專利名稱：用于改善燃料利用的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于向發(fā)動(dòng)機(jī)提供汽化燃料的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多年來由汽化燃料(如，汽油)供以動(dòng)力的車輛已經(jīng)成為大量專 利的主題。這樣的示例包括共同擁有的美國專利6,681,749和6,907,866 。 這類專利的公開內(nèi)容通過引用的方式并入本文。
使燃料在進(jìn)入氣缸前汽化可以得到改進(jìn)的性能，特別是相當(dāng)大地 提高燃料經(jīng)濟(jì)性。使發(fā)動(dòng)機(jī)在"稀薄，，狀態(tài)下(即，空燃比大于15:1) 運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)提高燃料經(jīng)濟(jì)性。因此，使燃料在進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室之前汽 化允許發(fā)動(dòng)機(jī)以遠(yuǎn)高于常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)，這又提高了燃料經(jīng) 濟(jì)性。
然而，已經(jīng)了解到，以較高的空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)可能產(chǎn)生潛在的問題， 因?yàn)榭赡軐?dǎo)致不希望的氮氧化物(NOx)排放的增加。這部分地因?yàn)榫?有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車上的常規(guī)催化轉(zhuǎn)化器和催化劑被設(shè)計(jì)成發(fā)動(dòng)機(jī)在 空/燃比約為13.5:1到16:1之間運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)去除NOx，并且最優(yōu)比約為 14.7:1。
然而，申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際產(chǎn)生的NOx的量隨著空/燃比的 增加而減少，并且排放增加的原因在于催化劑不能減少在這些情況下 產(chǎn)生的即使較少量的NOx。因此，申請(qǐng)人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，通過使發(fā)動(dòng)機(jī) 以充分高的空/燃比運(yùn)轉(zhuǎn)，形成的NOx的量可以足夠低，使得即使催化 劑不是在其最優(yōu)條件(例如，約14.7:1的空燃比)下工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)也 可以滿足排放要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例公開了以這些較高空燃比(例如，約大于21:1) 運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī)以使排放的NOx水平可以滿足現(xiàn)有規(guī)定的方法。這種運(yùn)轉(zhuǎn) 的一個(gè)優(yōu)勢(shì)可能在于高的空燃比可以允許燃料經(jīng)濟(jì)性的充分提高。然 而隨著在車輛中應(yīng)用的催化劑才支術(shù)的改進(jìn)，本發(fā)明的實(shí)施例可以-故用 于以其他空燃比(例如，在15:1到21:1之間)來提高燃料經(jīng)濟(jì)性并仍 然滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，最近已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在等于或大致接近最適用于 現(xiàn)有催化轉(zhuǎn)化器的標(biāo)準(zhǔn)空燃比(例如，在約13.5:1到16:1之間的范圍， 其中約14.7:1是最優(yōu)的)的空燃比下應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例也可以提高 燃料經(jīng)濟(jì)性。因此，這就具有在多種情況下提高燃料經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn)， 從而常規(guī)催化劑能夠降低NOx的排放。
在各種實(shí)施例中，液體燃料可以被看做是由可在不同溫度下汽化 的多種餾分組成?？梢酝ㄟ^在第一溫度(例如，70下)下初始加熱液 體燃料并且隨后隨著液體燃料的不同餾分被汽化和/或檢測(cè)到燃料的汽 化減少而接著增加溫度，從而實(shí)現(xiàn)汽化。對(duì)于本文所提及的分餾，這 種相繼向燃燒室提供蒸汽的多種餾分的方法可以提高效率，這可能是 部分地由于在任意給定時(shí)間燃燒的蒸汽裝料的均勻性。
此外，通過觀察和測(cè)試，申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，,皮輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃 燒室的汽化燃料可在這樣的輸送期間易于冷凝。例如，這種情況可能 因?yàn)槿缦略蚨a(chǎn)生溫度低于液體燃料汽化溫度的外界空氣與燃料 蒸汽混合來稀釋混合物從而達(dá)到所需空燃比。這可能導(dǎo)致燃料蒸汽部 分地冷凝并且形成液滴。為了有助于實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的性能，本發(fā)明的實(shí)施 例可以通過將蒸汽和空氣的混合物的溫度提高到汽化所需溫度之上的 某一點(diǎn)以使燃料保持汽化形式，從而有助于避免上述冷凝。在其他實(shí) 施例中，將要與汽化燃料混合的外界空氣可以被預(yù)加熱。
此外，這種對(duì)空氣供應(yīng)、汽化燃料和/或空氣-汽化燃料混合物的加 熱也可以進(jìn)一步增強(qiáng)燃料/空氣混合物的火焰速度。這繼而可以改進(jìn)在 標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)計(jì)量下的效率，并且/或者這也可以擴(kuò)大"稀釋極限，，(即，發(fā) 動(dòng)機(jī)能夠工作良好而沒有額外功率損失、點(diǎn)火不良和/或不可接受的碳
氫化合物排放時(shí)的最大空燃比)。稀釋極限的擴(kuò)大可以具有許多益處， 這些益處包括但不限于(1)提高燃料經(jīng)濟(jì)性；(2)減少產(chǎn)生的NOx的量。
這還進(jìn)一步有助于提高外界空氣的溫度，所述外界空氣在進(jìn)入發(fā) 動(dòng)機(jī)的燃燒室之前與來自汽化室的燃料蒸汽混合并輸送所述燃料蒸 汽。如下面將更充分討論的，在不同實(shí)施例中，來自汽化室的混合空 氣/燃料可以進(jìn)一步被空氣稀釋，并且這種進(jìn)一步的空氣也可以被加熱 從而被稀釋的汽化燃料混合物在進(jìn)入燃燒室時(shí)被提高到高于從汽化室 輸送出的未稀釋混合物的溫度。如上所述，對(duì)空氣/燃料混合物的加熱 可以有助于實(shí)現(xiàn)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一些益處，這些益處包括防止燃料 冷凝和增加火焰速度。


通過參考下述詳細(xì)描述和附圖可以更全面地理解和認(rèn)識(shí)根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的包括被加熱的外界空氣源的汽化燃料發(fā)動(dòng)機(jī)
的示意圖2是驗(yàn)證本發(fā)明益處的匯編圖表；以及
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液體燃料噴射系統(tǒng)的圖示。
具體實(shí)施例方式
在下述詳細(xì)描述中，參考附圖，附圖形成說明書的一部分并且附 圖通過實(shí)施本發(fā)明的示例性實(shí)施例的方式被示出?？梢岳斫獾氖牵?以利用其他實(shí)施例并且可以在不偏離本發(fā)明范圍的情況下做出結(jié)構(gòu)或 合理的改變。因此，下述詳細(xì)描述并非用于限制，并且根據(jù)本發(fā)明的 實(shí)施例的范圍由所附權(quán)利要求及其等同權(quán)利要求所限定。
多個(gè)不連續(xù)操C然而，描述的順序不2該被解釋i暗示了這些操作
也是取決于順序的。
描述可以使用方向和/或基于透視圖的描述，例如上/下、后/前以及 頂部/底部。這些描述僅僅用于方便討論并且不旨在限制本發(fā)明的實(shí)施 例的應(yīng)用。
描述可以使用例如"在一個(gè)實(shí)施例中"或"在一些實(shí)施例中"的 用語。這些用語均可以指代一個(gè)或多個(gè)相同或不同的實(shí)施例。此外，當(dāng)用于本發(fā)明的實(shí)施例時(shí)，"包含"、"包括"、"具有"之類的術(shù)語是同 義的。
用語"A/B，，表示"A或B，，。用語"A和/或B"表示"(A )、 ( B ) 或(A和B)，，。用語"A、B和C中的至少一個(gè)，，表示"(A)、 (B)、 (C)、 (A和B)、 (A和C)、 (B和C)或(A、 B和C)"。用語"(A) B，， 表示"(B)或(AB)，，，即A是任選的。
可以使用術(shù)語"聯(lián)接，，和"連接"及其派生詞。應(yīng)該理解這些術(shù) 語不是作為彼此的同義詞。相反，在具體實(shí)施例中，"連接"可以用于 表示兩個(gè)或兩個(gè)以上元件彼此直接物理接觸或電接觸。"聯(lián)接，，可以表 示兩個(gè)或兩個(gè)以上元件直接物理接觸或電接觸。然而，"聯(lián)接"也可以 表示兩個(gè)或兩個(gè)以上元件彼此不直接接觸，但依然彼此配合或相互作 用。
參考圖1，圖l提供了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的系統(tǒng)的部件的概 覽示意圖。如被標(biāo)出的，動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括連接到發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門體 的進(jìn)氣口 10。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其可通過口 IO吸入空氣和燃料。該發(fā) 動(dòng)機(jī)也可以包括排氣管12，該排氣管12裝有適于檢測(cè)02和/或其他排 放物的傳感器14。
在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，空氣箱16可以允許將空氣供 應(yīng)到系統(tǒng)。聯(lián)接到空氣箱16的空氣引導(dǎo)管道18和20可以使流入的空 氣分流并且將所需的空氣供應(yīng)提供給系統(tǒng)的剩余部分。在其他實(shí)施例 中，管道18和20可以被聯(lián)接到分離的空氣供應(yīng)或者可以是單一管道。 管道20可以包括閥22，該閥22控制通過管道20導(dǎo)入的空氣量。管道 20可以通過例如頂部或蓋24進(jìn)一步聯(lián)接到汽化室26,并且因此被構(gòu) 造成向汽化室26供應(yīng)空氣。
管道18可以被聯(lián)接到混合室30并且包括閥28，該閥28可以被構(gòu) 造成控制供應(yīng)到混合室30的空氣量。混合室30可以是空氣和蒸汽燃 料在其中被聚集在一起的任意容積，例如室、匯合處等。
在一個(gè)實(shí)施例中，汽化室26可以包括流量控制裝置，例如擋板， 該流量控制裝置可以引導(dǎo)來自管道20的空氣流通過汽化室并進(jìn)入管道 42。液體燃料23可以通過管道34從燃料箱32中抽出。加熱元件25 可以聯(lián)接到汽化室26并且適于可控制地加熱液體燃料從而產(chǎn)生燃料蒸 汽40。可以使用多個(gè)加熱源來可控制地加熱液體燃料，包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)部件鄰近件、發(fā)動(dòng)機(jī)流體(水、油等)、電子電路和其他獨(dú)立加 熱器件。
蒸汽40可以由來自空氣管道20的空氣流運(yùn)載，使得空氣-燃料蒸 汽混合物可以通過管道42導(dǎo)出到混合室30。在一個(gè)實(shí)施例中，通過管 道20的空氣-燃料蒸汽的流動(dòng)可以由閥44控制。
在一個(gè)實(shí)施例中，管道42的空氣-燃料蒸汽混合物可以比所需更 濃，并且可以進(jìn)一步被空氣稀釋。在這種情況下，空氣-燃料混合物可 以在混合室30內(nèi)與來自管道18的空氣混合(例如，被進(jìn)一步稀釋)， 并且被進(jìn)一步引導(dǎo)通過進(jìn)氣口 IO并從這里進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。因此 可以以多種方式來控制被供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)的所需空燃比，所述方式包括
但不限于控制燃燒室的空氣供應(yīng)、控制混合室的空氣供應(yīng)和/或增加 液體燃料的汽化率。
在一個(gè)實(shí)施例中，可能需要的是使得空燃比等于或高于26:1，這 樣產(chǎn)生的NOx排放應(yīng)當(dāng)會(huì)遠(yuǎn)低于以較低空燃比所獲得的NOx排放，并 且這可以滿足目前的排放標(biāo)準(zhǔn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，在低于26:1的空 燃比下運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生高于目前容許的排放標(biāo)準(zhǔn)的NOx排放。然而，因?yàn)?應(yīng)用了催化劑技術(shù)或發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)措施(例如EGR )，本發(fā)明的實(shí)施例所 實(shí)現(xiàn)的空燃比可以更低，從而產(chǎn)生容許的NOx水平，同時(shí)仍可以提高 燃料經(jīng)濟(jì)性。然而在其他實(shí)施例中，當(dāng)空燃比與許多當(dāng)前車輛使用的 標(biāo)準(zhǔn)比保持一致時(shí)(例如在大約13.5:1到16:1之間時(shí))，在這些車輛中 的催化劑轉(zhuǎn)化系統(tǒng) 一般能夠?qū)Ox排放降低到低于容許的限度。
假設(shè)需要特定的碳?xì)浠衔锱欧牛敲磁欧艂鞲衅鞯淖x數(shù)可以有 助于驗(yàn)證是否已實(shí)現(xiàn)所需空燃比。然而，可以理解的是，固定的設(shè)定 不可能在任意給定時(shí)間段內(nèi)均實(shí)現(xiàn)最佳性能。任何溫度變化、任何升 高變化以及甚至在燃料補(bǔ)給中的差異都可能導(dǎo)致從箱26流向混合室30 的蒸汽/燃料混合物產(chǎn)生偏差。
因此，閥22、 28和44可以通過例如步進(jìn)電才幾(未示出)來操作， 所述步進(jìn)電機(jī)由計(jì)算機(jī)C控制。計(jì)算機(jī)C可以監(jiān)測(cè)排氣12中的排放， 并且如果這些讀數(shù)指出排放成分(例如，碳?xì)浠衔?、CO、 02等)的 水平過高或過低，那么計(jì)算機(jī)可以啟用適當(dāng)?shù)牟竭M(jìn)電機(jī)來改變來自管 道18的空氣、來自管道20的空氣及管道42的空氣-燃料蒸汽混合物的 相對(duì)流體體積。如果讀數(shù)顯示碳?xì)浠衔锼竭^高，那么就可能需要稀釋管道44的蒸汽/空氣流，例如可以關(guān)閉閥44;打開閥28;和/或既 關(guān)閉閥44又打開閥28。
這些調(diào)節(jié)可以分階段進(jìn)行(例如，部分關(guān)閉閥44;再讀取排放傳 感器的讀數(shù)且隨后重復(fù)地進(jìn)一步部分關(guān)閉閥44,或者替代地部分打開 閥28;或者兩種方式的組合)。在一個(gè)實(shí)施例中，閥22也可以作為一 個(gè)因素，因?yàn)橄拗瓶諝饬鬟M(jìn)入管道20將使進(jìn)入箱26的空氣流變緩， 因此到管道42的空氣流也變緩，同時(shí)還使更多空氣流轉(zhuǎn)向通過閥28。
本發(fā)明的實(shí)施例可以包括一個(gè)或多個(gè)附加熱源，這些附加熱源可 以允許加熱1 )可被供應(yīng)到汽化箱的空氣；2)可被供應(yīng)到混合室的 空氣；3)離開汽化室的空氣和汽化燃料混合物；和/或4)在進(jìn)入燃燒 室前在任意時(shí)間的空氣和/或空氣/汽化燃料混合物。
在一個(gè)實(shí)施例中，熱源46可以控制空氣流48的溫度并且在i人為 必要時(shí)根據(jù)排放的含量來升高空氣供應(yīng)的溫度。如所述，熱源46可以 包括被置于空氣流48內(nèi)的加熱線圏50。然而，本發(fā)明的實(shí)施例可以包 括各種熱源，所述各種熱源包括從發(fā)動(dòng)機(jī)的不同部件(例如發(fā)動(dòng)機(jī)的
歧管和/或發(fā)動(dòng)機(jī)流體)產(chǎn)生的熱以及獨(dú)立的熱源。
然而如果提供熱源，那么在穿過熱源46時(shí)，進(jìn)入的空氣流48的 溫度可以可控制地升高(例如，將范圍在約60下到80下的典型外界空 氣溫度可控制地升高到約IOOT到120下的溫度或者更高)。此外，空 氣供應(yīng)源的溫度值可以根據(jù)排放含量和環(huán)境而改變，并且可以在此基 礎(chǔ)上^皮控制。
在一個(gè)實(shí)施例中，控制件27可以控制加熱元件25的生熱?？刂?件27也可以被聯(lián)接到計(jì)算機(jī)C并且根據(jù)對(duì)傳感器14的排放檢測(cè)的部 分響應(yīng)而被計(jì)算機(jī)C控制。在一個(gè)實(shí)施例中，汽化箱26中的液體燃料 可以被汽化并且與來自管道20的空氣供應(yīng)混合。這個(gè)混合物可被導(dǎo)入 混合室30并且進(jìn)一步被導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。如上所述，液體燃料的 溫度可以被增加到足夠高以使得一次汽化燃料23的一種餾分或燃料23 的有限范圍的餾分。然后，燃料23的溫度可以被升高以開始笫二餾分 或者第二范圍的餾分的汽化，所述第二餾分或者笫二范圍的餾分繼而 可以被空氣供應(yīng)栽離汽化室，等等。
當(dāng)空氣-燃料混合物被輸送到燃燒室和/或混合室時(shí)，存在如下可能 性混合物的一部分在進(jìn)入燃燒室之前可被冷凝成液體形式。在一個(gè)實(shí)施例中，為了防止發(fā)生冷凝(例如在通過管道42和混合室30的路 徑內(nèi))，來自管道20的空氣可以被例如熱源46加熱以升高到使空氣溫 度等于或高于蒸汽40的溫度。這可以在燃料被運(yùn)送通過管道42并進(jìn) 入混合室30時(shí)防止冷凝。然而來自管道20的空氣溫度過高會(huì)不良地 使液體燃料23過熱，從而產(chǎn)生不希望的高汽化率，在某些實(shí)施例中， 這可能會(huì)影響液體燃料的分餾并且改變混合物的特性。因此，可控制 進(jìn)入汽化室的空氣的溫度以避免這種情況的發(fā)生。
因?yàn)楫?dāng)空氣從熱源46送出時(shí)空氣溫度可能會(huì)下降，并且因?yàn)槠?過程本身吸收能量，所以在一個(gè)實(shí)施例中可能存在對(duì)空氣溫度升高的 平衡。這可以通過溫度探頭和控制件來監(jiān)測(cè)并控制。
在一個(gè)實(shí)施例中，熱源可以被聯(lián)接到與汽化室和混合室和/或燃燒 室聯(lián)接的管道?？梢钥刂七@樣的熱源以便保持混合物溫度的充分提升 并且阻止冷凝。在這種情況下，可以進(jìn)一步提高空氣-蒸汽燃料混合物 的溫度而不必考慮對(duì)分餾過程的影響。
在一個(gè)實(shí)施例中，向混合室30輸送的空氣供應(yīng)源的溫度可以被熱 源46升高，從而在空氣-燃料混合物經(jīng)由進(jìn)氣口 l(H皮輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的 燃燒室內(nèi)之前進(jìn)一步加熱空氣-燃料混合物。這可以有助于提高燃燒效 率并且防止在混合室本身內(nèi)發(fā)生冷凝。
可以使用與上迷方式不同、互補(bǔ)和/或附加的各種方法來實(shí)現(xiàn)和/ 或增強(qiáng)引導(dǎo)通過進(jìn)氣口 IO的蒸汽燃料混合物的溫度的升高。在一個(gè)實(shí) 施例中，熱源與汽化室和混合室的關(guān)系可以影響對(duì)空氣-燃料蒸汽混合 物的加熱。例如，如果與混合室30相比，熱源46與汽化室26的關(guān)系 導(dǎo)致通向汽化室的輸送路徑更長(zhǎng)，那么這會(huì)引起不希望的溫度降低。 因此，通過管道18進(jìn)入混合室30的較短的路程可以為輸送到燃燒室 的汽化燃料提供希望的溫度升高。
在各種其他實(shí)施例中，可以將熱量施加到系統(tǒng)的各種部件從而幫
助在進(jìn)入燃燒室之前升高空氣-燃料混合物的溫度，以便提高效率和/ 或防止冷凝。此外，也可使用其他替代方案，并且當(dāng)然可以在系統(tǒng)中 的不同位置處使用分離的熱源。
現(xiàn)在參考圖2，圖2示出了通過實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)的一 些有益結(jié)果。在網(wǎng)格1中以實(shí)線示出了沒有附加加熱的汽化燃料燃燒 的示例，并且以虛線示出了被加熱的燃料。通過增加蒸汽溫度，空燃比可被充分地增大且不會(huì)在實(shí)質(zhì)上犧牲所希望的燃料經(jīng)濟(jì)性。這種升
溫的明顯優(yōu)點(diǎn)是如網(wǎng)格4所示減少了氮氧化物。圖表2和3圖示了可 比較的C02的減少和02的增加。
如上迷實(shí)施例所述，申請(qǐng)人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在燃燒之前加熱汽化燃 料、空氣/汽化燃料混合物、與汽化燃料混合的空氣和/或其任意組合使 得燃料效率顯著提高。這種顯著提高發(fā)生在以一定的空燃比范圍運(yùn)行 的系統(tǒng)內(nèi)，該空燃比范圍是從當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)比到大于30:1的區(qū)域內(nèi)的更 為稀薄的比。具體地，申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用落入標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)計(jì)量比(例 如，在約13.5:1到16:1之間)內(nèi)的混合物已經(jīng)使效率提高了高達(dá)20%, 并且在某些情況下甚至更高。
雖然在這些標(biāo)準(zhǔn)比下的汽化燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放可 能高于容許的排放標(biāo)準(zhǔn)并且高于在較稀比下的排放，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這 不是很重要的問題，因?yàn)楫?dāng)前使用的催化轉(zhuǎn)化器能夠減少這些排放從 而滿足排放要求。
除上述原因和論述之外，申請(qǐng)人還將這種改進(jìn)歸功于許多潛在因 素，其中的一些可以包括
(1) 在進(jìn)入燃燒室之前，空氣和蒸汽燃料的混合物相對(duì)均勻，因 此可以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的燃料燃燒和提高的火焰速度；
(2) 由于需要能量來汽化燃料，所以在端口燃料噴射系統(tǒng)中可以 降低燃料/空氣混合物的溫度。如在本發(fā)明的各種實(shí)施例中所實(shí)施的， 在燃燒室外部的汽化允許從該溫度降低中恢復(fù)(彌補(bǔ))燃料/空氣混合 時(shí)間，然后在燃燒室內(nèi)的更高溫度可以獲得更高的火焰速度和更有效 的燃燒。
在認(rèn)識(shí)并注意到在進(jìn)入燃燒室之前加熱空氣、蒸汽和/或二者的混 合物會(huì)產(chǎn)生改進(jìn)后，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)相似的實(shí)施例可用于在車輛中使用的 現(xiàn)有燃料噴射系統(tǒng)。申請(qǐng)人已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)每加侖英里數(shù)的效率提高， 但是這稍少于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的蒸汽系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的效率提高。
在各種實(shí)施例中，將要在燃燒室內(nèi)與所噴射的液體燃料混合的空 氣可以在混合前被預(yù)加熱。例如，如圖3所示，可以向燃料噴射器320 提供液體燃料源310。燃料噴射器320可以將燃料以充分汽化的形式噴 射入燃燒室350內(nèi)。空氣供應(yīng)源330可以被聯(lián)接到燃燒室350并且適于 向燃燒室350供應(yīng)預(yù)加熱的空氣。供應(yīng)的空氣可以與燃料噴射器320預(yù)加熱混合物。這樣的預(yù)加熱可以 有助于防止當(dāng)液體燃料被轉(zhuǎn)化為蒸汽時(shí)可能產(chǎn)生的溫度降低。在這類 實(shí)施例中，在燃燒室內(nèi)更高的空氣/燃料溫度增加了點(diǎn)火后的火焰速度， 這繼而可以有助于提高系統(tǒng)的效率。雖然上述討論是關(guān)于直接燃料噴 射的，但是其他實(shí)施例也可以包括其他噴射構(gòu)造，例如端口燃料噴射 等。
此外，不論車輛是使用現(xiàn)有液體燃料噴射系統(tǒng)還是使用汽化燃料 系統(tǒng)，本發(fā)明的實(shí)施例均可以提高車輛的燃料效率。另外的實(shí)施例可
適用于各種不同的空燃比，所述各種不同的空燃比適用的系統(tǒng)范圍是 從以標(biāo)準(zhǔn)比或^f氐于標(biāo)準(zhǔn)比的較濃混合物運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，到以約14:1的標(biāo) 準(zhǔn)比運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，到可以高達(dá)大于30:1的較稀混合物運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。
雖然為了描述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)在本文圖釋并描述了某些實(shí)施例， 但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下， 可以使用可實(shí)現(xiàn)相同目的的廣泛的各種備選實(shí)施例和/或等價(jià)實(shí)施例或 實(shí)施方式來替代所示出和所描述的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易 地理解，可以以非常廣泛的各種方法來實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。本 發(fā)明旨在涵蓋本文討論的實(shí)施例的任何修改或變型。因此，顯而易見， 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例旨在僅被權(quán)利要求及其等價(jià)權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1. 一種用于提高內(nèi)燃機(jī)的燃料效率的方法，包括以所需燃料量向燃燒室供應(yīng)燃料；使空氣與所述燃料在進(jìn)入所述燃燒室之前混合，從而產(chǎn)生具有所需空燃比的混合物；以及在燃燒前預(yù)加熱所述燃料、所述空氣和/或所述混合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中供應(yīng)燃料包括將液體燃料噴 射入所述燃燒室，使預(yù)加熱的空氣與噴射的燃料在所述燃燒室內(nèi)混合.
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中供應(yīng)燃料包括提供汽化燃料， 在將所述汽化燃料供應(yīng)到所述燃燒室之前使所述空氣與所述汽化燃料 混合，
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述所需空燃比大約在13.5:1 和16:1之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述所需空燃比大于15:1。
6. —種用于燃燒室的蒸汽燃料供應(yīng)系統(tǒng)，包括 聯(lián)接到所述燃燒室的汽化燃料源，所述汽化燃料源包括汽化室和適于產(chǎn)生所述汽化燃料的液體燃料熱源；一個(gè)或多個(gè)空氣源，所述一個(gè)或多個(gè)空氣源聯(lián)接到所述系統(tǒng)并且 適于向所述汽化燃料提供空氣供應(yīng)，從而形成具有所需空燃比的混合 物；以及其中在燃燒前所迷混合物的溫度大體高于所述液體燃料的汽化溫度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的蒸汽燃料供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述所需空燃 比大約在13.5:1和16:1之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的蒸汽燃料供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述空氣源適 于在與所述汽化燃料混合前供應(yīng)加熱的空氣.
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的蒸汽燃料供應(yīng)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括在燃燒 前適于加熱所述混合物的混合物熱源。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的蒸汽燃料供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述所需空燃 比大于15:1。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的蒸汽燃料供應(yīng)系統(tǒng)，其中所迷液體燃料熱源被設(shè)置成可控制地促使液體燃料分餾。
12. —種用于汽化燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，包括燃燒室，燃料-空氣混合物在所述燃燒室內(nèi)點(diǎn)火，并且所述燃燒室 包括用于最終排放物的排氣口 ；汽化燃料源、空氣源和控制件，所述控制件控制來自所述燃料源 的汽化燃料和來自所述空氣源的空氣的混合物并且將所迷混合物引導(dǎo) 至所述燃燒室；以及笫一熱源，所述笫一熱源被設(shè)置成在所迷汽化燃料、所述空氣和/ 或所述混合物被輸送進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室之前升高所述汽化燃 料、所述空氣和/或所述混合物的溫度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述汽化燃料源包括第二 熱源，所述第二熱源被設(shè)置成加熱容納在汽化室內(nèi)的液體燃料以產(chǎn)生 所述汽化燃料。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述笫二熱源被控制以便 增加和/或降低所述液體燃料的溫度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述液體燃料的所需 分餾。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中來自所述空氣源的第一空 氣流被引導(dǎo)到所述汽化室，并且所述第一熱源被設(shè)置成在所述第一空 氣流進(jìn)入所述汽化室之前加熱所述第一空氣流。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述空氣源所供應(yīng)的所述 空氣被分流成所述第一空氣流和第二空氣流，使得所述第二空氣流也 能夠與所述混合物在混合室內(nèi)混合。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中在進(jìn)入所述燃燒室之前， 來自笫二空氣源的笫二空氣流與所述混合物在混合室內(nèi)混合.
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中離開所述汽化室的所述混合物的溫度被笫三熱源升高，
19. 一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的汽化燃料系統(tǒng)，包括容納在汽化室內(nèi)的一些液體燃料和用于加熱所述一些液體燃料的 可控?zé)嵩?；所述液體燃料包括具有不同汽化溫度的餾分，并且所述可控?zé)嵩?適于增加所述液體燃料的溫度從而相繼汽化所述餾分；管道，所述管道用于輸送將要與汽化餾分混合并隨后輸送到所述發(fā)動(dòng)機(jī)以用于燃燒的外界空氣；以及另一個(gè)熱源，所述另一個(gè)熱源用于將外界空氣和汽化餾分的混合 物加熱到進(jìn)一步升高的溫度。
20. —種汽化燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括容納在汽化箱內(nèi)的一些液體燃料，所述液體燃料包括具有不同汽 化溫度的餾分；可控?zé)嵩矗隹煽責(zé)嵩从糜诩訜崴鲆恍┮后w燃料以相繼汽化 所述餾分；管道，所述管道用于輸送空氣，所述空氣將要與汽化燃料餾分混 合以形成具有所需空氣-汽化燃料比的混合物并隨后輸送到所述發(fā)動(dòng)機(jī) 以用于燃燒；以及笫二熱源，所述笫二熱源用于將外界空氣和汽化餾分的所述混合 物加熱到進(jìn)一步升高的溫度。
21. —種將預(yù)加熱的汽化燃料供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)的方法，包括 使液體燃料汽化以形成汽化燃料；將所述汽化燃料與空氣供應(yīng)相混合以形成具有所需空燃比的混合 物；以及在輸送到所述內(nèi)燃機(jī)之前將所述空氣供應(yīng)、所述汽化燃料和/或所 述混合物加熱到等于或高于所述液體燃料的汽化溫度。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述空氣供應(yīng)包括第一空 氣供應(yīng)，其中所述汽化燃料與所述空氣供應(yīng)的所述混合包括將所述第一空氣供應(yīng)輸送到汽化室以產(chǎn)生具有笫一空燃比的笫一 混合物；以及向所述內(nèi)燃機(jī)輸送最終混合物。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括在進(jìn)入所述汽化室之前升高所述笫 一 空氣供應(yīng)的溫度'
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述空氣供應(yīng)包括笫二空 氣供應(yīng)，并且所述方法進(jìn)一步包括將所述第一混合物輸送到混合室； 將所述笫二空氣供應(yīng)輸送到所述混合室；以及 將所述笫一混合物與所述第二空氣供應(yīng)混合從而形成所述所需空 燃比。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括在進(jìn)入所述混合室 之前升高所述第 一混合物的溫度.
26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括在輸送到所述混合 室之前升高所述第二空氣供應(yīng)的溫度，
27. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述汽化液體燃料包括 將液體燃料供應(yīng)到具有加熱元件的汽化室；以及 用所述加熱元件升高所述液體燃料的溫度從而使得所述液體燃料分餾以產(chǎn)生汽化燃料的餾分，
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括 將第一空氣供應(yīng)輸送到汽化器；以及向所述內(nèi)燃機(jī)相繼地輸送所述餾分和第 一 空氣供應(yīng)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括在進(jìn)入所述汽化室之前升高所述第 一 空氣供應(yīng)的溫度，
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括在進(jìn)入所述汽化室 之后升高所述第一空氣供應(yīng)和所述餾分的溫度.
31. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括將具有升高溫度的 第二空氣供應(yīng)與所述第一空氣供應(yīng)和餾分混合以升高所述第一空氣供 應(yīng)和所述餾分的溫度。
32， 一種發(fā)動(dòng)機(jī)，包括 燃燒室；液體燃料源，所述液體燃料源聯(lián)接到所述燃燒室并適于將液體燃料噴射入所述燃燒室；以及空氣源，所述空氣源聯(lián)接到所述燃燒室并適于將預(yù)加熱的空氣供 應(yīng)供給到所述燃燒室以便獲得所需空燃混合物.
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述所需空燃比大約在 13.5:1和16:1之間。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃機(jī)的蒸汽燃料空氣混合物供應(yīng)系統(tǒng)，其中在燃燒前升高空氣和燃料的混合物的溫度。液體燃料可以在分餾過程中被汽化并且被進(jìn)一步加熱以提高火焰速度燃燒并且改善效率。空燃混合物可以促使燃料效率的顯著提高。
文檔編號(hào)F02M1/00GK101460730SQ200780020087
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月1日
發(fā)明者A·迪安, D·R·劉易斯, R·B·布斯內(nèi)爾 申請(qǐng)人:蒸氣燃料科技有限公司