[发明专利]用于内燃机的燃料蒸气系统

说明书

技术领域

本发明涉及这样的系统：其将液态燃料转变为燃料蒸气，以改善内燃机中的燃烧。

背景技术

向发动机供应燃料的方式能显著地影响燃料的效率和尾气排放。在具有化油器的活塞式发动机中，液态汽油被集中地引入到助燃空气的气流中，之后，空气-燃料混合物被分成几份并被分配到发动机的各个气缸中。在其气缸带有燃料喷射器的活塞式发动机中，加压后的液态燃料被推送着流经喷射器的喷嘴，以喷射出由液态燃料颗粒组成的喷雾。喷雾在气缸的进气口处被喷射到助燃空气中，或者被直接喷射到燃烧区域中。燃料在这些发动机和其它发动机中的不完全燃烧会对燃料经济性造成不利影响，并产生出有害的排放物。几十年前，人们已经提出要对燃料执行预先蒸发，以此作为提高燃料效率和降低内燃机排放的途经，但尚未发现任何可被接受的解决方案。

发明内容

对于运转中的发动机，压力基本上超过大气压的蒸发室(或蒸气室)具有脉动的、加压的燃料喷雾喷射器，其与被加热的传热表面分离开。先前由喷雾形成的、处于压力下的蒸气在喷射器的附近循环流动，其中，蒸气是由喷雾受到传热表面的加热而形成的。蒸气拦截喷入的液态喷雾，并与液态喷雾以紊流的形式混合到一起。由于混合物受到传热表面的进一步加热，所以将有助于形成更多的蒸气。按照可维持蒸发室中基本上高于大气压的压力的方式，从蒸发室引出的蒸气通道将燃料蒸气引向发动机。因而，与蒸发室的压力状态相关的蒸气密度将有助于燃料蒸气的形成。从液体被喷射到蒸气室中到燃料进入到发动机燃烧区域之间的时间延迟以及流动条件可促进蒸气与雾化后的任何残余燃料颗粒的混合。对于汽油等的燃料，已经发现：无需在蒸气室中使用空气气流，就能产生有效的蒸发，并能将蒸气从中央蒸气室运送到发动机的各个气缸。在另外一些实例中，有限地输入压缩空气可有利于工作。空气有助于被加热蒸气的循环流动，并有助于其与喷入的液体喷雾进行混合。在任一种系统中，所导入的液体喷雾的动能本身就能产生出强烈的紊流混合作用。如果空气要被引入到蒸气室中，其可被作为喷嘴处的横向射流，而液体喷流是在喷嘴处出现，从而可促使液体喷流被雾化成细微的颗粒。

在另外一种设计中，为发动机的各个气缸或其它的燃烧区域设置了专用的加压蒸气室。蒸气喷射喷嘴可被设置成将燃料蒸气喷射到燃烧区域的空气进气口中，或者直接喷射到燃烧区域中。蒸气室中压力超过大气压的程度是如下因素的函数：进入到蒸气室中的液体喷雾的能量、受热蒸发作用、以及蒸气从该蒸气室中排出的通断操作。可与发动机正时规律协调地、电动地触发该通断操作，或者可响应于蒸气室中的压力由弹簧加载来完成操作。所采用的超大气压数值取决于所涉及的发动机类型。在任何情况下，燃料蒸气排出时的压力都足以将其推送到发动机中的使用位置点处。这种专用蒸发器的实施方式在工作时，空气被排除在蒸气发生室之外。

在某些为发动机各个燃烧区域设置专用蒸气发生室的实施方式中，喷入到各个燃烧区域中的液体燃料喷雾的脉冲量被调节成可形成单份燃料充量。在蒸气从蒸气室中排出之前，对该液体喷雾的时刻进行调整，以形成适当的加热时间间隔。该间隔的时长、所喷射的液体脉冲的量、以及蒸气排出的定时都受发动机管理计算机的控制。例如在蒸发器与往复式柴油机的气缸相对应的情况下，时间间隔的时长和加热量被控制成在蒸发室中建立起很高的压力。这样就能在与做功冲程的开始时刻保持适当定时关系的情况下将柴油蒸气以非常高的压力直接喷射到柴油机气缸的燃烧区域中。

在本文的语境中，蒸发室中“基本上超大气压的压力”是指压力至少为10psig(磅/平方英寸)以上。优选地是，对于汽油发动机，采用更高的压力，即超过20psig直至80psig的压力。对于要向发动机气缸直接喷射的蒸发室，采用更高的压力是合适的。可将该系统作为单一的燃料输送措施，或者使该系统与其它的燃料输送机构配合使用，其它的燃料输送机构例如是为了冷起动而向空气系统中喷射液体燃料颗粒，或将燃料喷射到燃烧空间中一例如对于柴油机。

在一种优选的结构中，为了在冷机条件下产生蒸气的装置包括位于蒸气室中的速加热表面，该表面接收液体燃料喷雾，以实现初始时的蒸发。