[发明专利]改善的燃料利用

说明书

相关申请

本发明相关于并要求于2007年7月2日提交的美国临时申请号60/947,623和于2007年10月12日提交的美国非临时申请号11/871,743的优先权。

技术领域

本发明的实施方式涉及为发动机提供汽化的或液体燃料的领域，更特别地涉及气体和液体燃料系统，其中燃料混合物的各种参数可以被改变来提高给定的燃料加料的效率。

背景描述

在燃料进入汽缸之前汽化燃料可以产生改善的性能，特别是关于实质上改善的燃料经济性。申请人讨论了在蒸汽燃料系统的当前的专利和待审申请中关于蒸汽燃料系统的优点和各种发明(参见，美国专利NO.6,681,749；6,907,866；6,966,308；7,028,675和申请号11/465,792和11/421,698)。虽然这些专利和申请的某一些教导了“贫燃料(lean)”地运行发动机的优点(即，在大于约15比1的空气燃料比下)，它们还教导了在被设计以在当前的化学计量条件下运行的常规系统中改善燃料经济性，例如约14.7比1的空气燃料比。

更近一些，系统已经集中于在一旦燃料进入燃烧室时提高燃料加料的温度到达空气和燃料的混合物自动地点火的点。用这样的方式，典型级别的汽油开始点火的低端温度是约500°F。大多数系统通过增加压缩比例来达到这个必需的温度。这样的系统的实例包括受控的自动点火(Controlled Auto Ignition，CAI)和均质充量燃烧点火(Homogeneous Charge Combustion Ignition，HCCI)。这些系统具有一些缺点，不能很好地适合于处理瞬间时间，例如，加速或减速的时期。缺点之一可能来自对于给定的燃料加料的自动点火所需的温度的宽范围和多样性(例如，500°-1100°F)。例如，这些系统试图一次同时点燃全部加料。由于这一点，它们的温度一般被升高到接近温度范围的较高的端点。这种点火温度的宽范围与升高的点火温度组合可以容许燃料加料提前地点火，例如，在活塞到达上止点之前，可能引起效率的降低和可能的发动机损坏。反之，不升高的点火温度可能促成有助于更久的燃烧持续期的环境，其中具有较低点火温度的成分首先点火然后蔓延，如同森林火灾，穿过需要更高点火温度的成分。

另外，各种的这些系统可能还需要基本上稳态的条件来有效地起作用。例如，在HCCI模式中，没有打火花设备来触发燃烧事件。更确切些，燃烧单独地取决于汽缸内的条件，即，温度、压力、空气-燃料比(“AFR”)、燃料状况和废气再循环(“EGR”)。当自动点火并因而发生燃烧时，这些条件一般是变化的而不能控制。如果存在着这些条件的任一项的快速变化，例如，在快速地增加负载的期间，则燃烧事件变得不可预知。举例来说，当发动机增加它的每分钟转数(“RPM”)时，在汽缸内燃料加料改变状态的时间很少。这有效地降低了匹配燃料的密度和进气的密度的可能性，从而导致AFR失配。这种密度失配可能导致过早点火、可能的发动机损坏和无法接受的排放物。

申请人开发了技术来改善燃烧，从而在蒸汽和液体供料的系统中燃料经济性都被改善。在各种实施方式中，燃料(液体或蒸汽)和空气可以被独立地加热并控制每一种的密度。在混合空气和燃料时，在进入燃烧室之前或在燃烧室之内，14.7-1的空气-燃料比可以在提高的温度下保持。在各种实施方式中，提高燃烧前温度使得它接近而不达到给定燃料加料的自动点火温度，可以产生更有效的燃烧和能更好地处理过渡的系统。这可能归因于几个因素，包括燃料加料的均匀性、增加的火焰速度、增加的汽缸内温度、和/或遭遇的多个火焰前缘。在进一步的实施方式中，燃料经济性可以通过改变容许更好地控制燃料加料的燃烧的各种其他参数来改善。这些参数可以通过同时提高火焰速度和降低燃烧持续期来改善效率。

附图简要描述

根据以下的详细说明连同附图，本发明的实施方式将被容易地理解。本发明的实施方式通过实施例的方式、而不通过附图的图形中局限的方式来说明。

图1举例说明了根据本发明的各种实施方式的方框图；

图2举例说明了根据本发明的各种实施方式，在稀释燃料的数量和改善的燃烧的需求之间的关系的图形表示；

图3举例说明了关于各种燃烧事件的上止点的各种燃烧持续期的图形表示；

图4举例说明了在图3中分别举例说明的各种燃烧事件的汽缸内压力(“ICP”)的图形表示；

图5举例说明了流程图，其描绘了根据本发明的各种实施力式的燃烧操作；以及

图6举例说明了流程图，其描绘了根据本发明的各种实施方式的燃烧操作。

实施方式详细说明