[发明专利]具有增加动力的双燃料发动机

说明书

技术领域

本发明总体上涉及能够基于两种不同燃料操作的内燃发动机的设计和控制以及该发动机在不同燃料下的相对动力。

背景技术

内燃发动机是基于如下原理操作的：即，点燃气缸内的空气和汽油(或其他燃料)的混合物以在气缸内引起燃烧，其中，通过使用气缸内的对曲轴进行驱动的活塞来将由此释放的能量转换成机械能。诸如汽油燃料喷射器之类的燃料引入组件用于将汽油喷射到发动机的气缸或引入系统内。内燃发动机通常为自然吸气式的，意思是在大气压力下从环境抽吸空气。由于空气燃料混合物在发动机的气缸内燃烧，所以气缸中产生不同类型的不需要的有毒且污染的气体，并且这些气体穿过排气系统到达通常被称为催化转化器的装置。

通常，内燃发动机(尤其是用于汽车的那些内燃发动机)使用汽油(或柴油)作为燃料，燃料在内燃发动机中燃烧时产生废气，一些废气为污染物和/或有毒物。能够使用其他污染较小的碳基燃料或者甚至非碳基燃料，但这些燃料中的许多在与空气混合时不具有几乎用于动力输出的与燃烧汽油(即，与空气混合的汽油)时几乎相同的能量含量(即，“混合物热值”)。然而，期望的是，使用这些燃料中的一些，因为它们能够在燃烧过程中几乎不产生有毒或污染气体的所谓的“稀薄模式(lean mode)”操作中使用。以稀薄模式操作涉及发动机被操作所使用的空燃比。特别地，发动机的燃烧室中的空气和燃料的量的比例将确定发动机是以稀薄模式被操作还是以浓裕模式被操作。对于理想燃烧，发动机的腔室中用于燃烧的空气和燃料的量使得在燃烧后腔室中没有剩余残留的氧或燃料，具体的空燃比被称为化学计量空燃比。然而，实际空燃比可能不总是为化学计量的。实际空燃比与化学计量空燃比之比被称为λ。变量λ因而被数学地定义为：

(1)

当λ＝1时，是在化学计量空燃比下操作发动机，因为如能够从上面的等式(1)看到的那样，实际空燃比等于化学计量空燃比。对于λ＜1的A值，说成发动机处于浓裕模式。对于λ＞1，说成发动机处于稀薄模式。如能够从上面的等式(1)看到的那样，相比于化学计量模式，在稀薄模式中更多的空气用于燃烧。因而，尽管以稀薄模式进行操作是更期望的，因为这种模式产生较少量的有害和/或污染气体，但发动机输出动力的损失加剧。由于相对低的燃料消耗，稀薄模式操作也导致发动机的相对高效的操作。由于传统的汽油发动机通常不以稀薄模式运行，所以通常实现不了该相对高的效率。

效率指的是用于限定的发动机输出动力的燃料消耗。发动机越高效地运行，用于特定发动机输出动力的燃料消耗就越低。提高发动机的效率导致降低发动机的燃料消耗。换言之，发动机能够通过消耗一定量的燃料来产生特定的输出动力，而同一发动机在高效运行时能够在消耗较少燃料的同时产生相同量的输出动力。提高内燃发动机的效率的一个方法是以稀薄模式来运行发动机。

发明内容

本发明意在通过提供用于对双燃料发动机进行操作的装置、方法和系统，以及通过用于对发动机进行改装以将设计成利用第一燃料运行的发动机转换成能够也利用第二燃料运行的这种双燃料发动机的跨平台套件(cross platform kit)，来克服现有技术的前述缺点。

根据本发明，用于对使用第一燃料或第二燃料或者包括所述第一燃料和所述第二燃料的混合燃料的双燃料发动机进行操作的装置包括：处理器；燃料引入组件，该燃料引入组件由处理器控制并且安装到发动机上；空气泵，该空气泵联接于发动机，并且受处理器的控制以利用第二燃料或混合燃料使用质量控制优选地以稀薄模式及增压模式来操作发动机，并且方法包括使用处理器来控制联接于双燃料发动机的燃料引入组件和空气泵，以使用第一燃料来操作发动机以及以在第二燃料或者包含第一燃料和第二燃料的混合燃料被使用时，使用质量控制优选地以稀薄模式及增压模式来操作发动机，并且更进一步地，其中，由第二燃料与空气的燃烧产生的废气的焓少于由第一燃料与空气的燃烧产生的废气的焓。

根据本发明的系统包括其中处理器和燃料引入组件可以位于相同位置或者可以不位于相同位置的装置，并且跨平台套件包括处理器、空气泵和燃料引入组件，其中，处理器、空气泵和燃料引入组件安装在发动机上，使得处理器对空气泵和燃料引入组件进行控制，以使用第二燃料或混合燃料使用质量控制优选地以稀薄模式及增压模式来操作发动机。