CN101037961B - 汽车中的爆震抑制流体分离器的控制 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于路上行驶的汽车的方法。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；在所述汽车上将所述燃料混合物分离为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浓度；变化所述分离的操作参数以响应汽车操作条件；及以不同的比率向所述发动机供给第一个量的所述第一混合物和第二个量的所述第二混合物。以此方式，可以通过针对发动机的特定操作条件、环境及用户提供的燃料混合物调整分离器操作来提高总体性能。

Description

汽车中的爆震抑制流体分离器的控制
技术领域
本发明涉及在车上分离提供给汽车的燃料混合物的方法和系统。
背景技术
发动机可以使用各种形式的燃料供给以提供在每个汽缸中燃烧所需的燃料量。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。
此外，已提出了使用不止一种类型的燃料喷射的发动机。例如，海伍德(Heywood)等人的标题为“使用直接乙醇喷射的高涡轮增压汽油/乙醇发动机中的爆震抑制的计算”(Calculations of Knock Suppression in Highly TurbochargedGasoline/Ethanol Engines Using Direct Ethanol Injection)和“直接喷射乙醇增压的汽油发动机：以有效成本降低油依赖性和CO2排放的生物燃料的杠杆作用”(Direct Injection Ethanol Boosted Gasoline Engine：Biofuel Leveraging forCost Effective Reduction of Oil Dependence and CO2 Emissions)的论文就是一个例子。具体来说，海伍德等人的论文描述了直接喷射乙醇来改进进气冷却效应，同时依赖于进气道喷射的汽油在驱动循环上提供大部分燃烧的燃料。由于和汽油相比乙醇具有更高的蒸发热，乙醇提供增加的辛烷值和增加的进气冷却，从而降低增压和/或压缩比的爆震限制。此外，可以用水与乙醇混合和/或作为乙醇的替换。上述方法旨在改进发动机燃料经济并增加对可再生燃料的利用。
发明内容
上述方法的一个问题是：要求用户始终提供分离的燃料(如，汽油和乙醇)可能会很麻烦并且阻碍这样的燃料经济改进技术的推广。
因此，提供了一种用于路上行驶的汽车的方法。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；在所述汽车上将所述燃料混合物分离为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浓度；变化所述分离的操作参数以响应汽车操作条件；及以不同的比率向所述发动机供给第一个量的所述第一混合物和第二个量的所述第二混合物。
根据另一方面，提供了一种用于路上行驶的汽车的系统。所述系统包括配置为接收燃料混合物的箱，所述混合物至少包含部分酒精；连接到所述箱并配置为在所述汽车上将所述燃料混合物分离为至少第一和第二混合物的分离器，其中所述第一混合物具有比所述第二混合物更高的酒精浓度；配置为变化所述分离器的操作参数以响应汽车操作条件的控制系统；及配置为以不同的比率向所述发动机供给第一个量的所述第一混合物及第二个量的所述第二混合物的供给系统。
根据里又另一方面提供了一种用于路上行驶的汽车的方法。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；在所述汽车上将所述燃料混合物分离为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浓度；变化所述分离的操作参数以响应汽车操作条件；及在不同的发动机负荷条件下以不同的比率向所述发动机供给第一个量的所述第一混合物和第二个量的所述第二混合物，其中向汽缸的直接喷射器供给所述第一混合物，而向汽缸的进气道喷射器供给所述第二混合物，且其中调整所述第一和第二个量中的一个以响应所述分离。
以此方式，可以使用车载上的分离来利用现有的酒精混合物，如E10(10％的乙醇和90％的汽油)或E85(85％的乙醇和15％的汽油)，同时利用例如以变化的比率(和/或通过不同的喷射器)向发动机供给混合物中的成分。由于用户可以提供变化的浓度(如，有时提供E85、有时提供E10，和/或有时提供汽油)，可以基于操作条件，如基于燃料箱中的组分或发动机使用速率来调整分离器。此外，可以基于发动机操作条件和环境条件进行调整。因此，可以通过针对发动机的特定操作条件、环境及用户提供的燃料混合物调整分离器操作来提高总体性能。
附图说明
图1示出一般的发动机系统；
图2示出部分发动机视图；
图3示出具有涡轮增压器的发动机；
图4示出示例燃料系统布局；
图5-6示出示例启用例程；
图7、9和11示出可选的燃料系统布局；
图8、10和12示出用于各种燃料系统布局的分离器控制例程；
图13、14和15示出示例参数变化的图表；
图16示出用于控制发动机和分离器操作的示例例程；及
图17-20是示出有关图16的示例操作的图表。
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)的供给。各种物质可以包括多种不同的燃料混合物、喷射位置，或各种其他替换。在一个示例中，可以向发动机供给具有不同的汽油和/或酒精和/或水浓度的多种不同的物质，且可以用混合的状态供给，或分离地供给。此外，不同物质的相对量和/或比率可以由控制器6可变地控制以响应操作条件，操作条件可以通过传感器4提供。
在一个示例中，不同的物质可以表示具有不同酒精水平的不同燃料，包括一种物质是汽油，而另一种物质是乙醇。在另一个示例中，发动机10可以使用汽油作为第一物质，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，约含85％乙醇和15％汽油的E85)，汽油和甲醇的混合物(如，约含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为第二物质。在又一个示例中，第一物质可以是比作为第二物质的汽油酒精混合物具有低酒精浓度的汽油酒精混合物。
在另一个实施例中，可以对不同的物质使用不同的喷射器位置。例如，可以使用单个喷射器(如，直接喷射器)来喷射两种物质的混合物(如，汽油和酒精/水混合物)，其中两种物质在混合物中的相对量或比率可以例如通过由控制器6经混合阀(未示出)做出的调整在发动机操作期间变化。在又一个示例中，对每个汽缸使用两个不同的喷射器，如进气道和直接喷射器，每个都随着操作条件变化以不同的相对量喷射一种不同的物质。在又一个实施例中，除不同的位置和不同的物质之外，还可以使用不同尺寸的喷射器。在又一个实施例中，可以使用两个具有不同喷射模式和/或指向的进气道喷射器。
如下文中更详细的说明，可以通过各种上述系统获得各种有利结果。例如，当使用汽油和包含酒精的燃料(如，乙醇)两者时，可以调整燃料的相对量以利用酒精燃料增加的进气冷却(如，通过直接喷射)降低爆震性(如，响应于爆震或增加的负荷、增加酒精和/或水的相对量)。此现象与增加的压缩比和/或增压和/或发动机尺寸缩小相组合，可用于获得较大的燃料经济效益(通过减少发动机的爆震限制)，同时允许发动机在不受爆震约束时在较低负荷下用汽油操作。然而，在燃烧包含酒精的混合物时，预点火的可能性在特定的操作条件下会增加。这样，在一个示例中，通过使用水或将水混合到包含酒精的物质中，可以降低预点火的可能性，同时仍然利用包含酒精的燃料其增加的进气冷却效应及可用性。
现参考图2，该图示出了多汽缸发动机中的一个汽缸，以及与该汽缸连接的进气和排气路径。此外，图2示出了至少一个汽缸的每汽缸具有两个燃料喷射器的一个示例燃料系统。在一个实施例中，发动机的每个汽缸都可以具有两个燃料喷射器。这两个喷射器可以配置在不同位置，如两个进气道喷射器，一个进气道喷射器和一个直接喷射器(如图2所示)，或其它情形。
同样，如在此所述，存在汽缸、燃料喷射器，及排气系统的各种配置，以及燃料蒸气抽取系统和排气氧传感器位置的各种配置。
继续图2，该图示出了多喷射系统，其中发动机10具有直接和进气道燃料喷射两者，以及火花点火。包括多个燃烧室的内燃机10由电子发动机控制器12控制。发动机10的燃烧室30如图所示包括燃烧室壁32，活塞36位于其中并连接到曲轴40。起动机电动机(未示出)可以经由飞轮(未示出)连接到曲轴40，或者也可以使用直接发动机起动。
在一个具体示例中，如果需要的话，活塞36可以包括凹陷或槽(未示出)来帮助形成分层的进气和进燃料。然而，在可选实施例中，可以使用平坦的活塞。
燃烧室或汽缸30如图所示经由相应的进气门52a和52b(未示出)及排气门54a和54b(未示出)与进气歧管44和排气歧管48连通。这样，虽然可以使用每汽缸四个气门，在另一示例中，也可以使用每汽缸单个进气门和单个排气门。在又一个示例中，可以使用每汽缸两个进气门和一个排气门。
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。
燃料喷射器66A如图所示直接连接到燃烧室30以根据通过电子驱动器68A从控制器12接收的信号脉冲宽度dfpw成比例地直接向其中供给喷射的燃料。虽然图2将喷射器66A示出为侧置喷射器，它也可以位于活塞上方，如靠近火花塞92的位置。由于某些基于酒精的燃料更低的挥发性，这样的位置可以改进混合及燃烧。或者，喷射器可以位于上方并靠近进气门来改进混合。
燃料和/或水可以由包括燃料箱、燃料泵，及燃料导管的高压燃料系统(未示出)供给到燃料喷射器66A。或者，燃料和/或水可以由单级燃料泵以较低压力供给，在此情况，直接燃料喷射正时在压缩行程期间会比使用高压燃料系统的情况受到更多限制。此外，虽然未示出，一个(或多个)燃料箱可以(每个)都具有向控制器12提供信号的压力传感器。
燃料喷射器66B如图所示连接到进气歧管44，而不是直接连接到汽缸30。燃料喷射器66B根据通过电子驱动器68B从控制器12接收的信号脉冲宽度pfpw成比例地供给喷射的燃料。注意，单个驱动器68可用于两个燃料喷射系统，或可以使用多个驱动器。燃料系统164也如图示意性所示向进气歧管44供给蒸气，其中燃料系统164还连接到喷射器66A和66B(虽然未在本图中示出)。可以使用各种燃料系统和燃料蒸气抽取系统。
进气歧管44如图所示经由节气板62与节气门体58连通。在此具体示例中，节气板62连接到电动机94，使得椭圆形的节气板62的位置通过电动机94由控制器12控制。此配置可以称为电子节气门控制(ETC)，这也可以在怠速控制期间使用。在可选实施例中(未示出)，平行于节气板62安排旁路空气通道，以通过定位于空气通道内的怠速控制旁通阀在怠速控制期间控制吸入的空气流。
排气传感器76如图所示连接到催化转化器70上游的排气歧管48(其中传感器76可以对应于各种不同的传感器)。例如，传感器76可以是用于提供排气空燃比的指示的多种已知传感器中的任何一种，如线性氧传感器、UEGO、双态氧传感器、EGO、HEGO，或HC或CO传感器。在此具体示例中，传感器76是向控制器12提供信号EGO的双态氧传感器，控制器12将信号EGO转换为双态信号EGOS。信号EGOS的高电压状态指示排气处于浓化学计量，而信号EGOS的低电压状态指示排气处于稀化学计量。信号EGOS可在反馈空燃比控制期间有利地使用以将平均空燃比在化学计量的均匀操作模式期间保持在化学计量。空燃比控制的进一步细节包括在本文中。
无分电器点火系统88经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花以响应来自控制器12的点火提前信号SA。
控制器12可以通过控制喷射正时、喷射量、喷射模式等等，使燃烧室30以各种燃烧模式运作，包括均匀空燃比模式和/或分层空燃比模式。此外，可以在燃烧室中形成组合的分层和均匀混合气。在一个示例中，可以通过在压缩行程期间操作喷射器66A来形成分层。在另一示例中，可以通过在进气行程期间运行喷射器66A和66B中的一个或两者(可以是开启气门喷射)来形成均匀的混合气。在又一个示例中，可以在进气行程期间之前来运行喷射器66A和66B中的一个或两者(可以是关闭气门喷射)来形成均匀的混合气。在又一个示例中，可以在一个或多个行程期间(如，进气、压缩、排气等)使用来自喷射器66A和66B中的一个或两者的多次喷射。更多的示例可以是在不同的条件下使用不同的喷射正时和混合气形成，如下文所述。
控制器12可以控制由燃料喷射器66A和66B供给的燃料的量，使得可以选择燃烧室30中均匀的、分层的、或均匀/分层组合的空燃混合气处于化学计量法、比化学计量法浓的值，或比化学计量法稀的值。
虽然图2对该汽缸示出了两个喷射器，一个是直接喷射器而另一个是进气道喷射器，但在可选实施例中，可以例如对该汽缸使用两个进气道喷射器，同时使用开启气门喷射。
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。
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。
继续图2，示出了可变凸轮正时系统。具体来说，发动机10的凸轮轴130如图所示与摇臂132和134互相连接以驱动进气门52a、52b和排气门54a、54b。凸轮轴130直接连接到壳体136。壳体136形成具有多个齿138的齿轮。壳体136以液压方式经由正时链条或皮带(未示出)连接到曲轴40。因此，壳体136和凸轮轴130以基本上等于曲轴的速度旋转。然而，通过如本文稍后将描述的液压连接的处理，凸轮轴130相对曲轴40的位置可以由提前室142和延迟室144中的液压改变。通过允许高压液压液进入提前室142，凸轮轴130和曲轴40之间的相对关系提前。因此，进气门52a、52b和排气门54a、54b相对于曲轴40在早于正常的时间开启和关闭。类似地，通过允许高压液压液进入延迟室144，凸轮轴130和曲轴40之间的相对关系延迟。因此，进气门52a、52b和排气门54a、54b相对于曲轴40在晚于正常的时间开启和关闭。
虽然此示例示出了其中同时控制进气和排气门正时的系统，也可以使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时，或固定凸轮正时。此外，也可以使用可变气门升程。此外，可以使用凸轮轴齿面切换以在不同的操作条件下提供不同的凸轮齿面。再此外，气门机构可以是指形从动滚轮、直接作用机械止回阀、机电、电液压，或摇臂的其它选项。
继续可变凸轮正时系统，连接到壳体136和凸轮轴130的齿138允许经由向控制器12提供信号VCT的凸轮正时传感器150测量相对凸轮位置。齿1、2、3和4较佳地用于测量凸轮正时并等距排列(例如，在V-8双组发动机中，彼此间隔90度)，而齿5较佳地用于汽缸标识，如下文稍后所述。此外，控制器12发送控制信号(LACT、RACT)到常规的电磁阀(未示出)来控制进入提前室142、延迟室144的液压液的流量，或不让液压液进入两者。
可以用各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。
传感器160也可以经由信号162提供排气中的氧浓度的指示，这向控制器12提供指示O2浓度的电压。例如，传感器160可以是HEGO、UEGO、EGO，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。
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。
同样，在此处描述的示例实施例中，发动机可以连接到用于起动发动机的起动机电动机(未示出)。例如，可以在驾驶员旋转驾驶杆上的点火开关中的钥匙时，开动起动机电动机。在发动机起动之后，例如发动机10在预定时间之后达到预定转速时，起动机分离。此外，在所公开的实施例中，可以使用排气再循环(EGR)系统来导引所需部分的排气经由EGR阀(未示出)从排气歧管48到进气歧管44。或者，可以通过控制气门正时将一部分燃烧气体保留在燃烧室中。
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”的操作。“接近化学计量”的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。
可以使用反馈空燃比控制来提供接近化学计量操作。此外，来自排气氧传感器的反馈可用于在稀混合气和浓混合气操作期间控制空燃比。特别地，开关类型的加热型排气氧传感器(HEGO)可用于通过基于来自HEGO传感器的反馈和所需空燃比控制喷射的燃料(或通过节气门或VCT的附加空气)进行化学计量空燃比控制。此外，UEGO传感器(它相对于排气空燃比提供基本上线性的输出)可用于在稀混合气、浓混合气和化学计量操作期间控制空燃比。在此情况，燃料喷射(或通过节气门或VCT的附加空气)可以基于所需空燃比和来自传感器的空燃比进行调整。此外，如果需要的话，可以使用单个汽缸空燃比控制。可以取决于各种因素，对喷射器66A、66B或其组合做出调整，以控制发动机空燃比。
还应注意，可以使用各种方法来保持所需的扭矩，如调整点火正时、节气门位置、可变凸轮正时位置、排气再循环量，及执行燃烧的汽缸的数量。此外，可以对每个汽缸单独调整这些变量，以在所有的汽缸之间保持汽缸平衡。虽然未在图2中示出，但发动机10可以连接到各种增压装置，如发动机增压器或涡轮增压器，如图3所示。在增压的发动机上，可以通过调整废气阀和/或压缩机旁通阀来保持所需扭矩。
现具体参考图3，示例发动机10如图所示具有四个直列汽缸。在一个实施例中，发动机10可以具有涡轮增压器319，涡轮增压器319包括连接到排气歧管48中的涡轮319a及连接到进气歧管44中的压缩机319b。虽然图3并未示出中间冷却器，但可以可选地使用它。涡轮319a通常经由驱动轴315连接到压缩机319b。可以使用各种类型的涡轮增压器和排列。例如，可以使用可变几何涡轮增压器(VGT)，其中在发动机操作期间可以通过控制器12来变化涡轮和/或压缩机的几何形状。或者，或附加地，当可变截面喷嘴在排气管中位于涡轮的上游和/或下游(和/或在进气管中位于压缩机的上游或下游)，用于变化通过涡轮增压器的气体的有效膨胀或压缩时，可以使用可变喷嘴涡轮增压器(VNT)。可以使用另一些方法来变化排气中的膨胀，如排气泄压阀。图3示出了涡轮319a周围的示例旁通阀320和压缩机319b周围的示例旁通阀322，其中每个阀都通过控制器12控制。如上所述，这些阀可以位于涡轮或压缩机内，或可以是可变喷嘴。
同样，如果需要的话，也可以使用双涡轮增压器排列，和/或顺序涡轮增压器排列。在多个可调整的涡轮增压器和/或级的情况下，取决于操作条件(如，歧管压力、空气流量、发动机转速等等)，可能需要通过涡轮增压器变化膨胀的相对量。此外，如果需要的话，可以使用机械或电力驱动的发动机增压器。
现参考图4，提供了具有包含燃料加注盖412的燃料箱410的示例燃料系统布局。该系统配置为通过加注管414接收燃料混合物并使其进入箱410，其中混合物可以是汽油/酒精混合物，汽油/酒精/水混合物，或此处所指出的各种其他混合物，包括例如E10这样的汽油/乙醇混合物。箱410中的燃料混合物可以通过输送系统输送到分离系统420，如双箭头416所示。输送系统416可以是单向输送，如将燃料混合物输送到分离器，或可以支持双向输送，如从分离器或下游燃料系统回到箱410的回管。输送系统416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4示出输送系统416在箱410的外部，但系统416以及分离器420和/或输送系统422的部分也可以位于或至少部分位于箱410内。
分离器420可以包括各种类型的分离器系统。分离器系统一般配置为允许存储在箱410中的燃料混合物的两种或多种成分分离并被单独提供给发动机10，从而容许使用多喷射或混合喷射策略的优点而不会给用户带来不便。在一个示例中，分离器系统利用水萃取法从不溶于水的燃料成分中去除可溶于水的燃料成分(如，甲醇、乙醇等)。例如，可以将萃取液(如，水)添加到汽油/酒精混合物中，且以不同水平汲取混合物，其中较低的水平提供富含酒精的物质。在另一个示例中，可以在箱中使用屏障，其中该屏障至少部分地由这样的一件或多件材料制成，这种材料选择性地以比输送混合燃料中的另一成分更高的速率输送混合燃料中的一种成分，或甚至完全排除混合燃料中的另一成分。在又一个示例中，屏障可以是离子传导或电传导的聚合物或无机物材料，聚吡咯是导电性聚合物的一个示例。可以分别使用电压和/或电流供给来跨越和/或通过膜施加电压和/或电流。以此方式，可以按例如不同的速率和/或浓度萃取物质。
继续图4，该图还示出了位于分离器420和发动机(未示出)之间的下游输送系统422。输送系统422如图所示包括至少两根连接到分离器并取决于操作条件将不同量的具有不同组分的物质输送到发动机的分离管。在向发动机供给不同物质时，输送系统422可以使不同的物质保持分离，或可以混合各物质将它们一起供给发动机，如图4所示。此外，像系统416那样，系统422也可以包括泵、阀、多根分离管、回管，或各种其他组件，如下文中参考示例系统所述。
现参考图5-6，提供用于控制系统操作，特别是用于启用和控制分离器操作的示例例程。在510，例程读取操作条件，如在下文中在图6中提到的那些。然后，在512，例程确定用于启用分离器操作的条件是否满足。可以使用各种条件来启用/禁用分离器操作，如参考图6所示的那些。如果对512的回答为否，则例程进入514来禁用分离器操作，然后如果分离器尚未被停用，则在516关闭分离器。关闭可以是逐步的关闭，或可以取决于操作条件调整。例如，在某些条件下，可以使用比其他条件更加快速的关闭。
如果对512的回答为是，则例程进入518以启用分离器操作。然后如果分离器尚未运行，则例程在520执行起动程序来起用分离器。起动程序可以包括暖机操作以发起分离，且可以取决于发动机、汽车和/或环境操作条件调整。例如，分离器在较暖的环境条件下可以具有更加快速的起动程序。
现参考图6，描述了分离器启用的细节。虽然下面的条件可用于启用/禁用分离器操作，但也可以使用各种其他参数或这些参数的替换组合。在610中，例程首先确定是否已发生或已检测到分离器劣化。可以按各种方式检测劣化，如对给定的一组条件基于对测量的分离器操作与期望的操作进行比较。例如，例程可以监视分离器性能、燃料分离率、燃料分离百分比收益，或各种其他参数。如果对610的回答为否，则例程进入612来确定燃料温度是否超出了分离器操作的范围。该范围可以随着如箱或分离器中的燃料类型的估计，箱或分离器中的相对燃料量，发动机操作条件，或各种其他因素。
如果对612的回答为否，则例程进入614来确定分离器和/或它的任何组件是否超出了分离器操作的温度范围。再次，该范围可以随着如箱或分离器中的燃料类型的估计，箱或分离器中的相对燃料量，或各种其他因素的操作条件变化。
如果对614的回答为否，则例程进入616来确定在电力驱动的分离器情况下，电功率相关的值与可接受的值或阈值相比结果如何。例如，例程可以确定分离器在当前条件下分离当前的燃料所使用的能量的量是否低于某个阈值。或者，例程可以考虑汽车电池电压、充电状态，和/或发电条件。例如，如果电池电压或充电状态高于某个阈值，则可以启用分离器操作。
如果对616的回答为否，则例程进入618来确定箱中的燃料混合物组分是否超出执行分离器操作的所选择的范围。例如，如果要分离的特定组分在输入的燃料中低于特定的相对量，则由于低收益而禁用分离。或者，如果另一种组分高于阈值，则可以由于对分离性能的干扰而禁用分离。
如果对618的回答为否，则例程进入620来确定在酒精分离的情况下，燃料箱混合物中的酒精浓度是否低于某个阈值。例如，如果酒精在混合物中的量低于阈值，则可以由于酒精可用量低而禁用分离。
如果对620的回答为否，则例程进入622来确定在酒精分离的情况下，酒精需求是否低于某个阈值。例如，如果发动机和/或汽车在不需要分离的酒精混合物，或只有最少量需要的条件下操作，则可以禁用分离。在一个示例中，如果发动机冷却剂温度低于最低温度(如，在冷起动期间)，则可以不使用分离的混合物，从而可以禁用分离器。类似地，如果通过已劣化的分离的喷射系统供给分离的混合物，则可以禁用分离器操作。
接着对610至622中任何一个为是的回答，例程进入626来禁用分离。或者，如果对622的回答为否，则例程进入624来启用分离器操作。以此方式，可以在汽车操作以及汽车寿命中的劣化的上下文中提供适当的分离器操作。
现参考图7、9和11，其中示出示例燃料系统，以及用于分离器和/或发动机控制的关联的控制例程。
具体来说，图7示出示例燃料系统布局，其中使用分离器720来从箱710中至少包含汽油和乙醇的燃料混合物中至少分离出乙醇。在一个示例中，分离器可以接收具有第一乙醇浓度的汽油/乙醇混合物716作为输入，并生成两种输出的汽油/乙醇混合物(730，732)，一种具有第二乙醇浓度，而另一种具有第三乙醇浓度。在一个示例中，第三乙醇浓度高于第一乙醇浓度，而第一乙醇浓度高于第二乙醇浓度。两种输出混合物被馈送给发动机10，例如，输出730可以馈送给进气道燃料喷射器(如，66A)，而输出732可以馈送给直接喷射器(如，66B)。
在一个示例中，可以提供泵750来对混合物716加压，如虚线所示。作为补充或替换，可以分别在730和732中提供泵752和754。泵可以通过控制器12控制，控制器12还接收各种输入，如来自传感器742的信息。此外，除发动机和/或汽车操作外，控制器127还可以控制分离器720。
对于图7中的示例系统，可以将其有利地用在该种情况下即分离可以生成足够量的较高酒精浓度的燃料混合物来处理很大一部分发动机和/或汽车操作，且不需要用于混合物730和732之一或两者的附加存储箱(虽然如果需要的话也可以添加)。
在此情况，一种用于分离器的可选控制策略可以包括取决于发动机燃料供给需求和操作条件以各种产生/生成速率和/或浓度来操作分离器。在一个实施例中，控制器可以按足以为当前发动机操作条件或当前发动机加燃料需求产生所需的酒精量的方式操作分离器。当前发动机需求可以从发动机控制器确定，或可以从喷射器脉冲宽度和燃料压力计算。或者，可以使用燃料压力或其他参数的反馈控制以提供足够的产生量来满足需求和保持压力。
例如，在732中的混合物具有比730中的混合物更高的酒精浓度的情况下，可以控制分离器来响应哪种混合物更具限制性。换句话说，在混合物732的使用比生成/分离更快的情况下，可以调整分离器来增加混合物732的量。类似地，在混合物730的使用比生成/分离更快的情况下，可以调整分离器来增加混合物730的量。在这些情况下，可以使用回管(未示出)将混合物730和/或732的多余的量返回到箱710中。
如果分离器的瞬时响应比发动机所要求的慢，则可以使用前馈控制，其中基于当前和/或过去的操作条件以及例如自适应学习来计算预测的需求。在另一个示例中，这可以涉及基于最近的需求、早先的需求模式、模糊逻辑等等预测将来的发动机需求。或者，可以一直以比当前所需更高的速率操作分离器(未使用的乙醇经由可选的回管734返回到箱中)。多余的分离量也可以基于如最近的需求、早先的需求模式、模糊逻辑等的操作条件变化。在又一个实施例中，多余的分离/生成量可以是对混合物732的当前需求、发动机转速/负荷/温度，及其组合的函数。
控制调整的细节水平和/或所需精度可能取决于乙醇分离器的寄生损失。例如，在电力驱动/电力开动的分离器的情况下，如果分离器电功率或其他输入需求相对较低(如，低于阈值)，则无论何时发动机在运行时都可以操作分离器，或无论何时需要一些乙醇时进行简单的开/关控制。然而，如果寄生损失较大，则可以使用分离器的二级或三级调制。此外，如果寄生损失仍然更大，则可以使用图6中更详细的启用，并且可以通过以减少的多余分离及以匹配当前和/或将来预测的操作条件的分离水平进行操作，来使用图8中的变化的操作以减少损失。
具体来说，参考图8，像对图7配置的描述一样，描述了用于控制分离器操作的例程。在810，例程基于操作条件确定从分离器生成第一和第二混合物所需的生成速率，如上所述，操作条件如发动机需求、加燃料需求、驾驶员输入，和/或其组合。此外，除了所需的生成速率之外，例程还确定输出混合物的所需浓度。另外，例程可以确定哪个所需速率在限制相互依存的多种输出混合物的生成速率。然后，在812，例程调整分离器来提供限制性混合物的所需生成速率(或浓度)中的至少一个。
现参考图9，提供另一个示例燃料系统，该系统类似于图7所示，除了两种输出混合物930和932中的每一种都具有各自的存储箱960和962使得生成速率通过发动机使用速率得以缓冲。以此方式，可以提供更加一致的生成速率，从而在选择的条件下提高生成效率。具体来说，在图9中，两个存储箱960和962(每个都分别在其中具有可选的泵952和954)分别经由管930和920接收来自分离器720的输出，并向发动机10提供混合物934和936。如上所述，混合物934可以馈送给汽缸的进气道喷射器，而混合物936可以馈送给发动机10的汽缸中的直接喷射器。
由于具有存储所生成的两种混合物的能力，该燃料系统可以用来控制分离器720以提供更高的生成效率，同时提供足够的生成量以在两个箱960和962中保持足够的燃料混合物。
现参考图10，描述了至少用于控制分离器操作的例程。具体来说，在1010中，例程分别确定对箱960和962中的物质的需求水平。如在本文中所述，需求可以基于当前或预测的发动机加燃料需求、扭矩请求，或各种其他因素。
接下来，在1012，例程分别确定箱960和962所需的加注水平，这可以基于当前的发动机、汽车，和/或环境操作条件。然后，在1014，例程基于所需的加注水平和需求水平调整分离器操作(如，分离器速率、效率，或其他)。例如，可能需要在箱960中提供足够的燃料(可以是具有比所提供的或箱962中的汽油更低的酒精浓度的汽油)，这对在选择的条件下改进燃料蒸发和瞬时的空燃比控制来说是较佳的，因此可减少冷起动的排气排放。例如，在此情况下，分离器控制可以在箱962充分加注时继续操作分离器，从而使足够的燃料存储在箱960中用于下一次冷起动。
作为另一个示例，分离器可以在较高和较低的酒精浓度输出之间切换产量，以免对箱960或962加注过满。或可以操作分离器来确保箱962中有足够的富含酒精的混合物以便可以通过一次或多次全开节气门加速达到高速公路速度。
现参考图11，提供了另一个示例燃料系统，该系统类似于图7和图9所示，除了两种输出混合物中只有一种(932)具有存储箱962来使得生成速率通过发动机使用速率得以缓冲。以此方式，可以提供更加一致的混合物932的生成速率，从而提高在选择条件下的生成效率，同时降低系统存储成本，因为使用压力调节器1170，例如，使来自其他输出混合物930的多余生成物经由管934返回到箱710。
在一个示例中，通过避免使用图9中的分离的箱，这样的系统可以减小系统尺寸、成本以及打包空间。
用于图11的配置的一个示例控制例程在图12中示出。在一个实施例中，控制例程可以在箱962中保持足够的具有更高酒精浓度(如，乙醇)的混合物水平来开动发动机以便能通过一次或多次节气门全开加速达到高速公路速度。再次，可以采取不同的控制动作来应对分离器的尺寸变化和寄生损失。例如，如果分离器需要低电功率或其他输入，则它可以在无论何时箱962不满时操作(且可选地具有某些滞后)。
或者，如果寄生损失较高，和/或如果分离器效率是分离速率的函数，则可以采取附加的控制动作。例如，可以使用下文中所述的更复杂的控制来最小化损失。无论效率如何，在无论何时箱962低于阈值时，这可以是接近为空，分离器都可以按最大或增加的分离速率操作。如果寄生损失与分离速率成比例，则可以控制分离器，使得分离速率基本上和箱水平成反比，如图13所示。如果分离器效率在某些中间的分离速率上最大，如图14所示，则控制可以最大化或增加在该速率或接近该速率处消耗的时间，如图15所示。此外，可以使用上述控制的组合。另外，上述对分离速率的控制调整可被转化为用于通过调整分离器和/或其他操作参数控制一个或多个箱的加注水平的反馈控制例程。
回到图12，在1210，例程确定或测量箱962的当前箱加注水平。接下来，在1212，例程基于例如包括当前和/或预测条件的操作条件确定对来自箱962的燃料的需求速率。然后，在1214，例程基于所需加注状态(如，满、或部分加注)及测量的加注水平之间的差别，以及基于需求速率来调整分离器操作。以此方式，可以考虑发动机需求和箱加注条件两者，以提供足够且更加有效的分离。
现具体参考图16，描述用于例如基于爆震抑制流体的存储量，如箱962中的水平，调整发动机输出限制，从而调整爆震抑制流体的使用速率的例程。具体来说，例程调整操作以减少由于爆震抑制流体的突然不可用(如，由于耗尽)而导致的峰值发动机输出的突然下降。
换句话说，如图17的图表所示，在连续的高发动机功率需求的情况下，如果不加选择地使用次级流体，如爆震抑制流体，则发动机功率的突然下降可能发生。例如，在时间t1之前，足够的爆震抑制流体可用且被用来启用高发动机功率的操作。然而，在时间t1，该存储已耗尽且使用速率受到分离器速率限制(在此假设速率随着箱中的爆震抑制物质耗尽由于分离器性能下降而下降)。然后，在时间t3，已没有要分离的物质剩在箱中(如，410，710)。
类似地，在具有间歇性的高发动机输出需求的另一个示例中，驾驶员同样可能经历可用发动机输出的突然下降，如图18所示。该图表示出，爆震抑制流体在时间t6耗尽，且因此在t7，驾驶员突然发现了功率损失。具体来说，在t6之前，表示驾驶员请求的实线和表示由发动机供给的输出的虚线是对齐的，然而在t7，出现了很大的差别。
在另一个实施例中，例程基于存储水平调整发动机操作(如，供给汽油和爆震抑制流体，如分离的乙醇)。具体来说，在1610中，例程确定爆震抑制流体的多余量，如存储在箱中高于最低水平的量。接下来，在1612，例程确定该多余量是否小于阈值。如果否，则例程结束。否则，例程进入1614来确定当前条件下的最大发动机扭矩减少量，其中该减少量可以是该多余量的函数。例如，该减少量可以和该多余量成正比，其中多余量越大，则减少量越小，多余量越小，则减少量越大。此外，所考虑的当前条件可以包括发动机转速(RPM)、变速器传动比，及其他。接下来，在1616，例程通过1614的减少量限制发动机扭矩，然后在1618例程基于1616中受限的扭矩值调整喷射量、节气门角度、增压量、点火正时、排气再循环量、凸轮正时和/或气门正时，及其他。
以此方式，可以提供发动机输出和汽车性能的逐步下降，从而减少汽车操作者较为反对的突然改变。例如，如图19所示(该图示出了类似于图17的示例)，可以提供完全输出直到时间t3，然后可以在用尽爆震抑制流体的存储之前更加逐步地减少，直到时间t4，其中时间t4通常比图17中的t1更长。再次，在t4之后，分离器性能决定使用速率，直到t5，其时已没有要分离的物质剩在箱中。类似地，图20示出类似于图18的图表，但使用控制例程在多个间歇性的高功率输出请求上提供逐步的功率减少。具体来说，在t8和t9之间，及t10和t11之间，提供了逐步的减少。此外，虚线示出驾驶员能够返回峰值扭矩或接近先前提供的功率。
应理解，在此公开的配置、系统和例程本质上是示例性的，且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为可能存在大量的变体。例如，上述方法可以应用于V-6、I-3、I-4、I-5、I-6、V-8、V-10、V-12，对置4，及其它发动机类型。
作为另一示例，发动机10可以是可变排量发动机，其中通过停用那些汽缸的进气和排气门来停用部分汽缸(如，半数)。以此方式，可以实现改进的燃料经济性。然而，如在此所述，在一个示例中，使用多种类型燃料供给(如，燃料组成或供给位置)的喷射可用于在较高负荷下降低爆震性。这样，通过例如在汽缸停用操作期间用水和/或包含酒精的燃料(如乙醇或乙醇混合物)的直接喷射进行操作，可以延伸汽缸停用的范围，从而进一步改进燃料经济性。
熟悉本领域一般技术的人应理解，在此在流程图和说明书中描述的具体例程表示任何数量的处理策略中的一个或多个，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。因此，所述的各步骤或功能可以按所述顺序执行、并行执行，或在某些情况下省略。类似地，处理的顺序不是实现在此所述的本发明示例实施例的特征和优点所必须的，而是为了便于例证和说明提供的。虽然未明确表示，但本领域熟悉一般技术的人应理解，取决于所使用的特定策略，所述步骤或功能中的一个或多个可以重复执行。此外，这些图以图形表示要编程进控制器12中的计算机可读存储介质中的代码。此外，虽然各种例程可以表示出“开始”和“结束”框，但各例程可以例如以反复的方式重复执行。
本发明的主题包括在此公开的各种系统和配置，及其它特征、功能，和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合及子组合。
下面的权利要求特别指出视为新颖和非显而易见的特定组合及子组合。这些权利要求可能引用“一个”元素或“第一”元素或其等价。这样的权利要求应被理解为包括对一个或一个以上这样的元素的结合，而不是要求或排除两个或两个以上这样的元素。所公开的特征、功能、元素和/或属性的其它组合及子组合可以通过本发明权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提供新的权利要求来请求保护。这样的权利要求，无论是在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包括在本发明的主题之内。

Claims (16)

1.一种用于路上行驶的汽车的方法，包括：
接收燃料混合物，所述燃料混合物至少包含部分酒精；
在所述汽车上将所述燃料混合物分离为至少第一混合物和第二混合物，其中所述第一混合物具有比所述第二混合物更高的酒精浓度；
变化所述分离的操作参数来改变燃料分离以响应汽车操作条件；及
以不同的比率向发动机供给第一个量的所述第一混合物和第二个量的所述第二混合物；
其中所述分离的操作参数是所述第一混合物和第二混合物中的一个的生成速率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酒精包括乙醇。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分离是通过电力驱动的膜进行的。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比率发生改变以响应发动机爆震和发动机负荷。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料混合物包括水。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述操作条件是燃料箱加注水平。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述操作条件是发动机加燃料需求。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述操作条件是环境条件。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述汽车的箱中存储所述第一混合物和第二混合物中的至少一种。
10.一种用于路上行驶的汽车的方法，包括：
接收燃料混合物，所述燃料混合物至少包含部分酒精；
在所述汽车上将所述燃料混合物分离为至少第一混合物和第二混合物，其中所述第一混合物具有比所述第二混合物更高的酒精浓度；
变化所述分离的操作参数以响应汽车操作条件；及
在不同的发动机负荷条件下以不同的比率向发动机供给第一个量的所述第一混合物和第二个量的所述第二混合物，其中向汽缸的直接喷射器供给所述第一混合物，而向汽缸的进气道喷射器供给所述第二混合物，且其中调整所述第一个量和第二个量中的一个以响应所述分离。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述酒精包括乙醇。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，调整所述第一个量和第二个量中的至少一个以响应所述分离的所述操作参数。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述比率随着发动机负荷增加而改变。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述操作条件是燃料箱加注水平、发动机加燃料需求，及汽车所处环境的环境条件中的至少一个。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述分离的所述操作参数是所述第一混合物和第二混合物中的一个的生成速率、以及所述第一混合物和第二混合物中的一个的浓度之中的至少一个。
16.一种用于路上行驶的汽车的系统，所述系统包括：
配置为接收燃料混合物的箱，所述燃料混合物至少包含部分酒精；
连接到所述箱并配置为在所述汽车上将所述燃料混合物分离为至少第一混合物和第二混合物的分离器，其中所述第一混合物具有比所述第二混合物更高的酒精浓度；
配置为变化所述分离器的操作参数以响应汽车操作条件的控制系统；及
配置为以不同的比率向发动机供给第一个量的所述第一混合物及第二个量的所述第二混合物的供给系统，
其中所述供给系统包括用于供给所述第一混合物的直接汽缸喷射器及用于供给所述第二混合物的进气道喷射器，所述控制系统还配置为变化所述第一个量和第二个量以响应发动机负荷，其中调整所述第一个量和第二个量的变化以响应所述分离器的操作参数。
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