CN101196147A - 内燃机的运行方法及燃料供给系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供内燃机的运行方法和燃料供给系统，其按更低的温度使汽油发动机(12)燃烧，以降低废气中的NOx量。其中，附设于汽油发动机(12)的燃料供给系统(10)具有收容汽油和乙醇的混合物的第1箱(40)，收容水的第2箱(42)，连接到这些第1箱(40)和第2箱(42)的微泡发生装置(44)，及连接到该微泡发生装置(44)的燃料喷射阀(46)。上述混合物与上述水一边供给在微泡发生装置(44)的作用下发生的微细气泡，一边混合。这样调制的混合燃料通过燃料喷射阀(46)喷射到与构成上述汽油发动机(12)的气缸体(16)连接的供给管(24)，与在该供给管(24)中流通的空气混合，供给到燃烧室(14)内。

Description

内燃机的运行方法及燃料供给系统
技术领域
本发明涉及一种内燃机的运行方法及燃料供给系统；该内燃机的运行方法通过在内燃机的燃烧室使混合燃料燃烧，对上述内燃机赋能，从而获得动力；该燃料供给系统用于将混合燃料供给到内燃机的燃烧室。
背景技术
由于近年来对环境保护的关心程度增大，所以，作为运行搭载于汽车的汽油发动机(内燃机)的燃料，正研究使用在汽油中混合乙醇的混合燃料。这是因为，当使用上述混合燃料运行汽油发动机时，与仅使用汽油的场合相比，废气中的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物(NOx)等显著减少，而且，乙醇为可自然分解的物质，所以，对环境的压力大幅度降低。另外，在使用使甘蔗属、玉米属等发酵而获得的所谓生物乙醇的场合，仅是使植物吸收的CO2返回到大气，所以，CO2的排出量也为零。而且，乙醇比汽油廉价，所以，还存在运行成本降低的优点。
以上为汽油发动机的场合，但关于使用轻油的柴油发动机，同样希望降低废气中的NOx等，从该观点出发，提出使用乳化燃料的方案(例如参照专利文献1、2)，该乳化燃料通过将乳化剂添加到轻油中使水分散而获得。即，在该场合，由水的气化潜热使燃烧室内的燃烧温度下降，结果，降低NOx等的发生量。
[专利文献1]日本特开2004-68666号公报
[专利文献2]日本特表平7-501373号公报
从专利文献1、2的记载可以想起，在汽油发动机中，通过将水添加到乙醇和汽油的混合燃料中，使燃烧温度下降，由此进一步降低NOx等的发生量。然而，即使在例如使1体积％的水混入到乙醇为10体积％的上述混合燃料的场合，也发生汽油与水的相互分离，与此相随，乙醇的大部分移动到水相。当发生这样的事态时，汽油的辛烷值、蒸馏特性等变化等，引起汽油的变质。
这样，用在汽油中混入水获得的燃料运行汽油发动机存在非常大的困难。相反，一般情况下，考虑到上述实际情况，应尽可能地避免水混入到汽油。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供一种内燃机的运行方法及燃料供给系统；该内燃机的运行方法可使含水和汽油的混合燃料燃烧；该燃料供给系统用于将上述混合燃料供给到内燃机的燃烧室。
为了达到上述目的，本发明的内燃机的运行方法通过在内燃机的燃烧室使混合燃料燃烧，对上述内燃机赋能，从而获得动力；其特征在于：
使用的上述混合燃料通过在混合装置使汽油和乙醇的混合物与水混合而调制成。
由混合装置不发生相分离地使上述混合物与水相互混合。乙醇为良好地混合到水和汽油双方的物质，这也促进该混合。结果，获得水、酒精、及汽油相互混合的混合燃料。
特别是在使用微泡发生装置作为混合装置的场合，微泡发生装置将取入的气体作为来源，在上述混合物(液体)中产生微细的气泡，与此相随，上述混合物和水被微细地分隔，成为粒状。这样，进一步促进混合。
包含于上述混合燃料的水在燃烧时吸热而气化。为此，燃烧室的燃烧温度下降，所以，随着混合乙醇，NOx的发生量进一步下降。即，按照本发明，通过使用含有水的混合燃料，从而可降低燃烧温度，这样，可进一步抑制NOx发生。
而且，乙醇和水都比汽油廉价，所以，燃料成本低廉化，进而内燃机的运行成本低廉化，为此，例如还存在搭载该内燃机的汽车的运行成本低廉化的优点。
也可先混合水与乙醇，形成为混合物，再将该混合物添加到汽油。即，本发明的内燃机的运行方法通过在内燃机的燃烧室使混合燃料燃烧，对上述内燃机赋能，从而获得动力；其特征在于：
使用的上述混合燃料这样调制而成，即，在混合装置中混合水与乙醇，调制混合物，将该调制成的混合物添加到汽油，从而调制成上述混合燃料。
在该场合，也与上述同样地获得相互混合了水、酒精、及汽油的混合燃料，所以，可降低燃烧室的燃烧温度。结果，可抑制NOx的发生。当然，燃料成本也低廉化。
在这里，最好设置检测上述内燃机的运行状态的检测器，根据来自该检测器的信息，在控制器的控制作用下调整混合物相对汽油的添加比例。这样，可避免燃烧室内的温度成为NOx大量发生的高温，或成为汽油未燃烧的低温。
另外，本发明的燃料供给系统用于将混合燃料供给到内燃机的燃烧室；其特征在于：
具有第1箱、第2箱、混合装置、及燃料喷射阀；
该第1箱收容汽油与乙醇的混合物；
该第2箱收容水；
该混合装置用于混合从上述第1箱供给的上述混合物与从上述第2箱供给的上述水，形成混合燃料；
该燃料喷射阀用于将上述混合燃料供给到内燃机的燃烧室。
通过这样构成，如上述那样，可容易地获得水、乙醇、及汽油不发生相互分离、相互大致均匀地混合的混合燃料。
当然，也可先混合水与乙醇，形成为混合物，再将该混合物添加到汽油。为了实现这一过程，本发明的燃料供给系统用于将混合燃料供给到内燃机的燃烧室；其特征在于：
具有第1箱、第2箱、第3箱、混合装置、控制阀、及燃料喷射阀；
该第1箱收容乙醇；
该第2箱收容水；
该第3箱收容汽油；
该混合装置用于混合从上述第1箱供给的上述乙醇与从上述第2箱供给的上述水，形成混合物；
该控制阀控制上述混合物的供给量；
该燃料喷射阀配置于上述控制阀的下游侧，用于将混合燃料供给到内燃机的燃烧室，该混合燃料通过将上述混合物与从上述第3箱供给的上述汽油混合而获得。
在该场合，最好设置检测上述燃烧室的运行状态的检测器和控制上述控制阀的开度的控制器。控制器根据来自检测器的信息对控制阀的开度进行控制。这样，混合物的流量得到控制，燃烧室内的温度被保持于适当的温度范围。
作为检测器的优选例，可列举出对冷却内燃机的制冷剂的温度进行检测的温度检测器。或者，也可为感应爆燃的发生的爆燃检测器。
在所有的场合，燃料喷射阀可设置到用于将空气供给到内燃机的燃烧室的供给管。或者，也可将燃料喷射阀设置到面临内燃机的燃烧室的位置。
按照本发明，当混合乙醇和汽油的混合物与水或乙醇与水时使用混合装置，所以，可获得水、乙醇、及汽油相互不发生相分离地混合的混合燃料。当使该混合燃料在内燃机的燃烧室中燃烧时，包含于该混合燃料的水吸热而气化。为此，燃烧室的燃烧温度下降，所以，可减少NOx的发生量。而且，由于在本发明中混合乙醇，所以，与仅使汽油燃烧的场合相比，NOx发生量显著减少。
即，按照本发明，可使用含有水的混合燃料，所以，可降低内燃机的燃烧室的燃烧温度。通过在这样的环境下燃烧，从而可进一步抑制NOx的发生。
而且，由于使用乙醇，而且还使用水，所以，可使燃料成本、内燃机的运行成本低廉化。
附图说明
图1为本发明第1实施形式的燃料供给系统的概略整体构成说明图。
图2为本发明第2实施形式的燃料供给系统的概略整体构成说明图。
具体实施方式
下面，关于本发明的内燃机的运行方法，按与用于实施该内燃机运行方法的燃料供给系统的关系列举优选的实施形式，参照附图详细进行说明。
图1为本发明第1实施形式的燃料供给系统10的概略整体构成说明图。该燃料供给系统10附设于作为内燃机的汽油发动机12。
首先，说明上述汽油发动机12的构成。
在该场合，汽油发动机12具有设置了燃烧室14的气缸体16和在上述燃烧室14内滑动的活塞18。在气缸体16的图1中的上方，设置进气口20和排气口22，在这些进气口20和排气口22分别连接供给管24和排出管26。
在进气口20设置可关闭·开放该进气口20的进气门28，另一方面，在排气口22也同样地设置可关闭·开放该排气口22的排气门30。
图1的附图标记32示出嵌合到图中未示出的曲轴的连杆，该曲轴用于使活塞18从上止点变位到下止点，或朝其相反的方向变位。另外，附图标记34为用于使后述的混合燃料燃烧的火花塞，附图标记36为水套。在该水套36，使用于冷却燃烧室14的作为制冷剂的冷却水在图中未示出的泵的作用下循环流通。
附设于这样构成的汽油发动机12的燃料供给系统10具有第1箱40、第2箱42、微泡发生装置44(混合装置)、及燃料喷射阀46；该第1箱40收容汽油与乙醇的混合物；该第2箱42收容蒸馏水(以下简称水)；该微泡发生装置44连接到这些第1箱40和第2箱42；该燃料喷射阀46连接到该微泡发生装置44。
在第1箱40中存积汽油与乙醇的混合物。在该场合，当设混合物为100体积％时，乙醇按10～23体积％的量混合。另一方面，在第2箱42中如上述那样存积水。
从第1箱40到微泡发生装置44架设第1送液管47，在该第1送液管47中途设置第1泵48和第1阀50。同样，也从第2箱42到微泡发生装置44架设第2送液管56，该第2送液管56在中途设置第2泵52和第2阀54。
微泡发生装置44为公知的装置，如记载于日本特开平8-230760号公报、日本特开2005-334869号公报那样，将取入的气体(例如空气)作为来源，在液体中产生直径0.01～0.1mm左右的微细气泡。即，上述混合物与上述水在气泡的发生下混合。
微泡发生装置44与上述燃料喷射阀46通过第3送液管58连接。在该第3送液管58的中途设置有第3泵60和燃料压力调整阀62。
另外，燃料喷射阀46的前端部可将混合燃料喷射到上述供给管24内地嵌入到该供给管24。
第1实施形式的燃料供给系统10基本上如以上那样构成，下面，按与汽油发动机12的运行方法的关系说明其作用效果。
在第1实施形式中，第1泵48和第2泵52被赋能，同时，第1阀50和第2阀54按预定的开度开放，这样，经由第1送液管47的汽油与乙醇的混合物和经由第2送液管56的水按预定的比例供给到微泡发生装置44。
接受了该3液混合物的微泡发生装置44以取入的空气作为来源，在上述3液混合物中产生微细的气泡。随着该气泡的发生，3液被微细地分隔，成为粒状。而且，在该场合，由于存在与汽油和水双方良好混合的乙醇，所以，还使水进一步混合到与汽油混合的乙醇中。根据以上那样的理由，水与汽油不发生相分离地混合，结果，调制成混合燃料。
然后，水与乙醇、汽油不发生相分离地混合的混合燃料在第3泵60的作用下，通过第3送液管58送到燃料喷射阀46，从该燃料喷射阀46，与在供给管24内流通的空气混合地喷射。此时，燃料压力调整阀62控制混合燃料的喷射压力。
混合燃料和空气随着进气口20开放而供给到气缸体16的燃烧室14中。当活塞18到达上止点时，由火花塞34点火而进行燃烧，与此相随，汽油发动机12产生动力。
如上述那样，在上述混合燃料中含有水。如公知的那样，当水气化时，从周围吸热。为此，燃烧室14内的温度上升幅度比使不含水的燃料燃烧的场合小。换言之，燃烧温度下降，结果，NOx的发生量减少。另外，还可避免由异常燃烧引起的爆燃。
即，按照第1实施形式，由于使用由微泡发生装置44获得的3液混合燃料，所以，可降低在燃烧室14内的燃烧温度。这样，NOx的发生量减少，同时，可避免爆燃的发生。
而且，水在3液中最为廉价，乙醇也比汽油廉价。为此，在使用将水和乙醇混合到汽油的混合燃料运行汽油发动机12的场合，与仅将汽油作为燃料运行的场合相比，还具有使运行成本低廉化的优点。
随着上述燃烧生成的废气在排气门30从排气口22离开时流入到排出管26，放出到大气。如上述那样，由于在该实施形式中使用包含水和乙醇的混合燃料，所以，与仅使用汽油的场合以及使用乙醇与汽油的混合燃料的场合相比，NOx等的量显著较少。因此，可显著降低对环境的压力。
下面，参照图2说明第2实施形式的燃料供给系统70。其中，对与图1所示构成部分相同的构成部分采用相同附图标记，省略其详细说明。
汽油发动机12与第1实施形式同样地构成。即，该汽油发动机12具有设置了燃烧室14的气缸体16和在上述燃烧室14内滑动的活塞18，在设于气缸体16的进气口20和排气口22分别连接供给管24和排出管26。当然，在各个进气口20、排气口22分别可变位地设置进气门28、排气门30。
另外，在第2实施形式中，在围绕燃烧室14的水套36的近旁设置水温传感器72(检测器)。如后述的那样，该水温传感器72检测在水套36内循环流通的冷却水的温度。
在第2实施形式的燃料供给系统70中，分别收容乙醇和水。即，在该场合，燃料供给系统70具有收容乙醇的第1箱74，收容水的第2箱76，收容汽油的第3箱78，连接到其中的第1箱74和第2箱76的微泡发生装置44，喷射通过混合来自该微泡发生装置44的混合物与汽油而获得的混合燃料的燃料喷射阀46。在该场合，燃料喷射阀46的前端部嵌入到气缸体16，使混合燃料直接喷射到燃烧室14中。
在第2实施形式中，从第1箱74到微泡发生装置44架设第1送液管84，在第1送液管84的中途安装第1泵80和第1阀82，同样，从第2箱76到微泡发生装置44架设第2送液管90，在该第2送液管90的中途安装第2泵86和第2阀88。另一方面，上述燃料喷射阀46通过第3送液管92连接到上述第3箱78，在该第3送液管92与上述微泡发生装置44间架设汇流管94。另外，在第3送液管92的中途，将第3泵96和第3阀98安装于汇流管94的上游侧，将燃料压力调整阀62安装于汇流管94的下游侧的中途。
在该汇流管94设置控制阀100。即，从微泡发生装置44导出的混合物经由控制阀100汇流到第3送液管92。
在以上构成中，上述控制阀100和上述水温传感器72通过电缆102、104电连接到作为控制电路的发动机控制装置(ECU106)。
这样构成的第2实施形式的燃料供给系统70的作用效果按与汽油发动机12的运行方法的关系进行说明。
在该场合，来自第1箱74的乙醇与来自第2箱76的水在微泡发生装置44进行混合。此时，与第1实施形式同样，随着微细气泡的发生，形成粒状的混合物。另一方面，在第3泵的作用下，从第3箱78供给汽油。
ECU106通过电缆104按预定的开度开放控制阀100，这样，使上述混合物从微泡发生装置44流通到汇流管94。在第3送液管92内，混合物在燃料压力调整阀62的上游侧与汽油汇合。
此时，混合液为由微泡发生装置44形成的粒状，所以，该混合液与汽油大致均匀地混合。结果，调制成水与汽油、乙醇相互混合的混合燃料。
这样获得的混合燃料通过按预定的开度开放的燃料压力调整阀62，按进气门28从进气口20离开时流过供给管24内的空气流入到燃烧室14内的时刻，通过燃料喷射阀46供给到燃烧室14内。
在该场合，出于与第1实施形式同样的理由，可在燃烧室14进行低温燃烧。因此，NOx量显著减少。
当乙醇与水的混合物相对汽油的添加比例过度增大时，燃烧室14内过度地成为低温。在该场合，有时汽油的一部分未燃烧。
然而，在第2实施形式中，用水温传感器72检测水套36的温度。当燃烧室14内过度地成为低温时，传到水套36内的冷却水的热量变少，所以，冷却水的温度也下降。在温度成为预先设定的阈值以下的场合，水温传感器72通过电缆102将“水温下降”的信号发送到ECU106。接收到该信号的ECU106通过电缆104发出减小控制阀100的开度的控制信号。
结果，混合物朝第3送液管92的流通量减少。即，混合燃料中的汽油的比例提高，为此，在燃烧室14内的燃烧温度上升。
相反，在燃烧室14内过度成为高温的场合，水套36内的冷却水的温度上升。水温传感器72在温度为预先设定的阈值以上的场合，也通过电缆102将“水温上升”的信号发送到ECU106。接收到该信号的ECU106通过电缆104发出增大控制阀100的开度的控制信号。这样，混合物朝第3送液管92的流通量增加，混合燃料中的汽油的比例降低，为此，在燃烧室14内的燃烧温度下降。
这样按照第2实施形式，还具有可将燃烧室14内的燃烧温度控制在适当的温度范围的优点。
而且，在上述第1实施形式中，将燃料喷射阀46嵌入到供给空气的供给管24，但也可与第2实施形式同样，嵌入到气缸体16。当然，在第2实施形式中，也可与第1实施形式同样地将燃料喷射阀46嵌入到供给空气的供给管24。
另外，在第2实施形式中，作为检测器，使用水温传感器72，但也可使用爆燃检测器。爆燃检测器也可为感应燃烧室14内的压力变化的气缸内压传感器。或者，也可为感应气缸体16的振动的振动传感器。在所有的场合，当ECU106从爆燃检测器接收到爆燃已发生的信号时，该ECU106进行开放控制阀100那样的控制。
另外，在第1实施形式中，也可设置上述那样的检测器，同时，电连接ECU106与第2阀54，相应于检测器检测出的汽油发动机12的运行状态，在ECU106的控制作用下控制第2阀54的开度，进而控制水的添加量。
另外，也可使用微泡发生装置44以外的混合装置。

Claims (9)

1.一种内燃机的运行方法，通过在内燃机的燃烧室使混合燃料燃烧，对上述内燃机赋能，从而获得动力；其特征在于：
使用的上述混合燃料通过在混合装置对汽油和乙醇的混合物与水进行混合而调制形成。
2.一种内燃机的运行方法，通过在内燃机的燃烧室使混合燃料燃烧，对上述内燃机赋能，从而获得动力；其特征在于：
使用的上述混合燃料这样调制而成，即，在混合装置中混合水与乙醇，调制形成混合物，将该调制成的混合物添加到汽油中，从而调制成上述混合燃料。
3.根据权利要求2所述的内燃机的运行方法，其特征在于：根据来自检测上述内燃机的运行状态的检测器的信息，在控制器的控制作用下调整上述混合物相对上述汽油的添加比例。
4.一种燃料供给系统，用于将混合燃料供给到内燃机的燃烧室；其特征在于：
具有第1箱、第2箱、混合装置、及燃料喷射阀；
该第1箱收容汽油与乙醇的混合物；
该第2箱收容水；
该混合装置用于混合从上述第1箱供给的上述混合物与从上述第2箱供给的上述水，形成混合燃料；
该燃料喷射阀用于将上述混合燃料供给到内燃机的燃烧室。
5.一种燃料供给系统，用于将混合燃料供给到内燃机的燃烧室；其特征在于：
具有第1箱、第2箱、第3箱、混合装置、控制阀、及燃料喷射阀；
该第1箱收容乙醇；
该第2箱收容水；
该第3箱收容汽油；
该混合装置用于混合从上述第1箱供给的上述乙醇与从上述第2箱供给的上述水，形成混合物；
该控制阀控制上述混合物的供给量；
该燃料喷射阀配置于上述控制阀的下游侧，用于将混合燃料供给到内燃机的燃烧室，该混合燃料通过将上述混合物与从上述第3箱供给的上述汽油混合而获得。
6.根据权利要求5所述的燃料供给系统，其特征在于：还具有检测上述燃烧室的运行状态的检测器和控制上述控制阀的开度的控制器；上述控制器根据来自上述检测器的信息对上述控制阀的开度进行控制，从而控制上述混合物的流量。
7.根据权利要求6所述的燃料供给系统，其特征在于：上述检测器为对冷却上述内燃机的制冷剂的温度进行检测的温度检测器，或为感应爆燃的发生的爆燃检测器。
8.根据权利要求4～7中任何一项所述的燃料供给系统，其特征在于：上述燃料喷射阀设置到用于将空气供给到上述内燃机的上述燃烧室的供给管上。
9.根据权利要求4～7中任何一项所述的燃料供给系统，其特征在于：上述燃料喷射阀设置到面临上述内燃机的上述燃烧室的位置。
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