專利名稱：內(nèi)燃機燃料系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機燃料系統(tǒng)，在優(yōu)選實施例中，提供了改善經(jīng)濟性和/或提高單位功率輸出的燃料系統(tǒng)。本發(fā)明既可應(yīng)用于火花點燃式(Otto，奧托)發(fā)動機，也可應(yīng)用于壓燃式(柴油)發(fā)動機。
背景技術(shù)：
汽油機通過下述方法工作將壓縮的空氣燃料混合物吸入氣缸，然后點燃從而產(chǎn)生動力。
過去，燃料空氣混合物由化油器提供?，F(xiàn)在，燃料系統(tǒng)通常是電控的，并具有一個或多個將燃料送入歧管和/或氣缸的噴射器。
實際上，在點火時可燃混合物存在于的氣缸中靠近點火器。結(jié)果，必須將混合物控制成在可燃界限內(nèi)。因此，發(fā)動機吸入的空氣量必須與燃料量相匹配。這可通過限制進氣的節(jié)氣門實現(xiàn)。
安裝到幾乎所有車輛的發(fā)動機尺寸都使得很少使用全功率，尤其是在城市交通中，發(fā)動機常常以其最大功率輸出的一小部分運行。因此，發(fā)動機常常在節(jié)氣門部分地關(guān)閉情況下運行。從而，當空氣經(jīng)過此障礙時，發(fā)動機會產(chǎn)生明顯的泵氣損失。該損失是在城市交通中，奧托發(fā)動機的燃料經(jīng)濟性低于柴油機的燃料經(jīng)濟性的原因。如果消除該損失，那么奧托發(fā)動機的經(jīng)濟性會提高到接近相似功率的柴油機的經(jīng)濟性。
過去，嘗試過供應(yīng)蒸汽形式的汽油而不是液體形式的，以降低泵氣損失。因此，增加的流量允許節(jié)氣門開得更大，從而減少泵氣損失，提高經(jīng)濟性。但是，以蒸汽形式供應(yīng)燃料也了限制了可吸入氣缸的最大量，從而限制了最大功率。通過給任意給定尺寸的發(fā)動機安裝汽化器(vapouriser)所獲得的經(jīng)濟性與具有相同最大功率的、較小的傳統(tǒng)地供應(yīng)燃料的發(fā)動機所獲得的經(jīng)濟性大致相同。因此，作為經(jīng)濟性裝置，汽化器已經(jīng)被棄用了。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種內(nèi)燃機，包括至少一個燃燒室；進氣歧管，用于向所述燃燒室供應(yīng)燃燒空氣；燃料供應(yīng)裝置，用于向所述燃燒室供應(yīng)燃料，所述燃料供應(yīng)裝置包括第一裝置，用于向所述進氣歧管供應(yīng)燃料蒸汽；和第二裝置，用于向所述燃燒室或所述進氣歧管供應(yīng)液體燃料；控制裝置，用于控制所述第一燃料供應(yīng)裝置和第二燃料供應(yīng)裝置，使得在輕載荷情況下，供應(yīng)到所述燃燒室的燃料的至少一部分由所述第一裝置供應(yīng)，在重載荷情況下，減小所述第一裝置的輸出，以增加供應(yīng)到所述燃燒室的空氣量。
新概念的實質(zhì)是將汽化器與傳統(tǒng)燃料供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)合，以提供具有接近于柴油機的經(jīng)濟性的奧托發(fā)動機，同時保持奧托發(fā)動機最大功率輸出。
在低功率時，所有燃料或大部分燃料都以蒸汽的形式供應(yīng)，以允許節(jié)氣門比傳統(tǒng)地供應(yīng)燃料的發(fā)動機打開得更大。隨著功率需求的增大，節(jié)氣門逐漸打開，直到節(jié)氣門全開。當需要更高的功率時，節(jié)氣門保持全開，并限制蒸汽的供應(yīng)，以允許更多的空氣進入歧管，并在歧管中供應(yīng)液體燃料。從蒸汽至液體燃料的此轉(zhuǎn)換漸近地持續(xù)，直到在最大功率情況下，通過節(jié)氣門的進氣只有空氣，供應(yīng)的燃料全為液體時。結(jié)果，在循環(huán)中的所有時刻，節(jié)氣門都與傳統(tǒng)地供應(yīng)燃料的發(fā)動機打開得一樣大或比之更大，并且最大可用功率與傳統(tǒng)地供應(yīng)燃料的發(fā)動機保持相同。
本裝置可改裝到現(xiàn)有車輛上，或結(jié)合到新的設(shè)計中。
取代使用汽化器完全為了提高經(jīng)濟性，其可設(shè)定為提高功率。當供應(yīng)液體燃料時，由于汽化及混合的不好，并不是所有的燃料都燃燒。在最大節(jié)氣門開度，除了液體燃料之外，還供應(yīng)蒸汽燃料，會提高最大功率，假定蒸汽燃料僅取代不與燃料反應(yīng)的空氣。在傳統(tǒng)的柴油機中，空氣不通過節(jié)氣門進入進氣歧管，適量燃料在空氣壓縮后噴入氣缸的熱空氣中。燃料量和噴射形式配比成當其與熱空氣混合時可自燃。結(jié)果，這種發(fā)動機不經(jīng)歷節(jié)氣門泵氣損失。但是，加熱空氣以足夠自燃所需的壓縮顯著地增加了摩擦損失。
當燃料中的氫迅速燃燒，留下燃料中活性低的碳時，由于碳煙的形成而限制了柴油機的最大功率輸出。由于在噴射之后，燃料與空氣沒有長的時間來混合，所以柴油機設(shè)計固有的不良燃料空氣混合會部分地導(dǎo)致這種情況。
當需要高功率時，可使用汽化器來供應(yīng)額外的預(yù)汽化燃料。一旦預(yù)混合燃料被噴射的燃料點燃就會有效地燃燒。結(jié)果，對于所需的工作使用具有較小摩擦的較小發(fā)動機，那么會提高相同發(fā)動機的最大可用功率，或者改善其燃料經(jīng)濟性。


參考附圖，通過對僅僅是示例性質(zhì)的優(yōu)選實施例的描述，會更加清楚地理解本發(fā)明，其中圖1示出了包括本發(fā)明實施例的汽油供油的奧托發(fā)動機的示意圖；和圖2示出了包括本發(fā)明實施例的壓燃式柴油機的一部分的示意圖；具體實施方式
首先參考圖1，示意性地示出了內(nèi)燃機1的一部分。所示的部分包括氣缸2，活塞3安裝在氣缸2中以往復(fù)運動?；钊?通過連桿(未示出)以傳統(tǒng)的方式連接到曲軸上。氣缸2由氣缸蓋4覆蓋，進氣門5和一個或多個排氣門(未示出)安裝在氣缸蓋4中。在氣缸蓋中還安裝有點火裝置，例如火花塞6。進氣歧管7給進氣門供應(yīng)汽油/空氣混合物。用于汽油/空氣混合物的空氣8從適當?shù)倪^濾源獲得，汽油從燃料噴射器9和/或汽化器(vaporiser)10獲得，在下文中會更加詳細地描述。節(jié)氣門11位于汽化器10的下游及噴射裝置9的上游。
使用中，在輕載荷至中載荷的情況下，從汽化器10以汽化汽油提供用于燃料/空氣混合物的燃料。因此，由節(jié)氣門11控制的混合物為空氣與汽化汽油的混合物。為了供應(yīng)充足的這種混合物，以便從發(fā)動機提供特定的功率輸出，節(jié)氣門11往往比如果汽油/空氣混合物的燃料部分由位于節(jié)氣門下游的燃料噴射器供應(yīng)時其打開的程度大。
隨著對發(fā)動機1功率需求的提升，節(jié)氣門11逐漸地打開，直至全開。其后，如果需要額外的功率，那么通過節(jié)氣門下游的噴射器9向歧管7噴入液體燃料。如果有必要的話，為了提供充足的空氣以使額外的燃料有效燃燒，減少汽化器10的輸出，從而允許流過節(jié)氣門11的混合物具有更高的空氣含量。在最大功率輸出時，可設(shè)想到汽化器輸出減小至零或接近于零，并且由噴射器9提供用于汽油/空氣混合物的全部燃料需要。
汽化器10和噴射器9的精確的操作相位由發(fā)動機功率需求的性質(zhì)、發(fā)動機的特定運行狀況以及進氣歧管的設(shè)計決定。在某些應(yīng)用中，可能需要在節(jié)氣門11達到最大開度之前，開始通過噴射器9噴射液體燃料。在這些情況下，可在節(jié)氣門達到最大開度之前，減小汽化器的輸出。關(guān)鍵的是，在發(fā)動機的低功率輸出運行期間，向發(fā)動機供應(yīng)的汽油/空氣混合物所需的燃料的大部分(如果不是全部的話)將從汽化器獲得，由此對于該發(fā)動機功率輸出就允許節(jié)氣門11以比較大的開度來操作，從而減少了通常與僅控制進氣的節(jié)氣門相關(guān)的泵氣損失。
現(xiàn)在參考圖2，示出了柴油機21的一部分。發(fā)動機21包括氣缸22，活塞23安裝在氣缸22中以便以傳統(tǒng)的方式往復(fù)運動。用于發(fā)動機的空氣28從適當?shù)倪^濾器供應(yīng)到進氣歧管27。通常對于柴油機來講，進氣歧管27不包括節(jié)氣門。設(shè)有噴射器29，以將液體燃料(通常作為液滴的噴霧)噴入發(fā)動機的燃燒室。進氣門25控制燃燒氣到燃燒室的進入。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)動機21設(shè)有向進氣歧管27供應(yīng)汽化燃料的汽化器30。汽化器30供應(yīng)的燃料量足以使得，當通過進氣歧管27進入的燃料/空氣混合物被活塞的運動壓縮時，空氣/燃料混合物會自爆。自爆將不會發(fā)生，直到通過噴射器29噴入燃燒室的液體燃料處于或接近活塞23的上死點中心位置。但是，一旦發(fā)生自爆，燃燒室內(nèi)含有的燃料的總?cè)紵蜁人腥剂现煌ㄟ^噴射器29供給的情形更加迅速徹底。因此，在低發(fā)動機功率輸出至中發(fā)動機功率輸出時，汽化器30的存在會使燃料更有效燃燒。如在圖1中實施例的情形，在更高的發(fā)動機輸出時，汽化器30的輸出會減少，使得由進氣歧管27供應(yīng)到燃燒室的混合物含有更多的空氣。在極限狀態(tài)下，禁止汽化器30向進氣歧管27輸送汽化燃料，使得純空氣通過進氣門25進入燃燒室，發(fā)動機的全部燃料需求通過噴射器29噴射的液體燃料滿足。
應(yīng)當理解，盡管已經(jīng)在單個氣缸的說明中描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明也適用于多氣缸發(fā)動機，尤其是具有寬范圍功率輸出需求的發(fā)動機。通常，汽車用內(nèi)燃機中會出現(xiàn)這種情形。但是，本發(fā)明不限于這種應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機，包括至少一個燃燒室；進氣歧管，用于向所述燃燒室供應(yīng)燃燒空氣；燃料供應(yīng)裝置，用于向所述燃燒室供應(yīng)燃料，所述燃料供應(yīng)裝置包括第一裝置，用于向所述進氣歧管供應(yīng)燃料蒸汽；和第二裝置，用于向所述燃燒室或所述進氣歧管供應(yīng)液體燃料；和控制裝置，用于控制所述第一燃料供應(yīng)裝置和第二燃料供應(yīng)裝置，使得在輕載荷情況下，供應(yīng)到所述燃燒室的燃料的至少一部分由所述第一裝置供應(yīng)，并且在重載荷情況下，所述第一裝置的輸出減小，以增加供應(yīng)到所述燃燒室的空氣量。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機，包括用于控制燃燒空氣進入所述進氣歧管的裝置，其中在發(fā)動機運行的第一相位期間，通過逐漸地打開所述燃燒空氣控制裝置，并逐漸地增加由所述第一裝置供應(yīng)的燃料量來提高功率輸出，并且在發(fā)動機運行的第二相位期間，將所述用于控制燃燒空氣的進入的裝置保持在恒定狀態(tài)，并通過逐漸地增加從所述第二裝置供應(yīng)的燃料來提高功率輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機，其中所述基本恒定狀態(tài)為節(jié)氣門全開狀態(tài)。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的內(nèi)燃機，其中所述第一裝置為汽化器。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的內(nèi)燃機，其中所述第二裝置為燃料噴射器。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的內(nèi)燃機，其中所述發(fā)動機為奧托發(fā)動機，并且節(jié)氣門在所述汽化器下游設(shè)置在所述進氣歧管中。
7.如權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機，其中所述第二裝置為在所述節(jié)氣門下游用于將燃料噴入所述進氣歧管和/或氣缸中的燃料噴射器。
8.如上述權(quán)利要求中任一項所述的內(nèi)燃機，其中在輕載荷情況下，基本上供應(yīng)到所述燃燒室的所有燃料都由所述第一裝置供應(yīng)。
9.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的內(nèi)燃機，其中所述發(fā)動機為柴油機。
10.如上述權(quán)利要求中任一項所述的內(nèi)燃機，其中在最大功率輸出情況下，發(fā)動機所需的所有燃料都由所述第二裝置供應(yīng)。
全文摘要
內(nèi)燃機(1)通過進氣歧管(7)供應(yīng)燃燒空氣。節(jié)氣門(11)控制進入燃燒室的空氣量。設(shè)置燃料噴射器(9)，以向節(jié)氣門(11)下游進氣歧管(7)中的氣流噴入液體燃料。汽化器(10)位于節(jié)氣門(11)的上游。在輕載荷情況下，發(fā)動機所需的燃料大部分或全部都由汽化器(10)供應(yīng)。結(jié)果，由節(jié)氣門(11)控制的混合物包含一部分空氣，一部分汽化燃料。從而，對于任何特定功率輸出，節(jié)氣門都比只由燃燒空氣控制時的情形要開啟得更大。因此，減小了在低功率輸出時的泵氣損失。在高功率輸出時(通常在節(jié)氣門(11)達到全開狀態(tài)之后)，燃料由噴射器(9)供應(yīng)，減少汽化器(10)的輸出，使得更多的空氣可進入氣缸，以使通過噴射器(9)供應(yīng)的液體燃料有效燃燒。本發(fā)明既可適用于汽油機，也可適用于柴油機。
文檔編號F02M1/16GK101052800SQ200580037104
公開日2007年10月10日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者保羅·約翰·哈欽森 申請人:保羅·約翰·哈欽森