縮機(jī)。類似地，在選擇的工況下可以提供渦輪旁通閥224以使排氣繞過渦輪。控制系統(tǒng)190可以調(diào)節(jié)間214和閥224的位置以分別繞過壓縮機(jī)2 32和渦輪234。
圖3示出內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)110的示例汽缸以及連接到汽缸的進(jìn)氣和排氣路徑的示意圖。如在圖3所示的實(shí)施例中，示例汽缸或燃燒室330可以通過兩個(gè)不同的噴射器366和367接收兩種不同的燃料。汽缸330可以為如圖1先前所述的汽缸112、 114、116、及118中的任何一個(gè)。
在一個(gè)示例中，噴射器366如在圖1中的170所示向汽缸提供第一燃料，而噴射器367如在圖1中的180所示向汽缸提供第二燃料。因此，燃料噴射器366可以流體連通燃料導(dǎo)軌總成130的區(qū)域133,燃料噴射器367可以流體連通燃料導(dǎo)軌160。因此，在一個(gè)非限制的示例中，噴射器367可以向汽缸提供滲透過的燃料，包括具有比初始的燃料混合物高的醇類濃度，噴射器366可以提供由燃料分離膜元件保留在燃料導(dǎo)軌總成的區(qū)域133中的燃料混合物的部分。因此，噴射器366提供的燃料可以具有比噴射器367提供的燃料高的烴類濃度和低的醇類濃度。
通過調(diào)節(jié)噴射器366和367提供的兩種不同的燃料的相對(duì)量，可能利用滲透過的燃料的醇類成分提供的增加進(jìn)氣冷卻特性從而減少爆震的傾向。這種現(xiàn)象結(jié)合增加的壓縮比、增壓和/或發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸減小可以用來獲得較大的燃料經(jīng)濟(jì)性(通過減少對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震限制)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)性能的較大提高。如參考圖8和圖10詳述，可以增加提供到發(fā)動(dòng)機(jī)的富醇類滲透過的燃料的量以減少發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。
雖然圖3示出噴射器366和367兩者都配置為用于發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)汽缸的缸內(nèi)直接噴射器，但在其他的示例中，噴射器366和噴射器367中的至少一個(gè)可以配置為進(jìn)氣道噴射器，另一個(gè)為直接噴射器。例如，噴射器366可以設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣通道中，噴射器367可以設(shè)置為缸內(nèi)噴射器。
發(fā)動(dòng)機(jī)110的汽缸330可以至少部分地由燃燒室壁332和由在其中定位的活塞336確定。活塞336可以連接到曲軸340。起動(dòng)機(jī)馬達(dá)(未示出)可以通過飛輪(未示出)連接到曲軸340,或替代地可以使用直接發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。在一個(gè)具體的示例中，如果期望的話，活塞336可以包括凹坑或凹陷(未示出)以有助于形成空氣和燃料的分層進(jìn)氣。然而，在替代的實(shí)施例中，可以使用平頂活塞。
汽缸330如圖所示通過相應(yīng)的進(jìn)氣門352和排氣門354與進(jìn)氣歧管210和排氣歧管220連通。注意發(fā)動(dòng)機(jī)110的每個(gè)汽缸可以包括兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣門和/或兩個(gè)或多個(gè)排氣門。燃燒室330具有壓縮比，該壓縮比定義為當(dāng)活塞336在下止點(diǎn)時(shí)與當(dāng)活塞在上止點(diǎn)時(shí)的體積的比。在一個(gè)示例中，壓縮比約為9: 1。然而在其他的示例中可以使用不同的燃料，壓縮比可以增加。例如壓縮比可以在10: 1和11: 1之間或在11: 1和12: 1之間、或更大。
燃料噴射器366如圖所示直接連接到燃燒室330以成比例于經(jīng)電子驅(qū)動(dòng)器368從控制器190接收的信號(hào)脈寬FPW直接輸送噴射的燃料到其中。雖然圖3示出噴射器366為側(cè)向噴射器，但是噴射器366也可以位于活塞的上方，如在火花塞398的位置附近?；蛘?，噴射器可以位于上方并接近進(jìn)氣門以改進(jìn)混合。燃料還可以通過燃料噴射器367輸送到汽缸330。燃料噴射器367如圖所示直接連接到燃燒室330用于成比例于經(jīng)電子驅(qū)動(dòng)器369從控制器190接收的信號(hào)脈寬FPW直接輸送噴射的燃料到其中。雖然圖3示出噴射器367為側(cè)向噴射器，但是噴射器367也可以位于活塞的上方，如在火花塞398的位置附近?；蛘撸瑖娚淦骺梢晕挥谏戏讲⒔咏M(jìn)氣門以改進(jìn)混合。由于一些基于醇類的燃料的低揮發(fā)性，這樣的位置可以改進(jìn)混合和燃燒。
進(jìn)氣歧管210如圖所示通過節(jié)流板212與節(jié)氣門體342連通。在該具體的示例中，節(jié)流板212可移動(dòng)地連接到電動(dòng)馬達(dá)362以便橢圓形節(jié)流板212的位置可以經(jīng)電動(dòng)馬達(dá)362由控制系統(tǒng)190控制。該配置可以稱為電子節(jié)氣門控制(ETC)，這還可以在例如怠速控制中使用。在替代的實(shí)施例(未示出)中，旁路空氣過道可以與節(jié)流板212并聯(lián)設(shè)置以在怠速控制中經(jīng)空氣過道中定位的怠速控制旁通閥控制引入的空氣流量。
排氣傳感器326如圖所示連接到催化轉(zhuǎn)化器222的上游的排氣歧管220。傳感器326可以是用于提供排氣空燃比的指示的任何合適的傳感器，包括線性氧傳感器、UEGO、兩態(tài)氧傳感器、EGO、 HEGO、 HC或CO傳感器。在該具體的示例中，傳感器3"是向控制系統(tǒng)190提供信號(hào)EGO的兩態(tài)氧傳感器，控制系統(tǒng)190將信號(hào)EGO轉(zhuǎn)化成兩態(tài)信號(hào)EGOS。信號(hào)EGOS的高壓狀態(tài)表示排氣比化學(xué)計(jì)量比濃，信號(hào)EGOS的低壓狀態(tài)表示排氣比化學(xué)計(jì)量比稀。在反饋空燃控制中可以有利地使用信號(hào)EGOS以在化學(xué)計(jì)量比均質(zhì)操作模式中保持平均的空燃比在化學(xué)計(jì)量比。另外，傳感器326可以向控制系統(tǒng)提供反饋以實(shí)現(xiàn)輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的第一燃料和第二燃料的預(yù)定比率。
12無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)388響應(yīng)于來自控制系統(tǒng)190的點(diǎn)火提前信號(hào)SA經(jīng)火花塞398向燃燒室330提供點(diǎn)火火花。控制系統(tǒng)190通過控制噴射正時(shí)、噴射量、噴射式樣等可以促使燃燒室330以多種燃燒模式操作，包括均質(zhì)空燃模式和分層空燃模式?？刂葡到y(tǒng)190可以獨(dú)立地控制燃料噴射器366和367輸送到汽缸的燃料量以便將燃燒室330中的均質(zhì)、分層、或結(jié)合的均質(zhì)/分層空燃混合物選擇在化學(xué)計(jì)量比、比化學(xué)計(jì)量比濃的值、或比化學(xué)計(jì)量比稀的值。
如參考圖1先前所述，包括多個(gè)燃燒室的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)IIO可以由控制系統(tǒng)190控制。在一個(gè)示例中，控制系統(tǒng)190可以配置為電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器且可以包括微計(jì)算機(jī)，包括微處理器單元302、輸入/輸出端口 304、可執(zhí)行程序和校準(zhǔn)值的電子存儲(chǔ)媒體，在該具體的示例中如圖所示為只讀存儲(chǔ)(ROM)芯片306、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 308、?；畲鎯?chǔ)器UAM) 310、并通過數(shù)據(jù)總線通信。除了上述的那些信號(hào)之外，控制系統(tǒng)190如圖所示從連接到發(fā)動(dòng)機(jī)110的傳感器接收各種信號(hào)，包括來自連接到節(jié)氣門體342的質(zhì)量空氣流量傳感器320的引入的質(zhì)量空氣流量(MAF)的測量值；來自連接到冷卻套管314的溫度傳感器313的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度(ECT);來自連接到曲軸340的霍爾效應(yīng)傳感器318的齒面點(diǎn)火感測信號(hào)(PIP);來自節(jié)氣門位置傳感器321的節(jié)氣門位置TP;來自傳感器322的絕對(duì)歧管壓力信號(hào)MAP;來自爆震傳感器396的發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的指示；及來自踏板位置傳感器394的車輛駕駛員392通過踏板390要求的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的指示。這些和其他傳感器可以向控制系統(tǒng)提供工況的指示。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)RPM由控制系統(tǒng)190從信號(hào)PIP以常規(guī)的方式產(chǎn)生，來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號(hào)MAP提供進(jìn)氣歧管中的真空、或壓力的指示。在化學(xué)計(jì)量比操作中，該傳感器可以給出發(fā)動(dòng)機(jī)荷載的指示。此外，該傳感器結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一起可以提供引入到汽缸中的進(jìn)氣(包括空氣)的估計(jì)值。在一個(gè)示例中，傳感器318還可以用作發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，曲軸每轉(zhuǎn)一圏產(chǎn)生預(yù)定數(shù)目的等間隔脈沖。
繼續(xù)參考圖3，可變凸輪軸正時(shí)系統(tǒng)如圖所示用于控制氣門352和354的操作。例如，凸輪軸351可以控制進(jìn)氣門352的開啟和關(guān)閉。凸輪正時(shí)傳感器355可以向控制系統(tǒng)190提供進(jìn)氣門正時(shí)的指示。凸輪軸353可以控制排氣門354的開啟和關(guān)閉。凸輪正時(shí)傳感器357可以向控制系統(tǒng)190提供排氣門正時(shí)的指示。在一些示例中，通
系。以此方式，可以相對(duì)于活塞的位置調(diào)節(jié)進(jìn)氣門和/或排氣門正時(shí)。此外在一些示例中，凸輪廓線變換可以用來使控制系統(tǒng)改變氣門的正時(shí)和/或升程。此外，在替代的實(shí)施例中，可以由電磁氣門執(zhí)行器控制氣門352和/或354。
現(xiàn)參考圖5，示出燃料導(dǎo)軌總成500的非限制性示例。燃料導(dǎo)軌總成500可以表示參考圖1先前描述的燃料導(dǎo)軌總成130。燃料導(dǎo)軌總成500可以包括界定用于接收燃料混合物的燃料混合物接收區(qū)域570的燃料導(dǎo)軌外殼510。燃料導(dǎo)軌總成500的區(qū)域570可以表示燃料導(dǎo)軌總成130的區(qū)域133。在該示例中，燃料導(dǎo)軌外殼510包括燃料導(dǎo)軌壁508和端蓋550和560。然而，在其他的示例中，端蓋550和560可以與燃料導(dǎo)軌壁集成形成。端蓋550和560既可以用作燃料導(dǎo)軌總成的端部的密封塞也可以用作支撐燃料分離膜元件的端部和內(nèi)部燃料分離膜元件支撐結(jié)構(gòu)。
燃料導(dǎo)軌外殼510還包括燃料入口 520，燃料入口 520如箭頭542所示可以用來供應(yīng)燃料混合物到區(qū)域570。燃料導(dǎo)軌外殼510還可以包括一個(gè)或多個(gè)出口，出口中的一個(gè)如在530所示。在該具體的示例中，出口 530可以流體連通燃料噴射器，燃料噴射器的燃料接收端如在532所示。燃料噴射器532可以輸送燃料到發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)汽缸。例如，噴射器532可以表示如圖3所示的噴射器366。在其他的示例中，燃料出口可以向發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)或多個(gè)汽缸提供燃料。例如，多個(gè)噴射器可以從導(dǎo)軌的單個(gè)出口接收燃料以便可以向噴射器輸送基本上相等的燃料成分。
燃料噴射器532可以配置為進(jìn)氣道噴射器或替代地為直接噴射器，如圖3所示。雖然在該示例中僅示出單個(gè)出口 ，但是應(yīng)理解燃料導(dǎo)軌總成130可以包括每個(gè)流體連通燃料噴射器的兩個(gè)或多個(gè)燃料出口。例如，如圖l所示，燃料導(dǎo)軌總成130可以包括每個(gè)通過其相應(yīng)的燃料噴射器服務(wù)單獨(dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的至少四個(gè)燃料出口。因此，在一些示例中，燃料導(dǎo)軌總成可以包括與發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸相同數(shù)目的燃料出口。然而，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)包括用于服務(wù)單獨(dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸排(例如雙排V8發(fā)動(dòng)機(jī))的兩個(gè)燃料導(dǎo)軌總成130時(shí)，每個(gè)燃料導(dǎo)軌總成可以包括與燃料導(dǎo)軌總成服務(wù)的汽缸的數(shù)目相等的多個(gè)燃料出口。
燃料分離膜元件582如圖5所示可以表示如參考圖1和圖4先前描述的燃料分離膜元件134。在該具體的示例中，區(qū)域572由燃料分離膜元件582部分地確定且進(jìn)一步由端蓋550和560確定。端蓋550還包括允許從燃料導(dǎo)軌總成的區(qū)域572去除滲透過的燃料的開口或通道。例如，如圖l所示，可以通過蒸汽通道138從區(qū)域135去除滲透過的燃料，且如圖l所示，燃料可以通過燃料通道124供應(yīng)到燃料入口 520。
在一些示例中，燃料分離膜元件582通過如基本上在598所示沿著燃料分離膜元件的縱向長度以預(yù)定間隔定位的一個(gè)或多個(gè)支柱支撐或固定在外殼510之內(nèi)的位置中。在598所示的外接于燃料分離膜元件的支柱相比較于參考圖4所述的襯底450。然而，在一些示例中，支柱598可以與燃料分離膜元件的襯底集成形成。支柱598的示例截面如在圖7所示。
圖6示出為燃料導(dǎo)軌總成500的替代的實(shí)施例的燃料導(dǎo)軌總成600。在該具體的示例中，燃料導(dǎo)軌總成600包括形成用于接收滲透過的燃料的相應(yīng)的區(qū)域672、 674、及676的多個(gè)燃料分離膜元件682、 684、及686。區(qū)域672、 674、及676可以共同地表示如在圖l所述的區(qū)域135。雖然該示例描述為包括多個(gè)不同的燃料分離膜元件，但是應(yīng)理解這些燃料分離膜元件可以形成一個(gè)燃料分離膜元件系統(tǒng)，且可以在一些示例中通過共同的支撐結(jié)構(gòu)支撐在燃料導(dǎo)軌總成內(nèi)。
燃料導(dǎo)軌總成600如圖所示包括具有如在642所示用于接收混合燃料的至少一個(gè)入口 620和一個(gè)或多個(gè)燃料出口的燃料導(dǎo)軌外殼610，燃料出口的一個(gè)示例如在630 所示。燃料出口 "0可以流體連通燃料噴射器632,用于輸送燃料到發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一 個(gè)汽缸。注意燃料導(dǎo)軌總成600可以包括用于由燃料導(dǎo)軌總成服務(wù)的每個(gè)汽缸的出 口。噴射器632可以表示如圖3所示的噴射器366。
在燃料導(dǎo)軌總成之內(nèi)的燃料混合物接收區(qū)域670至少部分地由燃料導(dǎo)軌外殼610 界定。區(qū)域670可以表示如圖1所示的區(qū)域133。在該示例中燃料導(dǎo)軌外殼610包括 燃料導(dǎo)軌壁608和端蓋650和652。注意雖然所示的燃料導(dǎo)軌總成包括具有端蓋的燃 料導(dǎo)軌外殼，在其他的示例中，端蓋可以與燃料導(dǎo)軌壁集成形成。以此方式，燃料導(dǎo) 軌外殼可以包括用于制造的一個(gè)或多個(gè)部分。
如圖6所示，燃料導(dǎo)軌總成600可以包括界定兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的燃料分離區(qū)域的 兩個(gè)或多個(gè)燃料分離膜元件。例如，在該示例中燃料導(dǎo)軌總成600包括界定燃料分離 區(qū)域的第一燃料分離膜元件682、界定燃料分離區(qū)域674的第二燃料分離膜元件 684、界定燃料分離區(qū)域676的第三燃料分離膜元件686。因此，在該示例中，燃料 導(dǎo)軌總成600包括三個(gè)不同的燃料分離膜元件。在一些示例中，這些燃料分離膜元件 可以通過基本上在698所示的一個(gè)或多個(gè)支柱支撐和/或固定在燃料導(dǎo)軌外殼內(nèi)的位 置中。支柱可以沿著燃料分離膜元件的縱向長度的預(yù)定間隔提供。圖7示出支柱698 的示例截面。
在該示例中，端蓋650包括如分別在692、 694、及696所示的用于從區(qū)域672 、 "4、及676釋放滲透過的燃料的多個(gè)開口。這些開口每個(gè)可以與共同的蒸汽通道流 體連通，如圖1的蒸汽通道138。
圖7A示出燃料導(dǎo)軌總成500的示例截面，包括燃料導(dǎo)軌外殼510、燃料混合物 區(qū)域570、燃料分離膜元件582、及燃料分離區(qū)域572。在該示例中，燃料導(dǎo)軌壁和 燃料分離膜元件每個(gè)具有環(huán)形截面。然而，在其他的示例中，燃料導(dǎo)軌壁和/或燃料 分離膜元件可以具有任何合適的截面。圖7B示出不同于在圖7A所示的截面在沿著燃 料導(dǎo)軌總成500的長度的不同的位置處通過支柱598的示例截面。圖7B示出支柱598 如何設(shè)置在燃料分離膜元件和燃料導(dǎo)軌壁之間，且可以具有允許燃料沿著燃料導(dǎo)軌的 長度縱向上流動(dòng)的如在570所示的各種開口。應(yīng)理解如在圖7B所示的支柱598的形 狀僅是一個(gè)示例，可以使用其他合適的形狀。
圖7C和圖7D示出燃料導(dǎo)軌總成500的其他示例截面。本發(fā)明的發(fā)明人在此認(rèn)識(shí) 到通過增加燃料分離膜元件的表面積，可以增加滲透過的燃料從燃料混合物的分離 率。因此，圖7C和圖7D的示例示出燃料分離膜元件如何包括多個(gè)側(cè)面和/或折疊以 相對(duì)于在燃料分離膜元件內(nèi)包含的區(qū)域572的內(nèi)部體積增加燃料分離膜元件的表面 積。圖7D還示出不同于圖7C中所示的截面在沿著燃料導(dǎo)軌總成500的不同的位置處 通過支柱598的示例截面。圖7D示出支柱598如何設(shè)置在燃料分離膜元件和燃料導(dǎo) 軌壁之間，且可以具有允許燃料沿著燃料導(dǎo)軌的長度縱向上流動(dòng)的在570所示的各種
15開口。
圖7E示出燃料導(dǎo)軌總成600的又一個(gè)示例截面，包括由燃料分離膜元件682、 6M、及686界定的多個(gè)獨(dú)立的滲透過的燃料接收區(qū)域。注意其他的燃料導(dǎo)軌總成可 以包括其他合適數(shù)目的燃料分離膜元件以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的燃料分離率。通過增加界定不同 的燃料分離區(qū)域的燃料分離膜元件的數(shù)量，在特定的滲透區(qū)域的體積下，可以增加燃 料分離膜元件的總的表面積，從而增加滲透過的燃料的分離率。此外，通過利用具有 相對(duì)較小的截面積、周長、或直徑的燃料分離膜元件管件，可以減少燃料分離膜元件 的支撐結(jié)構(gòu)中的環(huán)應(yīng)力，從而允許壁的厚度減少，這可以進(jìn)一步增加滲透率。燃料導(dǎo) 軌壁608如圖所示環(huán)繞區(qū)域670。燃料分離膜元件682、 684 、及686如圖所示具有分 別界定區(qū)域6"、 67《及676的環(huán)形截面。注意燃料分離膜元件682、 684、及686 可以具有其他合適的形狀。此外，在一些示例中，燃料分離膜元件中的至少一個(gè)或多 個(gè)可以具有與相同的燃料導(dǎo)軌總成中的另一個(gè)燃料分離膜元件不同的形狀。圖7F示 出不同于圖7E的截面在沿著燃料導(dǎo)軌總成的縱向長度的不同的位置處通過支柱698 的示例截面。圖7F示出支柱698如何設(shè)置在燃料分離膜元件和燃料導(dǎo)軌壁之間，且 可以具有允許燃料沿著燃料導(dǎo)軌的長度縱向上流動(dòng)的如在670所示的各種開口。
圖8示出描述用于控制輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的第一和第二燃料的相對(duì)量的示例例程的 流程圖。在810，可以確定工況。在一個(gè)示例中，控制系統(tǒng)190可以通過一個(gè)或多個(gè) 先前描述的傳感器確定關(guān)聯(lián)于發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的工況。工況可以包括下列工況的 一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)荷載、增壓壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、環(huán)境空氣溫度和壓 力、排氣溫度、進(jìn)氣門或排氣門正時(shí)、節(jié)氣門位置、存儲(chǔ)在車輛上的燃料混合物的量 和成分、從燃料混合物分離的滲透過的燃料的量和/或成分、燃料導(dǎo)軌總成130中的 燃料混合物的壓力、燃料導(dǎo)軌160中的滲透過的燃料的壓力、爆震傳感器提供的爆震 的指示、車輛/發(fā)動(dòng)機(jī)駕駛員的輸入、排氣催化劑工況、及燃料泵工況等等。
在820,響應(yīng)于在810確定的工況，可以選擇輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的第一和第二燃料的 相對(duì)量。在一個(gè)示例中，控制系統(tǒng)190可以參考存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的查找表、圖表、或 合適的燃料選擇函數(shù)。用于響應(yīng)于各種工況選擇輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的汽油和乙醇的相對(duì)量 的示例圖表如在圖10所示。在一個(gè)非限制的示例中，從燃料混合物分離的滲透過的 燃料包括比燃料混合物高的醇類濃度，則相對(duì)于燃料混合物保留的成分可以增加輸送 到發(fā)動(dòng)機(jī)的滲透過的燃料的量以減少發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。因此，響應(yīng)于增加發(fā)動(dòng)機(jī)爆震傾向 的工況，相對(duì)于烴類成分的量可以增加輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的醇類成分的量。這些工況例如 可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)荷載、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、和/或增壓壓力等等。
在830，輸送在820選擇的第一和第二燃料的相對(duì)量到發(fā)動(dòng)機(jī)。例如，控制系統(tǒng) 可以控制燃料噴射器以提供預(yù)定相對(duì)量的每種燃料類型到各發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸。如在圖3所 示，噴射器367可以噴射滲透過的燃料，噴射器366可以噴射燃料分離膜元件保留的 燃料混合物的部分，其中滲透過的燃料可以包括比噴射器366噴射的燃料高的醇類濃
16度。在一些示例中，控制系統(tǒng)可以利用來自排氣傳感器的反饋控制以基于控制系統(tǒng)預(yù) 定的相對(duì)量調(diào)節(jié)實(shí)際輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的兩種燃料的相對(duì)量。
在840,可以判斷是否具有爆震的指示。在一個(gè)示例中，控制系統(tǒng)可以從圖3中 的所示的爆震指示傳感器接收發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的指示。若在840的回答為是，則在 850,相對(duì)于其他燃料類型(例如烴類成分)可以增加輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震抑制燃料 (例如醇類成分)的量。例如，相對(duì)于燃料分離膜元件保留的剩余燃料混合物的量(例 如在UO所示通過噴射器366 ),控制系統(tǒng)可以增加輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的滲透過的燃料的 量(例如在180所示通過噴射器367 )以減少發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。
注意基于各種工況，例如上述發(fā)動(dòng)機(jī)工況、分離性能、環(huán)境條件等可以調(diào)節(jié)通過 170和180輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的第一和第二燃料的量。在一個(gè)示例中，可以響應(yīng)于排氣空 燃比調(diào)節(jié)第一和第二燃料的量。此外，分離的性能可以通知是否選擇基于排氣空燃比 調(diào)節(jié)第一和/或第二燃料，如基于燃料導(dǎo)軌壓力和/或燃料導(dǎo)軌溫度。以此方式，可以 獲得改進(jìn)的空燃控制。
現(xiàn)參考圖9,示出描述用于通過本文描述的包含燃料分離膜元件的燃料導(dǎo)軌總成 控制至少一種燃料成分從燃料混合物的分離率的示例控制例程的流程圖。在910,如 在810先前描述可以確定工況。
在912，判斷是否增加燃料混合物的分離率。在一個(gè)非限制的示例中，控制系統(tǒng) 可以決定增加燃料混合物的分離率以增加富醇類滲透過的燃料的供應(yīng)率?？刂葡到y(tǒng)可 以經(jīng)傳感器153和155接收對(duì)于可用于發(fā)動(dòng)機(jī)的分離的滲透過的燃料的量和/或濃度 的反饋?？刂葡到y(tǒng)還可以基于確定的工況考慮滲透過的燃料的當(dāng)前和/或預(yù)測的使用 率。例如，車輛駕駛員搡作發(fā)動(dòng)機(jī)以便富醇類滲透過的燃料以相對(duì)較高的比率供應(yīng)到 發(fā)動(dòng)機(jī)以減少爆震傾向，控制系統(tǒng)可以相應(yīng)地增加燃料混合物的分離率以便足夠量的 富醇類成分可用于輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)。在一個(gè)示例中，控制系統(tǒng)可以參考存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中 的查找表、圖表、或函數(shù)以基于從在810或910確定的工況判斷的燃料使用率確定合 適的分離率。
若在912的回答為是，例程可以繼續(xù)進(jìn)行到914。在914,通過增加泵122和/ 或126提供的泵功的量，控制系統(tǒng)可以增加供應(yīng)到燃料導(dǎo)軌總成的燃料混合物的壓 力。例如，控制系統(tǒng)可以增加馬達(dá)驅(qū)動(dòng)泵122的轉(zhuǎn)速和/或增加泵126的每個(gè)泵行程 的有效體積。另外，控制系統(tǒng)甚至響應(yīng)于壓力增加可以調(diào)節(jié)關(guān)聯(lián)于燃料導(dǎo)軌總成的燃 料噴射器(例如噴射器366 )的脈寬以保持使用圖8的例程確定的預(yù)定的噴射量。例 如增加燃料導(dǎo)軌總成的燃料壓力，也就是燃料導(dǎo)軌總成的區(qū)域133中的燃料壓力，可 以減少燃料噴射器的脈寬以對(duì)應(yīng)于預(yù)定的噴射量。
在916，通過增加從燃料導(dǎo)軌總成蒸汽通道138的去除率可以減少燃料導(dǎo)軌總成 的區(qū)域135之內(nèi)的滲透過的燃料蒸汽的濃度。換言之，控制系統(tǒng)可以增加燃料分離膜 元件兩側(cè)的醇類成分的濃度梯度以增加滲透率進(jìn)而增加分離率。
17在918,可以調(diào)節(jié)燃料導(dǎo)軌總成的溫度以增加從燃料混合物的滲透過的燃料的分 離率。例如，控制系統(tǒng)可以增加或減少發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流率、和/ 或其他合適的冷卻參數(shù)以增加燃料導(dǎo)軌總成提供的分離率。
或者，若在912的回答為否，例程可以繼續(xù)進(jìn)行到920。在920,可以判斷是否 減少燃料混合物的分離率?？刂葡到y(tǒng)用于在912的決定所考慮的事項(xiàng)類似于在920的 決定考慮的那些事項(xiàng)。例如，若操作發(fā)動(dòng)機(jī)以便減少或停止?jié)B透過的燃料的使用，滲 透過的燃料存儲(chǔ)箱具有足夠量的滲透過的燃料，則控制系統(tǒng)可以減少分離率。若在 920的回答為是，例程可以進(jìn)行到922。或者，若在920回答為否，例程可以返回。
在922,控制系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)泵122和/126減少供應(yīng)到燃料導(dǎo)軌總成的燃料混 合物的壓力。另外，響應(yīng)于壓力減少可以增加關(guān)聯(lián)于燃料導(dǎo)軌總成的燃料噴射器(例 如噴射器366 )的脈寬以保持相同有效的燃料輸送量。
在924,通過減少來自區(qū)域135的滲透過的燃料蒸汽的去除率和/或冷凝率可以 增加區(qū)域135中的滲透過的燃料蒸汽的^度。換言之，控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)冷凝泵和/ 或熱交換器以減少燃料分離膜元件兩側(cè)的濃度梯度，從而減少燃料混合物的分離率。 在926,可以在合適的方向調(diào)節(jié)燃料導(dǎo)軌總成的溫度以減少燃料混合物的分離率。從 918和926中的一個(gè)，例程可以返回。
圖10示出描述在影響發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的工況的范圍中用于控制輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的如乙 醇的富醇類燃料和如汽油的富烴類燃料的相對(duì)量的示例策略的示圖或圖表。示圖的橫 軸表示爆震傾向或減少或消除發(fā)動(dòng)機(jī)爆震所需要的爆震抑制水平。示圖的縱軸表示相 對(duì)于汽油輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的乙醇的量。當(dāng)爆震傾向相對(duì)較低時(shí)，相對(duì)于汽油可以減少或 最小化輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的乙醇的量。例如，當(dāng)具有較低的爆震傾向時(shí)，可以僅操作噴射 器366以輸送燃料分離膜元件保留的燃料混合物到汽缸。通過增加發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng) 機(jī)荷載、和/或增壓裝置提供的增壓壓力可以增加爆震傾向，通過增加經(jīng)噴射器367 噴射的滲透過的燃料的量，相對(duì)于汽油的量可以增加提供到發(fā)動(dòng)機(jī)的乙醇的量。如在 1 020所示，滲透過的燃料噴射的增加可以包括對(duì)應(yīng)于噴射器(例如噴射器367 )的最 小脈寬的量。如在1010所示，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)荷載、和/或增壓壓力繼續(xù)增加 時(shí)，相對(duì)于汽油的量可以增加輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的乙醇的量。例如，控制系統(tǒng)可以相對(duì)于 燃料分離膜元件保留的燃料混合物的量增加輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的滲透過的燃料的量。以此 方式，控制系統(tǒng)可以響應(yīng)于工況控制輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的如上述來自共同的燃料混合物的 不同燃料的相對(duì)量以減少發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。
18
權(quán)利要求
1. 一種供應(yīng)加壓的燃料到多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的燃料導(dǎo)軌總成，包括界定具有至少第一區(qū)域和第二區(qū)域的燃料導(dǎo)軌內(nèi)部體積的燃料導(dǎo)軌外殼；設(shè)置在所述燃料導(dǎo)軌外殼內(nèi)且隔離所述第一區(qū)域和第二區(qū)域的燃料分離膜元件，所述燃料分離膜元件配置為使燃料混合物的第一成分以比所述燃料混合物的第二成分高的通過率從所述第一區(qū)域通過所述燃料分離膜元件到所述第二區(qū)域；設(shè)置在所述燃料導(dǎo)軌外殼上的燃料入口，所述燃料入口配置為允許所述燃料混合物到所述第一區(qū)域；設(shè)置在所述燃料導(dǎo)軌外殼上的多個(gè)燃料出口，所述燃料出口的每個(gè)配置為從所述第一區(qū)域供應(yīng)至少一部分燃料混合物到所述多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的相應(yīng)的一個(gè)；及設(shè)置在所述燃料導(dǎo)軌外殼上且配置為從所述第二區(qū)域供應(yīng)已通過所述燃料分離膜元件的至少一部分第一成分到所述燃料導(dǎo)軌外殼之外的位置的至少一個(gè)膜出口。
2. 如權(quán)利要求l所述的總成，其特征在于，當(dāng)所述第一區(qū)域用所述燃料混合物 加壓時(shí)，所述燃料分離膜元件成形為承受壓縮。
3. 如權(quán)利要求2所述的總成，其特征在于，在所述燃料導(dǎo)軌外殼中所述第一區(qū) 域基本上圍繞所述第二區(qū)域。
4. 如權(quán)利要求i所述的總成，其特征在于，所述燃料導(dǎo)軌外殼形成第一管件， 所述燃料分離膜元件形成在所述第一管件之內(nèi)的第二管件。
5. 如權(quán)利要求4所述的總成，其特征在于，所述第一管件和第二管件每個(gè)具有如通過正交于所述燃料導(dǎo)軌總成的縱軸的平面所見的環(huán)形截面。
6. 如權(quán)利要求4所述的總成，其特征在于，所述燃料分離膜元件包括膜包層和 支撐所述膜包層的膜襯底，所述膜包層形成所述第二管件的外表面。
7. 如權(quán)利要求6所述的總成，其特征在于，所述膜包層利用分子尺寸排除和化 學(xué)選擇性的至少一個(gè)以至少部分地分離所述燃料混合物的第一成分和第二成分。
8. 如權(quán)利要求7所述的總成，其特征在于，所述膜包層包括聚合物材料。
9. 如權(quán)利要求6所述的總成，其特征在于，所述膜襯底包括多孔陶瓷材料。
10. —種操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料系統(tǒng)的方法，包括-.供應(yīng)加壓的燃料混合物到第一燃料導(dǎo)軌，所述燃料混合物包括烴類成分和醇類成分；將至少一部分醇類成分通過設(shè)置在所述第一燃料導(dǎo)軌中的燃料分離膜元件，從所述燃料混合物中分離至少一部分醇類成分以獲得醇類減少的燃料混合物；通過流體連通所述第一燃料導(dǎo)軌的第一燃料噴射器，從所述第一燃料導(dǎo)軌輸送所述醇類減少的燃料混合物到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)汽缸；從所述第一燃料導(dǎo)軌供應(yīng)所述分離的醇類成分到第二燃料導(dǎo)軌；及 通過流體連通所述第二燃料導(dǎo)軌的第二燃料噴射器，從所述第二燃料導(dǎo)軌輸送所述分離的醇類成分到所述汽缸。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括燃料分離膜的燃料導(dǎo)軌總成。在一個(gè)示例中，提供供應(yīng)加壓的燃料到發(fā)動(dòng)機(jī)的多個(gè)汽缸的燃料導(dǎo)軌總成。該燃料導(dǎo)軌總成包括界定具有至少第一區(qū)域和第二區(qū)域的燃料導(dǎo)軌內(nèi)部體積的燃料導(dǎo)軌外殼；設(shè)置在燃料導(dǎo)軌外殼中隔離第一區(qū)域與第二區(qū)域的燃料分離膜元件。該燃料分離膜元件配置為使如醇類的燃料混合物的第一成分以比如烴類的燃料混合物的第二成分高的通過率從第一區(qū)域通過燃料分離膜元件到第二區(qū)域。分離的醇類和烴類成分可以基于工況以變化的相對(duì)量提供到發(fā)動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)F02M55/02GK101463782SQ200810189039
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者湯姆·G·利昂, 羅斯·戴克斯特拉·珀西富爾, 馬克·艾倫·德思 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司