[发明专利]汽油发动机的可变乙醇辛烷值增加

说明书

技术领域

本发明涉及使用防爆剂以提高发动机效率的火花点火汽油发动机，所述防爆剂是具有比汽油高的辛烷值的例如乙醇的液体燃料。

背景技术

已知通过高压缩比运行并且特别通过缩小发动机尺寸，能够提高火花点火(SI)汽油发动机的效率。通过使用由涡轮增压或压缩机机械增压的相当大的压力提升，能够缩小发动机尺寸。这种压力提升使在明显较小的发动机中获得同样的性能成为可能。参见J.Stokes等的“AGasoline Engine Concept For Improved Fuel Economy-The Lean-BoostSystem”，SAE Paper 2001-01-2902。然而，发动机爆震的发生限制了使用这些技术来提高发动机效率。爆震是燃料的不期望的爆燃，并且能够严重地损坏发动机。如果能够防止爆震，那么能够利用高压缩比运行和高增压来增加25％的发动机效率。

辛烷值表示燃料对爆震的抗性，但高辛烷值汽油的使用仅不太大地减轻爆震的趋势。例如，常规汽油与优质汽油之间的差一般是六个辛烷值。这显著小于完全实现高压缩比或涡轮增压运行的效率益处所需要的。因此，需要一种实际可行的方法来达到高得多的辛烷值增加水平，使得发动机能够更为有效率地运行。

已知在炼油厂加入少量乙醇来替代部分汽油。乙醇具有110(相比于优质汽油的95)(参见J.B.Heywood，“Internal Combustion EngineFundamentals”McGraw Hill，1988，p.477)的混合辛烷值(ON)，并且由于其是再生能源、生物燃料，所以乙醇还是有吸引力的，但是此前已经加入到汽油中的少量乙醇对发动机性能的影响相对较小。乙醇比汽油贵很多，并且由于可用于乙醇生产的生物数量相对有限，所以容易获得的乙醇量大大小于汽油量。本发明的目的是将用于实现给定水平的发动机效率增加的乙醇或其它防爆剂的用量减到最小。通过将乙醇的使用限制到运行循环中需要在较高负载状况下防止爆震的相对少的时间部分，并且通过在这些时候将它的使用减到最小，能够将所需的乙醇量限制到火花点火汽油发动机所使用的燃料的相对较小分数。

发明内容

在一方面，本发明是一种燃料管理系统，用于包括例如乙醇的防爆剂源的火花点火汽油发动机的高效运行。喷射器将乙醇直接喷射到发动机的气缸中，并且燃料管理系统控制防爆剂喷射到气缸中，以使用最少的防爆剂来控制爆震。优选的防爆剂是乙醇。乙醇具有高的汽化热，从而当其直接喷射入发动机时，气缸的空气-燃料充气(charge)显著冷却。除了由相对较高的乙醇辛烷值提高爆震阻力之外，这种冷却效应还相当大量地减小发动机的辛烷值要求。还可以使用甲醇、叔丁醇、MTBE、ETBE和TAME。在本文中无论在何处使用乙醇，都应当理解为其它的防爆剂是可以预料的。

燃料管理系统使用可使用微处理器的燃料管理控制系统，该微处理器根据辛烷值增加与防爆剂提供的燃料部分之间的预定关系以开环方式工作。为了节约乙醇，优选的是仅在要求爆震阻力的驱动循环的部分内添加乙醇，并且在这些时段内它的使用被减到最小。可选择地，汽油发动机可包括爆震传感器，该爆震传感器以闭环的方式提供反馈信号到燃料管理微处理器系统以最小化被添加用来防止爆震的乙醇的量。

在一个实施例中，喷射器将乙醇分层以在气缸中提供非均匀的沉积。例如，可以靠近气缸壁喷射乙醇，并且涡漩可在壁附近产生环形的乙醇。

在本发明的这个方面的另一个实施例中，该系统包括包括当乙醇的量低时，在包含防爆剂的源中测量例如乙醇的防爆剂的量，从而控制涡轮增压、压缩机机械增压或点火延迟。

对于由乙醇提供的燃料能量的每个10％，乙醇的直接喷射大体上提供13℃的温度下降。对于来自乙醇的发动机能量的每个20％，能够获得最少4个辛烷值的瞬时辛烷值增加。

附图说明

图1是这里所公开的本发明的一个实施例的方框图。

图2是作为由乙醇提供的能量分数的函数的气缸内温度下降曲线图。

图3是使用直接喷射和涡旋运动以实现热分层的冷却器乙醇充气(charge)的分层的示意图。

图4是示出了在进气歧管中分层的乙醇的示意图。

图5是本发明一实施例的方框图，其中燃料管理微处理器用于根据燃料箱中的乙醇量控制涡轮增压器和点火延迟。

具体实施方式