Двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам регулирования систем двигателей внутреннего сгорания. Технический результат настоящего изобретения - создание двигателя внутреннего сгорания, который может эксплуатироваться со смешанным топливом, состоящим из спирта и бензина, и является отличным по топливной экономичности и сроку службы. Двигатель внутреннего сгорания, работающий на смешанном топливе, состоящем из спирта и бензина, содержит катализатор риформинга топлива, выполненный с возможностью теплообмена с выхлопным газом; средство разделения для разделения смешанного топлива на высококонцентрированный спирт, который имеет увеличенную концентрацию спирта, и высококонцентрированный бензин, который имеет увеличенную концентрацию бензина; средство подачи топлива для риформинга для подачи высококонцентрированного спирта и части выхлопного газа в катализатор риформинга топлива; и средство подачи риформированного газа для подачи риформированного газа во впускное устройство двигателя внутреннего сгорания. Риформированный газ извлекается из реакции риформинга между высококонцентрированным спиртом и выхлопным газом, поданными в катализатор риформинга топлива. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, в частности к двигателю внутреннего сгорания, допускающему работу на смешанном топливе, которое является смесью спирта и бензина.
Уровень техники
Система риформинга выпуска, раскрытая в JP-A-2004-92520 (Документ 1), добавляет топливо (бензин) к газу (рециркулирующему выхлопному газу), удаленному из выпускного канала двигателя внутреннего сгорания, пропускает полученный газ через катализатор риформинга топлива для преобразования добавленного топлива в водород и окись углерода в реакции парового риформинга, и заставляет газ, содержащий водород и окись углерода, поступать обратно во впускной канал. Вышеупомянутая реакция парового риформинга является эндотермической реакцией. Ее теплота реакции снабжается посредством теплообмена с выхлопным газом. Другими словами, эта система риформинга выпуска может вырабатывать водород и окись углерода, обладая более высокой теплотворной способностью, чем исходное топливо, с помощью выделения тепла отработанных газов и парового риформинга топлива. Это позволяет повышать тепловой коэффициент полезного действия у двигателя внутреннего сгорания.
Кроме того, это также раскрыто в Документе 2 (JP-A-2006-132368), Документе 3 (JP-A-2006-144736) и Документе 4 (JP-A-6-264732).
Проблема, которая должна быть решена изобретением
Однако в вышеупомянутой традиционной системе срок службы катализатора риформинга топлива может быть недостаточным, поскольку катализатор риформинга топлива легко портится и ухудшается под влиянием содержания серы в бензине.
Более того, реакция риформинга в бензине влечет за собой значительное количество поглощения тепла. Поэтому для эффективного запуска реакции риформинга в вышеупомянутой традиционной системе необходимо нагреть катализатор риформинга топлива до высокой температуры, например приблизительно 600°С. Это означает, что топливо может быть легко преобразовано только во время операции с большой нагрузкой (например, высокоскоростное вождение), во время которой температура выхлопных газов высокая.
Кроме того, возможно образование засорения в катализаторе риформинга топлива. Точнее говоря, углерод отделяется от топлива, чтобы покрыть поверхность катализатора. Засорение неблагоприятно влияет на срок службы катализатор риформинга топлива.
В последние годы продвигается использование биотоплива, которое выделяется, например, из сахарного тростника, зерна или дерева. Поэтому прогнозируется, что смешанное топливо, состоящее из бензина и спирта, который является биотопливом, будет широко использоваться в будущем. В этом случае ожидается, что будет разработана оптимальная система для дальнейшего улучшения топливной экономичности, выбросов, срока службы и различных других рабочих характеристик двигателя внутреннего сгорания, спроектированного для использования смешанного топлива.
Настоящее изобретение создано в связи с вышеупомянутыми обстоятельствами. Целью настоящего изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания, который может эксплуатироваться со смешанным топливом, состоящим из спирта и бензина, и отличается по топливной экономичности и сроку службы.
Средство для решения проблемы
Первым аспектом настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания, допускающий работу на смешанном топливе, состоящем из спирта и бензина, причем двигатель внутреннего сгорания содержит:
катализатор риформинга топлива, допускающий обмен теплом с выхлопным газом;
средство разделения для разделения смешанного топлива на высококонцентрированный спирт, который имеет увеличенную концентрацию спирта, и высококонцентрированный бензин, который имеет увеличенную концентрацию бензина;
средство подачи топлива для риформинга для подачи высококонцентрированного спирта и части выхлопного газа в катализатор риформинга топлива; и
средство подачи риформированного газа для подачи риформированного газа во впускное устройство двигателя внутреннего сгорания, причем риформированный газ извлекается из реакции риформинга между высококонцентрированным спиртом и выхлопным газом, поданными в катализатор риформинга топлива.
Вторым аспектом настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания согласно первому аспекту, дополнительно содержащий:
средство подачи топлива для подачи высококонцентрированного бензина и высококонцентрированного спирта в двигатель внутреннего сгорания для сжигания в двигателе внутреннего сгорания; и
средство управления пропорцией подачи для управления пропорцией подачи между высококонцентрированным бензином и высококонцентрированным спиртом, которые необходимо подать в двигатель внутреннего сгорания, в соответствии с условиями окружающей среды и/или рабочим состоянием двигателя внутреннего сгорания.
Третьим аспектом настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания согласно второму аспекту, дополнительно содержащий:
датчик температуры для измерения температуры окружающей среды или обычной температуры двигателя;
причем, когда температура окружающей среды или обычная температура двигателя ниже заданного значения при запуске двигателя, средство управления пропорцией подачи обеспечивает более высокую пропорцию подачи для высококонцентрированного бензина и более низкую пропорцию подачи для высококонцентрированного спирта, чем когда температура окружающей среды или обычная температура двигателя не ниже заданного значения при запуске двигателя.
Четвертым аспектом настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания согласно второму или третьему аспекту, в котором, когда должна осуществляться нормальная работа после завершения прогрева, средство управления пропорцией подачи обеспечивает более высокую пропорцию подачи для высококонцентрированного спирта и более низкую пропорцию подачи для высококонцентрированного бензина, чем до завершения прогрева.
Пятым аспектом настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания согласно любому из аспектов со второго по четвертый, в котором средство подачи топлива включает в себя:
средство смешивания для смешивания высококонцентрированного бензина и высококонцентрированного спирта; и
средство подачи перемешанного топлива для подачи перемешанного топлива, которое смешивается средством смешивания, в двигатель внутреннего сгорания.
Преимущества изобретения
Первый аспект настоящего изобретения может отделять высококонцентрированный спирт, который обладает увеличенной концентрацией спирта, от смешанного топлива, состоящего из спирта и бензина, подавать высококонцентрированный спирт и часть выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания в катализатор риформинга топлива, и вызывать реакцию риформинга для получения риформированного газа. Кроме того, первый аспект настоящего изобретения может подавать риформированный газ во впускное устройство двигателя внутреннего сгорания и сжигать риформированный газ в двигателе внутреннего сгорания.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения использование риформированного газа позволяет выделять тепло отработанных газов, обеспечивает рециркуляцию большого количества выхлопного газа и снижает вероятность детонации. Следовательно, может обеспечиваться улучшенная топливная экономичность. Кроме того, первый аспект настоящего изобретения может препятствовать порче катализатора риформинга топлива от серы, когда высококонцентрированный спирт, содержащий немного серы, используется в качестве топлива для риформинга. Кроме того, поскольку спирт, который является топливом, содержащим кислород, возможно не вызывает засорение, можно избежать засорения катализатора риформинга топлива. К тому же, когда высококонцентрированный спирт используется в качестве топлива для риформинга, реакция риформинга может эффективно запускаться, даже когда катализатор риформинга топлива имеет относительно низкую температуру. Это позволяет пользоваться преимуществами, происходящими из использования риформированного газа в широком рабочем диапазоне, который включает в себя как диапазон операций с большой нагрузкой, так и диапазон операций с легкой/средней нагрузкой.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения пропорция подачи между высококонцентрированным бензином и высококонцентрированным спиртом, которые должны подаваться в двигатель внутреннего сгорания, может управляться в соответствии с условиями окружающей среды и рабочим состоянием двигателя внутреннего сгорания. Поэтому второй аспект настоящего изобретения может эксплуатировать двигатель внутреннего сгорания путем подачи бензина и спирта в двигатель внутреннего сгорания в оптимальной пропорции подачи в соответствии с рабочим состоянием и условиями окружающей среды. Следовательно, полученными преимуществами от использования спирта в качестве топлива в двигателе внутреннего сгорания можно полностью пользоваться для уравновешивания его недостатков.
Когда температура окружающей среды или обычная температура двигателя ниже заданного значения при запуске двигателя, третий аспект настоящего изобретения может обеспечить более высокую пропорцию подачи для высококонцентрированного бензина и более низкую пропорцию подачи для высококонцентрированного спирта, чем когда температура окружающей среды или обычная температура двигателя не ниже заданного значения при запуске двигателя. Другими словами, когда ожидается, что пусковая характеристика может ухудшиться вследствие низкой температуры, третий аспект настоящего изобретения может уменьшить пропорцию подачи спирта, который испаряется не быстро, и увеличить пропорцию подачи бензина, который быстро испаряется. Поэтому можно наверняка избежать ухудшения пусковой характеристики даже при низкой температуре.
Когда должна осуществляться нормальная работа после завершения прогрева, четвертый аспект настоящего изобретения может обеспечить более высокую пропорцию подачи для высококонцентрированного спирта и более низкую пропорцию подачи для высококонцентрированного бензина, чем до завершения прогрева. Другими словами, до завершения прогрева четвертый аспект настоящего изобретения может обеспечить относительно низкую пропорцию подачи для спирта, который испаряется не быстро, и относительно высокую пропорцию подачи для бензина. Поэтому двигатель внутреннего сгорания может постоянно эксплуатироваться даже при низкой температуре, преобладающей до завершения прогрева. Более того, можно обеспечить относительно высокую пропорцию подачи для спирта и относительно низкую пропорцию подачи для бензина после завершения прогрева. Поэтому могут прекрасно проявляться эффект предупреждения детонации у спирта и эффект сокращения оксидов азота, чтобы обеспечить улучшенную топливную экономичность и сократить выбросы оксидов азота.
Пятый аспект настоящего изобретения может перемешивать высококонцентрированный бензин и высококонцентрированный спирт и подавать полученное перемешанное топливо в двигатель внутреннего сгорания. Это исключает необходимость подготовки высококонцентрированного бензина и высококонцентрированного спирта с помощью отдельных устройств впрыска топлива, и позволяет высококонцентрированному бензину и высококонцентрированному спирту совместно использовать одно устройство впрыска топлива, посредством этого добиваясь сокращения затрат.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - конфигурация системы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 - блок-схема алгоритма, иллюстрирующая процедуру, которая выполняется первым вариантом осуществления настоящего изобретения; и
Фиг.3 - блок-схема алгоритма, иллюстрирующая процедуру, которая выполняется первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Наилучший вариант осуществления изобретения
Теперь будет описана конфигурации системы согласно первому варианту осуществления изобретения.
На Фиг.1 показана конфигурация системы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.1, система согласно первому варианту осуществления, включает в себя двигатель 10 внутреннего сгорания. Как описано ниже, система может получать подачу смешанного топлива, которое является смесью этилового спирта и бензина, и эксплуатировать двигатель 10 внутреннего сгорания. Пропорция этилового спирта в смешанном топливе, используемом в двигателе 10 внутреннего сгорания, конкретно не задается. Тем не менее, предпочтительно может использоваться смешанное топливо, содержащее, например, от 5 до 85 весовых процентов этилового спирта (E5-E85).
Настоящий вариант осуществления будет описываться на допущении, что система использует смешанное топливо, состоящее из бензина и этилового спирта. Однако настоящее изобретение может также применяться к системе, которая использует смешанное топливо, состоящее из бензина и другого спирта, например метанола.
Подводящая труба 12 подсоединяется к каждому цилиндру двигателя 10 внутреннего сгорания через впускной коллектор 14. Дроссельный клапан 16 устанавливается посередине подводящей трубы 12 для управления количеством всасываемого воздуха.
Камерная часть впускного коллектора 14 оборудуется устройством 18 впрыска топлива. Альтернативным вариантом могло бы быть использование устройства впрыска топлива, которое впрыскивает топливо во впускной канал порт каждого цилиндра или непосредственно впрыскивает топливо в каждый цилиндр, хотя оно и отличается от показанной на чертеже конфигурации.
Выпускная труба 20 подсоединяется к каждому цилиндру двигателя 10 внутреннего сгорания через выпускной коллектор 22. Теплообменник 24 устанавливается посередине выпускной трубы 20. Камера 26 риформинга и выпускной канал 28 формируются внутри теплообменника 24. Для отделения камеры 26 риформинга от выпускного канала 28 используется перегородка. Выхлопной газ, который движется внутри выпускной трубы 20, проходит через выпускной канал 28.
Катализатор риформинга топлива закрепляется в камере 26 риформинга. Например, Rh, Co и Ni предпочтительно используются в качестве компонентов катализатора риформинга топлива. Теплообменник 24 может нагревать камеру 26 риформинга (катализатор риформинга топлива), используя тепло выхлопного газа, проходящего через выпускной канал 28.
Выпускная труба 20, размещенная против потока теплообменника 24, присоединяется к одному концу патрубка 30, который удаляет часть выхлопного газа. Другой конец патрубка 30 сообщается с камерой 26 риформинга в теплообменнике 24. Устройство 32 подачи топлива для риформинга устанавливается посередине патрубка 30 для впрыска топлива в выхлопной газ, проходящий через патрубок 30.
Выхлопной газ, удаленный из патрубка 30, и топливо, впрыснутое из устройства 32 подачи топлива для риформинга, поступают в камеру 26 риформинга. Катализатор риформинга топлива затем работает для запуска реакции риформинга, которая будет описана далее. Риформированный газ, образованный во время реакции риформинга, проходит через трубопровод 34 риформированного газа, входит в подводящую трубу 12 и смешивается с всасываемым воздухом. Регулятор 36 потока устанавливается рядом с соединением между трубопроводом 34 риформированного газа и подводящей трубой 12 для регулировки пропорции смешивания риформированного газа во всасываемом воздухе.
Смешанное топливо, состоящее из этилового спирта и бензина (в дальнейшем просто называется "смешанное топливо") хранится в топливном баке 38. Смешанное топливо в топливном баке 38 подается в сепаратор 40. Сепаратор 40, включенный в систему согласно настоящему варианту осуществления, допускает разделение смешанного топлива на высококонцентрированный этиловый спирт и высококонцентрированный бензин. Предполагается, что высококонцентрированный этиловый спирт является топливом, имеющим большее содержание этилового спирта, чем неразделенное смешанное топливо, и что высококонцентрированный бензин является топливом, имеющим большее содержание бензина, чем неразделенное смешанное топливо.
Способ, который сепаратор 40 использует для разделения смешанного топлива на высококонцентрированный этиловый спирт и высококонцентрированный бензин, конкретно не задается. Однако такое разделение может достигаться, например, использованием одного из следующих способов:
(1) Способ получения разделения с использованием разделительной мембраны;
(2) Способ нагрева смешанного топлива и получения разделения путем использования различия точек кипения (фракционная перегонка); и
(3) Способ добавления воды в смешанное топливо и получения разделения путем перевода этилового спирта, который обладает большим сходством с водой, в водную фазу.
Высококонцентрированный этиловый спирт, полученный в сепараторе 40, доставляется в бак 42 для этилового спирта для временного хранения. Высококонцентрированный этиловый спирт в баке 42 для этилового спирта перенаправляется в устройство 32 подачи топлива для риформинга. Устройство 32 подачи топлива для риформинга затем впрыскивает высококонцентрированный этиловый спирт в выхлопной газ, проходящий через патрубок 30.
Более того, система согласно настоящему варианту осуществления включает в себя смеситель 44, который перемешивает разделенные высококонцентрированный этиловый спирт и высококонцентрированный бензин. Это означает, что высококонцентрированный этиловый спирт в баке 42 для этилового спирта также перенаправляется в смеситель 44. Внутри смесителя 44 высококонцентрированный этиловый спирт смешивается с высококонцентрированным бензином, который получается в сепараторе 40. Смеситель 44 допускает свободную регулировку пропорции смешивания между высококонцентрированным этиловым спиртом и высококонцентрированным бензином.
Топливо, полученное смешиванием высококонцентрированного этилового спирта и высококонцентрированным бензином в смесителе 44 (в дальнейшем называется "перемешанное топливо") перенаправляется в устройство 18 впрыска топлива по топливной магистрали 46 и впрыскивается из устройства 18 впрыска топлива.
Система согласно настоящему варианту осуществления также включает в себя электронный блок управления ЭБУ 50. ЭБУ 50 электрически соединяется с вышеупомянутым дроссельным клапаном 16, устройством 18 впрыска топлива, устройством 32 подачи топлива для риформинга, регулятором потока 36, сепаратором 40, смесителем 44 и различными другими исполнительными механизмами, предусмотренными для двигателя 10 внутреннего сгорания. ЭБУ 50 также электрически соединяется с датчиком 52 температуры окружающей среды для измерения температуры окружающей среды и датчиком 54 температуры охлаждающей жидкости для измерения температуры охлаждающей жидкости, а также с различными датчиками, предусмотренными для двигателя 10 внутреннего сгорания, например с датчиком угла поворота коленвала и расходомером воздуха.
Система согласно настоящему варианту осуществления, который описан выше, может отделять высококонцентрированный этиловый спирт от смешанного топлива и подавать высококонцентрированный этиловый спирт, в качестве топлива для риформинга, в камеру 26 риформинга вместе с выхлопным газом. В камере 26 риформинга катализатор риформинга топлива работает для запуска реакции риформинга (реакции парового риформинга) между высококонцентрированным этиловым спиртом, и паром и углекислым газом в выхлопном газе. В результате вырабатываются водород (H2) и окись углерода (CO). Эта реакция риформинга выражается следующей формулой химической реакции:
Символ "Q1" в уравнении (1) выше представляет теплоту реакции, которая поглощается в вышеприведенной реакции риформинга. Поскольку вышеупомянутая реакция риформинга является эндотермической реакцией, теплотворная способность, поддерживаемая риформированным газом, которая указывается правой стороной уравнения (1), выше теплотворной способности, поддерживаемой этиловым спиртом до реакции, которая указывается левой стороной того же уравнения. Теплообменник 24 может передавать тепло выхлопного газа через выпускной канал 28 в камеру 26 риформинга (катализатор риформинга топлива) и позволяет поглощать это тепло в вышеупомянутой реакции риформинга. Другими словами, система согласно настоящему варианту осуществления может выделять тепло выхлопного газа и преобразовывать топливо (этиловый спирт) в вещества (H2 и CO), имеющие более высокую теплотворную способность, посредством использования выделенного тепла.
Как описано ранее, риформированный газ, образованный во время вышеупомянутой реакции риформинга, проходит через трубопровод 34 риформированного газа и смешивается с всасываемым воздухом. Поэтому H2 и CO в риформированном газе сгорают в цилиндре двигателя 10 внутреннего сгорания вместе с топливом, впрыснутым из устройства 18 впрыска топлива. Как упоминалось выше, риформированный газ имеет более высокую теплотворную способность, чем исходное топливо, на количество выделенного тепла из выхлопного газа. Следовательно, когда риформированный газ сгорает в двигателе внутреннего сгорания 10, тепловой КПД всей системы увеличивается. Это обеспечивает повышение топливной экономичности у двигателя 10 внутреннего сгорания.
Когда риформированный газ подается во впускное устройство, система также создает эффект рециркуляции выхлопного газа (EGR). Вообще, скорость EGR имеет ограничение, потому что возникает нестабильное сгорание, когда повышается скорость EGR. Однако в двигателе 10 внутреннего сгорания, включенного в систему, H2 в риформированном газе работает на подъем ограничения EGR. Причина в том, что H2 может улучить и стабилизировать сгорание в цилиндре, потому что он обладает высокой воспламеняемостью и большой скоростью горения. Другими словами, когда риформированный газ сгорает в цилиндре, двигатель 10 внутреннего сгорания повышает ограничение EGR. Это позволяет обеспечить EGR большого объема, то есть подавать большое количество риформированного газа во впускное устройство. В результате насосная потеря может быть значительно сокращена, чтобы обеспечить дополнительно улучшенную топливную экономичность. К тому же температура горения может быть снижена для значительного сокращения выбросов оксидов азота.
Более того, H2 снижает вероятность детонации. Вообще, ускорение в установке угла опережения зажигания повышает вероятность детонации в двигателе внутреннего сгорания. Поэтому во многих случаях двигатель внутреннего сгорания должен эксплуатироваться с опережением зажигания, отстающим от минимального опережения для лучшего крутящего момента (МВТ), что обеспечивает оптимальную топливную экономичность. В двигателе 10 внутреннего сгорания, включенном в систему, с другой стороны, H2 в риформированном газе работает на снижение вероятности детонации. Поэтому опережение зажигания может быть смещено вперед и приведено близко к МВТ. В результате может обеспечиваться дополнительно улучшенная топливная экономичность.
Как описано выше, использование риформированного газа позволяет системе обеспечить отличную топливную экономичность и сократить выбросы. К тому же система обеспечивает следующие преимущества с использованием высококонцентрированного этилового спирта в качестве топлива для риформинга.
Первое преимущество состоит в том, что система может препятствовать порче катализатора риформинга топлива от серы. Бензин содержит серу. Поэтому, если смешанное топливо непосредственно используется в качестве топлива для риформинга, серосодержание у бензина в смешанном топливе, возможно, испортит и ухудшит катализатор риформинга топлива. Однако в системе согласно настоящему варианту осуществления высококонцентрированный этиловый спирт, содержащий мало серы, может использоваться в качестве топлива для риформинга. Это позволяет предотвратить порчу катализатора риформинга топлива от серы и получить максимальный срок службы катализатора риформинга топлива.
Второе преимущество состоит в том, что система может препятствовать засорению катализатора риформинга топлива (порче углеродом). Засорение представляет собой явление, в котором углеродное содержание топлива отделяется, чтобы покрыть поверхность катализатора риформинга топлива. Когда возникает засорение, производительность катализатора риформинга топлива ухудшается. Поскольку этиловый спирт является топливом, содержащим кислород, он менее вероятно причинит засорение, чем бензин. Так как система может использовать высококонцентрированный этиловый спирт в качестве топлива для риформинга, она может предотвратить засорение катализатора риформинга топлива и дополнительно повысить срок службы катализатора риформинга топлива.
Третье преимущество заключается в том, что система может успешно выполнять риформинг при низкой температуре по сравнению со случаем, где предпринимается попытка преобразовать бензин. Реакция парового риформинга бензина выражается следующей формулой реакции.
В реакции риформинга бензина, выраженной уравнением (2) выше, поглощается крайне большое количество тепла Q2. Поэтому для запуска реакции риформинга бензина необходимо, чтобы температура катализатора риформинга топлива была высокой (например, 600°С или выше). Это означает, что температура выхлопных газов должна быть высокой. Следовательно, если бензин или смешанное топливо, содержащее бензин, нужно использовать в качестве топлива для риформинга, то реакция риформинга может быть эффективно запущена только во время езды под большой нагрузкой (например, высокоскоростное вождение), во время которой температура выхлопных газов высокая.
С другой стороны, количество тепла Q1, поглощенного в реакции риформинга этилового спирта, выраженной уравнением (1), относительно небольшое. Поэтому реакция риформинга этилового спирта может запускаться, пока температура катализатора риформинга топлива относительно низкая (например, 400°С или около того). Следовательно, система согласно настоящему варианту осуществления, которая использует высококонцентрированный этиловый спирт в качестве топлива для риформинга, может эффективно запускать реакцию риформинга даже в диапазоне операций с легкой/средней нагрузкой, где температура выхлопных газов относительно низкая. Таким образом, система может пользоваться преимуществами, происходящими из использования риформированного газа в широком рабочем диапазоне.
Между тем этиловый спирт испаряется не быстро при низкой температуре, потому что он имеет точку кипения 78,5°С и не имеет низкокипящих компонентов в отличие от бензина. Поэтому, когда этиловый спирт используется в качестве топлива двигателя внутреннего сгорания, он имеет недостаток в том, что он не обеспечивает хорошую пусковую характеристику и дорожные качества автомобиля при низкой температуре. Однако этиловый спирт имеет высокое октановое число и имеет преимущество в том, что он снижает вероятность детонации. Более того, сжигание этилового спирта для работы двигателя внутреннего сгорания имеет преимущество в том, что оно производит меньшее количество выбросов оксидов азота, чем сжигание бензина для работы двигателя внутреннего сгорания.
Как описано раньше, система согласно настоящему варианту осуществления может эксплуатировать двигатель 10 внутреннего сгорания путем сжигания перемешанного топлива, которое получается путем перемешивания разделенных высококонцентрированного этилового спирта и высококонцентрированного бензина в смесителе 44. Поэтому, учитывая вышеупомянутое преимущество и недостаток этилового спирта, система согласно настоящему варианту осуществления может оптимально управлять пропорцией смешивания между высококонцентрированным этиловым спиртом и высококонцентрированным бензином в соответствии с рабочим состоянием и условиями окружающей среды.
Когда, например, пропорция этилового спирта является высокой в ситуации, где температура окружающей среды низкая при запуске, пусковая характеристика ухудшается, поскольку топливо, впрыснутое из устройства 18 впрыска топлива, не испаряется быстро. В таком случае система согласно настоящему варианту осуществления управляет пропорцией смешивания в смесителе 44, чтобы увеличить пропорцию высококонцентрированного бензина.
Фиг.2 является блок-схемой алгоритма, иллюстрирующей процедуру, которую ЭБУ 50 выполняет для реализации вышеупомянутых функциональных возможностей. Во-первых, показанная на фиг.2 процедура выполняет этап 100 для оценки, выдана ли команда запуска двигателя. Если она определяет, что команда запуска двигателя выдана, то далее выполняется этап 102 для считывания температуры окружающей среды, измеренной датчиком 52 температуры окружающей среды. Затем выполняется этап 104 для сравнения измеренной температуры окружающей среды с заданным значением для оценки.
Если полученный на этапе 104 результат определения указывает, что температура окружающей среды ниже значения для оценки, можно сделать вывод о том, что пусковая характеристика может ухудшаться, пока не уменьшится пропорция подачи этилового спирта. В этом случае выполняется этап 106 для управления работой смесителя 44, чтобы смеситель 44 обеспечивал пропорцию смешивания ниже нормы для высококонцентрированного этилового спирта и пропорцию смешивания выше нормы для высококонцентрированного бензина. Затем выполняется этап 108 для запуска двигателя 10 внутреннего сгорания.
Если, с другой стороны, полученный на этапе 104 результат определения указывает, что температура окружающей среды не ниже значения для оценки, то можно сделать вывод, что пусковая характеристика получается без необходимости уменьшения пропорции подачи этилового спирта. Поэтому процедура пропускает этап 106 и выполняет этап 108 для запуска двигателя 10 внутреннего сгорания с нормальной пропорцией смешивания между высококонцентрированным этиловым спиртом и высококонцентрированным бензином.
Когда ожидается, что пусковая характеристика может ухудшиться вследствие низкой температуры окружающей среды при запуске, выполнение показанной на фиг.2 процедуры, которая описана выше, позволяет обеспечить небольшую пропорцию для подачи этилового спирта в двигатель 10 внутреннего сгорания и большую пропорцию для подачи бензина в двигатель 10 внутреннего сгорания. Следовательно, пропорция подачи для бензина, который быстро испаряется, может быть увеличена для предотвращения ухудшения пусковой характеристики.
На этапе 106 пропорция смешивания между высококонцентрированным этиловым спиртом и высококонцентрированным бензином может изменяться непрерывно или ступенчато в соответствии с температурой окружающей среды. Хотя описанная выше процедура осуществляет управление в соответствии с температурой окружающей среды, в качестве альтернативы управление может осуществляться в соответствии с обычной температурой двигателя (например, температурой охлаждающей жидкости). Точнее говоря, когда обычная температура двигателя ниже заданного значения, этап 106 может выполняться для предотвращения ухудшения пусковой характеристики.
Между тем, если пропорция этилового спирта большая при низкой температуре, преобладающей до завершения прогрева двигателя 10 внутреннего сгорания, то впрыснутое топливо из устройства 18 впрыска топлива не испаряется быстро, как при запуске двигателя, описанном ранее. В этом случае возможно ухудшение дорожных качеств автомобиля. Поэтому настоящий вариант осуществления управляет пропорцией смешивания в смесителе 44, чтобы увеличить также пропорцию высококонцентрированного бензина в этом случае.
Хотя, с другой стороны, нормальная работа проводится после завершения прогрева двигателя 10 внутреннего сгорания, настоящий вариант осуществления управляет пропорцией смешивания в смесителе 44, чтобы увеличить пропорцию высококонцентрированного этилового спирта. Увеличение пропорции высококонцентрированного этилового спирта снижает вероятность детонации. Поэтому опережение зажигания может быть смещено вперед и приведено близко к МВТ. Это позволяет обеспечить повышенный тепловой КПД и сократить выбросы оксидов азота.
Фиг.3 является блок-схемой алгоритма, иллюстрирующей процедуру, которую ЭБУ 50 выполняет для реализации вышеупомянутых функциональных возможностей. Во-первых, показанная на фиг.3 процедура выполняет этап 110 для считывания температуры охлаждающей жидкости, измеренной датчиком 54 температуры охлаждающей жидкости. Затем выполняется этап 112 для оценки того, завершен ли прогрев, в соответствии с температурой охлаждающей жидкости.
Если полученный на этапе 112 результат определения указывает, что температура охлаждающей жидкости ниже заданного значения для оценки, то можно сделать вывод, что прогрев не завершен. В этом случае выполняется этап 114 для управления работой смесителя 44, чтобы смеситель 44 обеспечивал пропорцию смешивания ниже нормы для высококонцентрированного этилового спирта и пропорцию смешивания выше нормы для высококонцентрированного бензина. Это увеличивает пропорцию подачи для бензина, который быстро испаряется. Поэтому двигатель 10 внутреннего сгорания может постоянно эксплуатироваться даже до завершения прогрева.
Если, с другой стороны, полученный на этапе 112 результат определения указывает, что температура охлаждающей жидкости выше значения для оценки, то можно сделать вывод, что прогрев завершен. В этом случае выполняется этап 116 для управления работой смесителя 44 обычным способом. Точнее говоря, смеситель 44 управляется, чтобы обеспечить более высокую пропорцию смешивания для высококонцентрированного этилового спирта и более низкую пропорцию смешивания для высококонцентрированного бензина, чем до завершения прогрева. Эффект предотвращения детонации у этилового спирта тогда значительно выражен. Следовательно, опережение зажигания может быть смещено вперед и приведено близко к МВТ для целей улучшения топливной экономичности. Более того, эффект сокращения оксидов азота у этилового спирта проявляется значительно для сокращения выбросов оксидов азота.
Первый вариант осуществления, который описан выше, предполагает, что высококонцентрированный этиловый спирт и высококонцентрированный бензин перемешиваются и подаются в двигатель 10 внутреннего сгорания через устройство 18 впрыска топлива. Однако настоящее изобретение может, в качестве альтернативы, подавать высококонцентрированный этиловый спирт и высококонцентрированный бензин в двигатель 10 внутреннего сгорания из его соответствующих инжекторов без перемешивания.
В первом варианте осуществления, который описан выше, камера 26 риформинга соответствует "катализатору риформинга топлива" согласно первому аспекту настоящего изобретения; сепаратор 40 соответствует "средству разделения" согласно первому аспекту настоящего изобретения; устройство 32 подачи топлива для риформинга соответствует "средству подачи топлива для риформинга" согласно первому аспекту настоящего изобретения; трубопровод 34 риформированного газа и регулятор 36 потока соответствуют "средству подачи риформированного газа" согласно первому аспекту настоящего изобретения; смеситель 44, топливная магистраль 46 и устройство 18 впрыска топлива соответствуют "средству подачи топлива" согласно второму аспекту настоящего изобретения; датчик 52 температуры окружающей среды и датчик 54 температуры охлаждающей жидкости соответствуют "датчику температуры" согласно третьему аспекту настоящего изобретения; смеситель 44 соответствует "средству смешивания" согласно пятому аспекту настоящего изобретения; и топливная магистраль 46 и устройство 18 впрыска топлива соответствуют "средству подачи перемешанного топлива" согласно пятому аспекту настоящего изобретения. Более того, "средство управления пропорцией подачи" согласно второму и третьему аспектам настоящего изобретения реализуется, когда ЭБУ 50 выполняет процедуру, показанную на фиг.2; и "средство управления пропорцией подачи" согласно второму и четвертому аспектам настоящего изобретения реализуется, когда ЭБУ 50 выполняет процедуру, показанную на фиг.3.
1. Двигатель внутреннего сгорания, работающий на смешанном топливе, состоящем из спирта и бензина, и содержащий
катализатор риформинга топлива, выполненный с возможностью теплообмена с выхлопным газом;
средство разделения для разделения смешанного топлива на высококонцентрированный спирт, который имеет увеличенную концентрацию спирта, и высококонцентрированный бензин, который имеет увеличенную концентрацию бензина;
средство подачи топлива для риформинга для подачи высококонцентрированного спирта и части выхлопного газа в катализатор риформинга топлива; и
средство подачи риформированного газа для подачи риформированного газа во впускное устройство двигателя внутреннего сгорания, причем риформированный газ извлекается из реакции риформинга между высококонцентрированным спиртом и выхлопным газом, поданными в катализатор риформинга топлива.
2. Двигатель по п.1, дополнительно содержащий
средство подачи топлива для подачи высококонцентрированного бензина и высококонцентрированного спирта в двигатель внутреннего сгорания для сжигания в двигателе внутреннего сгорания; и
средство управления пропорцией подачи для управления пропорцией подачи между высококонцентрированным бензином и высококонцентрированным спиртом, которое позволяет подаче в двигатель внутреннего сгорания в соответствии с условиями окружающей среды и/или рабочим состоянием двигателя внутреннего сгорания.
3. Двигатель по п.2, дополнительно содержащий
датчик температуры для измерения температуры окружающей среды или обычной температуры двигателя;
при этом, когда температура окружающей среды или обычная температура двигателя ниже заданного значения при запуске двигателя, средство управления пропорцией подачи обеспечивает более высокую пропорцию подачи для высококонцентрированного бензина и более низкую пропорцию подачи для высококонцентрированного спирта, чем когда температура окружающей среды или обычная температура двигателя не ниже заданного значения при запуске двигателя.
4. Двигатель по п.2 или 3, в котором, когда должна осуществляться нормальная работа после завершения прогрева, средство управления пропорцией подачи обеспечивает более высокую пропорцию подачи для высококонцентрированного спирта и более низкую пропорцию подачи для высококонцентрированного бензина, чем до завершения прогрева.
5. Двигатель по п.2, в котором средство подачи топлива включает в себя
средство смешивания для смешивания высококонцентрированного бензина и высококонцентрированного спирта; и средство подачи повторно смешанного топлива для подачи повторно смешанного топлива, которое смешивается средством смешивания, в двигатель внутреннего сгорания.
