CN101052800B - 一种用于控制内燃机的功率的方法 - Google Patents

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Abstract

内燃机(1)通过进气歧管(7)供应燃烧空气。节气门(11)控制进入燃烧室的空气量。设置燃料喷射器(9)，以向节气门(11)下游进气歧管(7)中的气流喷入液体燃料。汽化器(10)位于节气门(11)的上游。在轻载荷情况下，发动机所需的燃料大部分或全部都由汽化器(10)供应。结果，由节气门(11)控制的混合物包含一部分空气，一部分汽化燃料。从而，对于任何特定功率输出，节气门都比只由燃烧空气控制时的情形要开启得更大。因此，减小了在低功率输出时的泵气损失。在高功率输出时(通常在节气门(11)达到全开状态之后)，燃料由喷射器(9)供应，减少汽化器(10)的输出，使得更多的空气可进入气缸，以使通过喷射器(9)供应的液体燃料有效燃烧。本发明既可适用于汽油机，也可适用于柴油机。

Description

一种用于控制内燃机的功率的方法
技术领域
本发明涉及内燃机燃料系统，在优选实施例中，提供了改善经济性和/或提高单位功率输出的燃料系统。本发明既可应用于火花点燃式(Otto，奥托)发动机，也可应用于压燃式(柴油)发动机。
背景技术
汽油机通过下述方法工作：将压缩的空气燃料混合物吸入气缸，然后点燃从而产生动力。
过去，燃料空气混合物由化油器提供。现在，燃料系统通常是电控的，并具有一个或多个将燃料送入歧管和/或气缸的喷射器。
实际上，在点火时可燃混合物存在于的气缸中靠近点火器。结果，必须将混合物控制成在可燃界限内。因此，发动机吸入的空气量必须与燃料量相匹配。这可通过限制进气的节气门实现。
安装到几乎所有车辆的发动机尺寸都使得很少使用全功率，尤其是在城市交通中，发动机常常以其最大功率输出的一小部分运行。因此，发动机常常在节气门部分地关闭情况下运行。从而，当空气经过此障碍时，发动机会产生明显的泵气损失。该损失是在城市交通中，奥托发动机的燃料经济性低于柴油机的燃料经济性的原因。如果消除该损失，那么奥托发动机的经济性会提高到接近相似功率的柴油机的经济性。
过去，尝试过供应蒸汽形式的汽油而不是液体形式的，以降低泵气损失。因此，增加的流量允许节气门开得更大，从而减少泵气损失，提高经济性。但是，以蒸汽形式供应燃料也了限制了可吸入气缸的最大量，从而限制了最大功率。通过给任意给定尺寸的发动机安装汽化器(vapouriser)所获得的经济性与具有相同最大功率的、较小的传统地供应燃料的发动机所获得的经济性大致相同。因此，作为经济性装置，汽化器已经被弃用了。
发明内容
根据本发明，提供了一种方法，用于控制内燃机的功率，所述方法包括以下步骤：在内燃机的第一低功率操作阶段，向燃烧室供应空气和燃料的混合物，大部分燃料以燃料蒸汽的形式供应，通过逐渐打开燃烧空气控制装置以增大供应到燃烧室的空气量并且同时逐渐增大供应的燃料量，来增大内燃机的功率输出；和在内燃机的第二高功率操作阶段，保持燃烧空气控制装置在基本恒定状态中，通过供应增大量的液体燃料到燃烧室并且同时减小供应的燃料蒸汽量使得在此第二高功率阶段的最大功率下基本全部燃料都以液体状态供应，来增大内燃机的功率输出。
新概念的实质是将汽化器与传统燃料供应系统结合，以提供具有接近于柴油机的经济性的奥托发动机，同时保持奥托发动机最大功率输出。
在低功率时，所有燃料或大部分燃料都以蒸汽的形式供应，以允许节气门比传统地供应燃料的发动机打开得更大。随着功率需求的增大，节气门逐渐打开，直到节气门全开。当需要更高的功率时，节气门保持全开，并限制蒸汽的供应，以允许更多的空气进入歧管，并在歧管中供应液体燃料。从蒸汽至液体燃料的此转换渐近地持续，直到在最大功率情况下，通过节气门的进气只有空气，供应的燃料全为液体时。结果，在循环中的所有时刻，节气门都与传统地供应燃料的发动机打开得一样大或比之更大，并且最大可用功率与传统地供应燃料的发动机保持相同。
本方法可应用到现有车辆上，或结合到新的设计中。
取代使用汽化器完全为了提高经济性，其可设定为提高功率。当供应液体燃料时，由于汽化及混合的不好，并不是所有的燃料都燃烧。在最大节气门开度，除了液体燃料之外，还供应蒸汽燃料，会提高最大功率，假定蒸汽燃料仅取代不与燃料反应的空气。在传统的柴油机中，空气不通过节气门进入进气歧管，适量燃料在空气压缩后喷入气缸的热空气中。燃料量和喷射形式配比成当其与热空气混合时可自燃。结果，这种发动机不经历节气门泵气损失。但是，加热空气以足够自燃所需的压缩显著地增加了摩擦损失。
当燃料中的氢迅速燃烧，留下燃料中活性低的碳时，由于碳烟的形成而限制了柴油机的最大功率输出。由于在喷射之后，燃料与空气没有长的时间来混合，所以柴油机设计固有的不良燃料空气混合会部分地导致这种情况。
当需要高功率时，可使用汽化器来供应额外的预汽化燃料。一旦预混合燃料被喷射的燃料点燃就会有效地燃烧。结果，对于所需的工作使用具有较小摩擦的较小发动机，那么会提高相同发动机的最大可用功率，或者改善其燃料经济性。
附图说明
参考附图，通过对仅仅是示例性质的优选实施例的描述，会更加清楚地理解本发明，其中：
图1示出了包括本发明实施例的汽油供油的奥托发动机的示意图；和
图2示出了包括本发明实施例的压燃式柴油机的一部分的示意图；
具体实施方式
首先参考图1，示意性地示出了内燃机1的一部分。所示的部分包括气缸2，活塞3安装在气缸2中以往复运动。活塞3通过连杆(未示出)以传统的方式连接到曲轴上。气缸2由气缸盖4覆盖，进气门5和一个或多个排气门(未示出)安装在气缸盖4中。在气缸盖中还安装有点火装置，例如火花塞6。进气歧管7给进气门供应汽油/空气混合物。用于汽油/空气混合物的空气8从适当的过滤源获得，汽油从燃料喷射器9和/或汽化器(vaporiser)10获得，在下文中会更加详细地描述。节气门11位于汽化器10的下游及喷射装置9的上游。
使用中，在轻载荷至中载荷的情况下，从汽化器10以汽化汽油提供用于燃料/空气混合物的燃料。因此，由节气门11控制的混合物为空气与汽化汽油的混合物。为了供应充足的这种混合物，以便从发动机提供特定的功率输出，节气门11往往比如果汽油/空气混合物的燃料部分由位于节气门下游的燃料喷射器供应时其打开的程度大。
随着对发动机1功率需求的提升，节气门11逐渐地打开，直至全开。其后，如果需要额外的功率，那么通过节气门下游的喷射器9向歧管7喷入液体燃料。如果有必要的话，为了提供充足的空气以使额外的燃料有效燃烧，减少汽化器10的输出，从而允许流过节气门11的混合物具有更高的空气含量。在最大功率输出时，可设想到汽化器输出减小至零或接近于零，并且由喷射器9提供用于汽油/空气混合物的全部燃料需要。
汽化器10和喷射器9的精确的操作相位由发动机功率需求的性质、发动机的特定运行状况以及进气歧管的设计决定。在某些应用中，可能需要在节气门11达到最大开度之前，开始通过喷射器9喷射液体燃料。在这些情况下，可在节气门达到最大开度之前，减小汽化器的输出。关键的是，在发动机的低功率输出运行期间，向发动机供应的汽油/空气混合物所需的燃料的大部分(如果不是全部的话)将从汽化器获得，由此对于该发动机功率输出就允许节气门11以比较大的开度来操作，从而减少了通常与仅控制进气的节气门相关的泵气损失。
现在参考图2，示出了柴油机21的一部分。发动机21包括气缸22，活塞23安装在气缸22中以便以传统的方式往复运动。用于发动机的空气28从适当的过滤器供应到进气歧管27。通常对于柴油机来讲，进气歧管27不包括节气门。设有喷射器29，以将液体燃料(通常作为液滴的喷雾)喷入发动机的燃烧室。进气门25控制燃烧气到燃烧室的进入。
根据本发明，发动机21设有向进气歧管27供应汽化燃料的汽化器30。汽化器30供应的燃料量足以使得，当通过进气歧管27进入的燃料/空气混合物被活塞的运动压缩时，空气/燃料混合物会自爆。自爆将不会发生，直到通过喷射器29喷入燃烧室的液体燃料处于或接近活塞23的上死点中心位置。但是，一旦发生自爆，燃烧室内含有的燃料的总燃烧就会比所有燃料只通过喷射器29供给的情形更加迅速彻底。因此，在低发动机功率输出至中发动机功率输出时，汽化器30的存在会使燃料更有效燃烧。如在图1中实施例的情形，在更高的发动机输出时，汽化器30的输出会减少，使得由进气歧管27供应到燃烧室的混合物含有更多的空气。在极限状态下，禁止汽化器30向进气歧管27输送汽化燃料，使得纯空气通过进气门25进入燃烧室，发动机的全部燃料需求通过喷射器29喷射的液体燃料满足。
应当理解，尽管已经在单个气缸的说明中描述了本发明，但是本发明也适用于多气缸发动机，尤其是具有宽范围功率输出需求的发动机。通常，汽车用内燃机中会出现这种情形。但是，本发明不限于这种应用。

Claims (10)

1.一种用于控制内燃机的功率的方法，所述方法包括以下步骤：
在内燃机(1)的第一低功率操作阶段，向燃烧室供应空气(8)和燃料的混合物，大部分燃料以燃料蒸汽的形式供应，通过逐渐打开燃烧空气控制装置以增大供应到燃烧室的空气(8)量并且同时逐渐增大供应的燃料量，来增大内燃机(1)的功率输出；和
在内燃机(1)的第二高功率操作阶段，保持燃烧空气控制装置在基本恒定状态中，通过供应增大量的液体燃料到燃烧室并且同时减小供应的燃料蒸汽量使得在此第二高功率阶段的最大功率下基本全部燃料都以液体状态供应，来增大内燃机(1)的功率输出。
2.根据权利要求1所述的用于控制内燃机的功率的方法，其中燃烧空气控制装置是节气门(11)。
3.根据权利要求1或2所述的用于控制内燃机的功率的方法，其中燃烧空气控制装置的基本恒定状态是全开位置。
4.根据权利要求1或2所述的用于控制内燃机的功率的方法，其中供应燃料蒸汽的步骤包括通过汽化器供应燃料蒸汽。
5.根据权利要求1或2所述的用于控制内燃机的功率的方法，其中供应液体燃料的步骤包括通过燃料喷射器(9)供应液体燃料。
6.根据权利要求1或2所述的用于控制内燃机的功率的方法，其中液体燃料直接供应到燃烧室。
7.根据权利要求1或2所述的用于控制内燃机的功率的方法，其中在内燃机(1)的第二高功率操作阶段之后发生的第三功率阶段期间，额外的燃料蒸汽与液体燃料一起供应，使得燃料蒸汽仅取代在不供应所述额外的燃料蒸汽的情况下将不会与燃料反应的空气，导致更大的可用最大功率。
8.根据权利要求1或2所述的用于控制内燃机的功率的方法，其中所述内燃机(1)为奥托发动机，并且燃烧空气控制装置(11)在燃料蒸汽源(10)的下游位于进气歧管(7)中。
9.根据权利要求1或2所述的用于控制内燃机的功率的方法，其中供应液体燃料的步骤包括在燃烧空气控制装置(11)下游喷射液体燃料到进气歧管(7)中和/或直接到燃烧室(2)中。
10.根据权利要求1或2所述的用于控制内燃机的功率的方法，其中所述内燃机(1)是柴油发动机(21)。
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