CN101228342A - 用于汽油发动机直接喷射乙醇增强的优化燃料管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种用于增强火花点火汽油发动机操作的燃料管理系统。喷射器将诸如乙醇的抗爆震剂直接喷射到缸体内。优选地，所述直接喷射是在入口阀关闭之后发生。同样优选地，使用采用三元催化剂的理想配比操作来将排放降到最低。另外，同样优选地，抗爆震剂每单位燃烧能量的汽化热为汽油的至少三倍。

Description

用于汽油发动机直接喷射乙醇增强的优化燃料管理系统
相关申请案交叉参照
本申请案主张优先于2005年4月6日提出申请的美国专利申请案11/100,02，所述申请案以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于与火花点火汽油发动机一同使用的优化燃料管理系统，其中作为燃料的抗爆震剂直接喷射发动机缸体内。
背景技术
除了以上所述序列编号为10/991,774的专利申请案中所揭示的技术以外，还存在很多其他重要的用于优化通过直接喷射乙醇来增强爆震抑制以使发动机效率提高最大而使空气污染物的排放最小的方法。还存在其他用于通过乙醇浓操作在高负荷操作期间保护发动机及排气系统，且使成本、乙醇燃料使用及乙醇燃料存储要求最小的方法。本发明对这些方法进行阐述。
这些方法部分地基于使用我们开发的新型计算机模型从而可更加精确地计算可变乙醇辛烷值增强的效应。所述模型可确定直接喷射乙醇对不同喷射时间所发生的爆震及与进气口燃料喷射汽油的效应。其可确定直接乙醇喷射的汽化冷却对爆震抑制的有益效应。
发明内容
在一个方面中，本发明是一种针对火花点火汽油发动机操作的燃料管理系统，其包括汽油发动机及作为燃料的抗爆震剂来源。使用抗爆震剂可通过促进提高驱动循环内的发动机效率及替换汽油作为燃料来节省汽油。喷射器经设置以直接将抗爆震剂喷射发动机缸体内，且燃料管理控制系统对抗爆震剂喷射缸体进行控制以控制爆震。可通过来自传感器的信号来起始抗爆震剂的喷射。还可在发动机扭矩高于选定值或最大扭矩的一定份额时起始抗爆震剂的喷射，其中所述值或最大扭矩的份额取决于发动机速度。在优选实施例中，所述喷射器在入口阀关闭之后喷射抗爆震剂。优选地，抗爆震剂的汽化热至少为汽油的两倍，或每单位燃烧能量的汽化热至少为汽油的三倍。优选的抗爆震剂是乙醇。在本发明这个方面的优选实施例中，部分燃料通过进气口喷射，且所述通过进气口喷射的燃料是汽油。直接喷射的乙醇可与汽油或与甲醇混合。同样优选地，如果发动机以自然吸入的汽油操作，所述发动机能够在发动机发生爆震的压力的至少两倍的歧管压力下操作。当期望对爆震进行抑制时，驱动循环期间的适合最大乙醇份额以能量计是介于30％与100％之间。优选地，压缩比应至少为10。借助较高的歧管压力，可将发动机缩小二分之一且可使驱动状态下的效率提高30％。
优选地，在喷射抗爆震剂(例如，乙醇)的部分时间或全部时间期间，发动机以大体理想配比的空气/燃料比操作。在这个情况下，可使用三元催化剂减少来自发动机的废气排放。所述燃料管理系统可以开路或闭路模式操作。
在某些实施例中，使用非均匀的乙醇喷射。当期望非均匀乙醇分布时，可相对于下止点延迟乙醇的喷射。
本申请案余下的部分中将详细地阐述本发明很多其他实施例。
附图说明
图1是随着入口歧管压力变化避免爆震所需的乙醇份额(以能量计)的图表。图中针对不同的β值来显示乙醇份额，β是因涡轮增压(及后冷(如果使用的话))而引起的气动缸充气的温度变化与因涡轮增压器而引起的空气绝热温度增加的比。
图2a是对于3巴歧管压力的随曲轴角变化的缸体压力图表。
图2b是对于3巴歧管压力的随曲轴角变化的充气温度的图表。
图3是本文所揭示燃料管理系统的一个实施例的示意图，所述燃料管理系统用于通过计量/控制流入发动机的乙醇、汽油及空气来维持理想配比状态。
图4a及4b是有关从乙醇/汽油混合物中分离出乙醇的示意图解。
图5是使用汽油发动机的乙醇增压的车辆灵活性燃料箱的剖视图。
具体实施方式
乙醇的汽化热为汽油的两倍以上，每kg的燃烧热为汽油的约60％，且每单位燃烧能量的汽化热为汽油的接近四倍。因此，通过适合地直接喷射抗爆震剂，缸体空气/燃料充气的汽化冷却可非常地大。以下提及的计算机模型显示汽化冷却对爆震抑制可具有非常有益的效应。其显示通过在接纳进入缸体的空气及汽油的入口阀关闭之后喷射乙醇，可使所述有益效应最大。这种乙醇的迟后喷射可实现显著较高的压力操作而不会出现爆震，且因此可实现比过早喷射的情况更高效率的发动机操作。因此，迟后喷射相对于过早喷射的常规方法是优选的，之所以使用过早喷射是因为其可提供良好的混合。所述模型还提供可用于开路(亦即，使用预定信息而不使用反馈的控制系统)燃料管理控制算法的信息。
通过具备最高可能的爆震抑制增强的能力，可将从直接喷射乙醇所能获得的汽油发动机效率提高到达最大。这种能力可在需要时实现最高可能的扭矩量，且由此对于既定的压缩比可促进发动机尺寸缩小最大程度。
通过使用100％或接近100％的乙醇直接喷射可获得最大的爆震抑制。通过进气口喷射少量的汽油可是有益的，这通过提供更为均质的混合物来获得燃烧的稳定性。汽油的进气口燃料喷射还可使得不需要第二直接燃料系统或为两种燃料使用一组喷射器的更为复杂的系统。这可有助于将成本减少到最低限度。
驱动循环期间所使用的最大乙醇份额将取决于发动机系统的设计以及不同发动机速度下所期望的最大扭矩水平。以能量计，最大乙醇份额的代表性范围介于20％与100％之间。
为获得最高可能的辛烷值增强而同时仍保持燃烧稳定性，100％的燃料都来自乙醇可是有益的，其中一定的份额是通过进气口喷射来替代小份额的通过进气口加注的汽油。
通过针对不同状态下的爆震冲击开发一个计算机模型，已使通过直接喷射乙醇进入汽油发动机来抑制爆震的起始确定得到改善。所述计算机模拟可为燃料管理控制中的应用提供更为精确的信息。其还显示了获得比我们的早先计划更大的辛烷值增强的潜力。较大的辛烷值增强可通过更大地缩小尺寸及更高的压缩比操作来增加效率增益。其还可减少既定效率增加的乙醇使用量。
所述计算机模型将乙醇汽化效应及乙醇/汽油/空气混合物的活塞运动效应的物理模型与燃烧动力学的人工计算代码的状态组合在一起。燃烧动力学的计算代码是CHEMKIN 4.0代码[R.J.Kee，F.M.Rupley，J.A.Miller，M.E.Coltrin，J.F.Grcar，E.Meeks，H.K.Moffat，A.E.Lutz，G.Dixon-Lewis，M.D.Smooke，J.Warnatz，G.H.Evans，R.S.Larson，R.E.Mitchell，L.R.Petzold，W.C.Reynolds，M.Caracotsios，W.E.Stewart，P.Glarborg，C.Wang，O.Adigun，W.G.Houf，C.P.Chou，S.F.Miller，P.Ho，and D.J.Young，CHEMKIN Release 4.0，Reaction Design，Inc.San Diego，CA(2004)]中的发动机模块。所述CHEMKIN代码是一种用于解决复杂化学动力学问题的软件工具。这个新模型使用基于Curran等人的主要参考汽油燃料(PRF)机制[Curran，H.J.Gaffuri，P.Pitz，W.J.and Westbrook，C.K.″A Comprehensive Modeling Study of iso-Octane Oxidation，″Combustion and Flame 129：253-280(2002)]中的化学速率信息来代表自动点火的冲击。
使用发动机压缩比21的人工制品来模拟对燃料/空气混合尾气的压缩，从而代表发动机中实际压缩比为10的尾气的状态。尾气定义为75％(以质量计)的燃料燃烧之后剩余的未燃烧空气/燃料混合物。尾气最容易自动点火(爆震)。较大的压缩比包括由于75％不在尾气区域中的燃料燃烧时所释放的能量而引起缸体中压力升高的效应。取决于喷射的时间，直接乙醇汽化对温度的效应是由考虑汽化潜热对温度的效应来进行模拟。
其中还包括由于涡轮增压而引起温度升高的效应。由于涡轮增压而引起的温度升高是使用空气绝热压缩模型来计算。假设管道或中间冷却器内的传热会导致较小的温度升高。这个效应是通过假设进入缸体的空气充气的温度升高ΔTCHARGE为TCHARGE＝βΔTturbo来进行模拟，其中ΔTturbo是在压缩机之后由于增压而引起的温度升高，且β是常数。在所述模拟中已使用了0.3、0.4及0.6的β值。假设使用进气口燃料喷射汽油的自然吸气发动机的充气温度为380K。
图1显示上述计算机模型在不同的β值下关于随着入口歧管中压力的变化防止爆震所需的最小乙醇份额的预测。常规压缩比为10的发动机在入口歧管压力为3巴的情况下的歧管温度的对应计算显示于表1。充气的温度会随直接喷射的乙醇而变化且以自相一致的方式计算于表1及图1中。这些计算中所使用的发动机速度为1000rpm。
表1
表1是在不同β值下，压缩比为10的发动机在入口歧管压力为3巴的情况下防止爆震所需的温度及乙醇份额的计算机模型计算，β是因涡轮增压而引起的缸体空气充气温度变化与因涡轮增压而引起的绝热温度增加的比TCHARGE＝βΔTturbo。发动机速度为1000rpm。
β   0.3   0.4   0.6
充气起始温度蜗轮Δ温度中间冷却器之后的Δ温度由于DI乙醇及汽油而引起的Δ温度等效充气的起始温度汽油辛烷值防止爆震所需的乙醇份额(以能量计)     KKKKK   38018054-1033318774％   38018072-1113418782％   380180108-1323568797％
正常地，在入口阀关闭之前提早实施直接汽油喷射以获得燃料及空气的良好混合。然而，我们的计算机计算显示在入口阀关闭之后进行喷射可获得大大的益处。
在入口阀关闭之后进行喷射的情况下，空气的量是恒定的。因此，温度的变化是使用恒定体积(cv)的热容量来计算。其中接纳通到缸体的空气及燃料的阀仍然敞开的过早喷射的情况是使用恒压热容量(cp)来进行模拟。相比于恒压的情况，恒体积的情况会导致因汽化而造成充气的温度降低多降低约30％。更佳的汽化冷却可允许在较高歧管压力(其对应于更大的辛烷值增强)下操作而不会出现爆震，而在过早喷射情况下1巴以上的差即会出现爆震。直接喷射诸如乙醇及甲醇等燃料的情况与直接喷射汽油的情况相比，恒体积相对于恒压的汽化冷却效应的增加显著地高。
所述计算的典型结果显示于图2中。所述图式针对3巴的歧管压力及0.4的β值显示随着曲轴角变化的缸体充气压力(a)及温度(b)。其中选择了两个乙醇份额值，一个值导致自动点火且产生发动机爆震(以燃料能量计0.82的乙醇份额)而另一个值没有自动点火(亦即，没有爆震)(0.83的乙醇份额)。自动点火是一种临界现象，且在此情况下发生于0.82与0.83的乙醇份额之间。对于0.83的乙醇能量份额，在360°处(上止点)压力及温度升高很大程度上是因活塞对空气燃料混合物的压缩所引起。当乙醇能量份额减少到0.82时，温度及压力会由于自动点火而到达峰值。虽然图2中的自动点火大体发生在360度之后，但自动点火的定时对自动点火温度非常敏感(起始温度变化1K或乙醇能量份额变化1％会导致自动点火定时变化5个曲轴角度)。
抗爆震剂(此情况中是乙醇)的汽化冷却效应显示于表2中，其中对三种情况进行了比较。第一种情况是关于进气口燃料喷射乙醇。在此情况下，乙醇在歧管壁上的汽化对通到缸体的充气温度的效应可忽略不计，这是因为被冷却的歧管壁而不是空气充气。第二种情况假设的是直接喷射但入口阀敞开且汽化是在恒压下进行，其中充气的冷却可接纳通到缸体的额外空气。如先前论述，第三种情况是假设在入口阀关闭之后较晚的喷射。假设为理想配比操作，假设基线温度为380K，且假设涡轮增压器之后歧管中存在冷却，其中β＝0.4。
Table 2
表2是关于乙醇进气口燃料喷射及在入口阀关闭之前及之后的直接喷射的无爆震操作。压缩比为10，基线充气温度为380K，中间冷却器/后冷却蜗轮β＝0.4，理想配比操作，87RON的汽油。发动机速度为1000rpm。
  没有汽化冷却  阀关闭之前的汽化冷却 阀关闭之前的汽化冷却
乙醇份额(以能量计)最大歧管压力(巴)冷却后的缸体压力(巴)冷却之后的缸体充气温度(K)     0.951.051.05383     0.952.42.4360     0.954.03.0355
这些结果显示冷却的强效应。对于0.95的乙醇份额(以能量计)，进气口燃料喷射情况下防止爆震(没有点火延迟)的最大歧管压力为1.05巴。对于直接喷射乙醇，最大的无爆震歧管及缸体压力为2.4巴，其中充气的温度降低～75K。最后一种在入口阀关闭之后进行喷射的情况允许歧管压力为4巴，缸体压力(在冷却之后)为3巴，且充气温度降低120K。应注意，即使过早喷射情况允许进入额外的空气(在恒压下)，在阀关闭之后的迟后喷射情况下的扭矩实际上还是比过早喷射的情况高。为进行比较，还使用所述模型来计算在只进气口燃料喷射87辛烷值的汽油的情况下发生爆震的歧管压力。假设火花定时在MBT处(最大致动扭矩)，则所述压力为～0.8巴。通过延滞其中原本会发生爆震的高扭矩区域处的定时，常规汽油发动机可以1巴来操作。因此，所述模型显示在入口阀关闭之后直接喷射乙醇的汽化冷却效应可远大于相对于汽油来说辛烷数品级较高的乙醇的汽化冷却效应。
4巴的歧管压力是非常大胆的。表2显示通过在入口阀关闭之后直接喷射使系统性能得到巨大的改善。可用此情况下所改善的性能来换取增大的压缩比或抗爆震剂的使用减少。
应注意，如上所述，所述对自动点火(爆震)的计算是保守的，这是因为图2中所示情况的自动点火在所述循环中发生得相对较晚，且所述燃料可能在其自动点火之前已经燃烧。此外，应注意，图2中的计算在自动点火之后失效，这是因为压力曲线将与所假设的不同。可使用类似于图2的图式来确定不会发生自动点火的状态，且然后将那些状态用来提供图1的信息。图2中所示情况的起始温度对于0.82的乙醇份额是341K，对于0.83的乙醇份额为340K，相差1K(这个差是因乙醇的冷却效应而引起的)。
由于大的汽化热，所以过早喷射会有足够的充气冷却，因此乙醇的汽化率大大降低。通过相反地喷射热气体(其是在入口阀关闭之后进行喷射的情况)，相对于过早喷射，在乙醇完全汽化结束时的温度会大大升高，从而增加汽化率且使壁润数减小到最小。
为获得最佳的活化及近乎均质的充气，进行喷射的最佳定时是在入口阀关闭之后不久，只要充气对于抗爆震剂汽化充分地温暖。如果另一方面期望使用非均匀混合物来使乙醇需要减少到最少并改善点火稳定性，则相比于其中以最佳可实现混合为目标的情况，所述喷射应较晚地发生。
可通过使用类似于柴油的喷射方案(例如，具有多个喷束的喷射器)来优化在入口阀关闭之后的乙醇迟后喷射。重要的是快速地且以能将任何缸体壁润湿减少到最小的速度来喷射燃料，如下阐述，缸体壁润湿可导致润滑油从缸体衬套上除去。多孔喷嘴的多个喷束会导致喷射速度相对较低的分布式喷束图案。这对于乙醇尤其重要，因为同等的内能，乙醇的体积量较大(与汽油相比)。
在阀关闭之后进行喷射可需要适当份额的燃料(例如，25％)通过进气口喷射以实现所期望的燃烧稳定性。可引入翻腾状或漩涡运动以实现所期望的燃烧稳定性。通过进气口喷射的燃料可为汽油或可为乙醇。
针对只使用汽油的操作使用计算机模型得出了与汽油发动机车辆中所观测到的所发生爆震相一致的结果，由此为乙醇计划的可信度提供了支持。所述计算机模型显示，只对于压缩比为10的无爆震汽油操作来说，爆震对自然吸气汽油发动机所允许的歧管压力有严重的约束，且即使通过直接喷射汽油，也只能实现非常有限(例如，小于1.2巴)的歧管压力，除非使用活化延滞及/或浓操作。然而，这些改变可降低效率而增加排放。
图1显示在压缩比为10的发动机中可通过直接喷射份额介于40与80％之间的乙醇以大于2巴的歧管压力来防止爆震。要没有发动机爆震，所述歧管压力可至少为2.5巴。3巴的压力可允许发动机缩小到自然吸气汽油发动机的～1/3，而同时仍能产生相同的最大扭矩及功率。以上计算所显示的大增压可需要多级涡轮增压器。除了多级涡轮增压器以外，所述涡轮增压器可为双涡卷蜗轮类型以优化涡轮增压及减少由于缸体数量少而在入口歧管中产生的压力波动。
通过将发动机中所允许的歧管压力增加两倍，可将所述发动机缩小二分之一(亦即，缸体体积减小二分之一或更多)且压缩比可保持恒定或升高。例如，可通过四缸体发动机来实现八缸体发动机的性能。
在既定扭矩值下是否发生爆震取决于发动机速度。除了提供更大的最大扭矩及功率以外，还可使用直接喷射乙醇以通过减少或消除点火延迟来提供低发动机速度(小于1500rpm)下扭矩的显著改善。点火延迟通常与汽油发动机一同使用以防止低发动机速度下的爆震，其中相比于高速发动机速度的情况，自动点火在较低的扭矩值下发生。
可使用图1来确定在不同扭矩及马力水平下防止爆震所需的乙醇份额，其与既定大小的发动机中的歧管压力成份额。可在开路控制系统中使用所述信息。
汽油发动机在不同驱动状态下使用直接乙醇喷射增强的效率可比压缩比为10的自然吸气汽油发动机的效率高出至少20％且优选地至少30％。这种提高归因于显著的发动机增压及得到相同功率的尺寸缩小、以及由大的辛烷值增强所实现的高压缩比操作(为11或更大的压缩比)。借助更大胆地将尺寸缩小50％以上(其中不到一半的移位就可获得相同的发动机效能)，效率的提高可超过30％。
还可通过使用可变阀定时(VVT)减小发动机的辛烷值要求来获得更大的尺寸缩小及更高的效率。因此，在高扭矩的状态下，可使用可变阀定时以通过适当地改变入口及排气阀的敞开/关闭来降低压缩比。高扭矩下的效率损失对总体的燃料节省效应很小，因为发动机很少在这些状态下操作。
还可使用VVT来更好地清除废气[B.Lecointe and G.Monnier，″Downsizing aGasoline Engine Using Turbocharging with Direct Injection″SAE paper 2003-01-0542]。减少废气会降低空气/燃料的温度。鉴于入口歧管内的压力高于排气管的压力，所以可采用保持入口及排气阀二者敞开来从燃烧室中除去废气。这种效应加上缸体中浓度稍大的操作可导致增大避免爆震的效果，而同时所述排气仍为理想配比的。还可使用经冷却的EGR及火花定时调节来增大避免爆震的效果。
在低发动机速度下递送高发动机扭矩时的任何延迟都会减低车辆的驱动性。在这些状态下，由于发动机尺寸显著地缩小，所以车辆在低发动机速度下具有不足够的加速度，直到蜗轮产生高压为止。可通过使用乙醇直接喷射、通过减少点火延迟或浓操作中的乙醇/汽油及通过使用可变阀定时来除去所述延迟。
另一方法可为使用电辅助涡轮增压器。具备可短时期产生所需增压的单元。所述装置提供非常快速的响应时间，但其具有大功率的要求。
可使用多涡卷涡轮增压器来降低可能由经缩小发动机中缸体数量减少所导致的歧管内压力波动。
所述涡轮增压器下游的空气温度由于所述压缩过程而升高。使用中间冷却器可防止此温度升高增加发动机的辛烷值要求。另外，为使所述发动机在既定涡轮增压下的可用功率到达最大，对空气充气进行冷却可增加进入缸体内的空气质量，且因此产生更高的功率。
为使排放最少，发动机应大体全部时间或大部分时间以理想配比的空气/燃料比来操作以便可使用三元排气催化剂处理。图3显示三元排气处理催化剂10且显示维持其有效操作所需的大体理想配比的燃料/空气比所需的空气、汽油及乙醇控制。所述系统使用氧气传感器12作为电子控制单元(ECU)14的输入。ECU 14控制进入涡轮增压器16的空气量、汽油量及乙醇量以确保理想配比操作。在瞬时状态期间，使用来自所存储发动机图表(未显示)的开路算法以确定空气、汽油及乙醇流以保持发动机18的缸体中大体理想配比的燃烧。
因此，当使用可变乙醇辛烷值增强时，燃料管理系统需要调节空气、汽油及乙醇的量以使燃料/空气比大体上等于1。由于如果通过燃料管理所确定的空气/汽油比在乙醇喷射期间得不到纠正，则所述混合物便不再为理想配比的，因此需要额外的控制。相比于Stokes等人[J.Stokes，T.H.Lake and R.J.Osborne，″A Gasoline Engine Conceptfor Improved Fuel Economy-The Lean Boost System，″SAE paper 2000-01-2902]中的贫增压方法，使用三元催化剂的理想配比操作可产生非常低的尾管排放。
发动机操作图表中存在某些其中ECU 14可开路操作的区域，亦即，控制是由与发动机图表查找表的比较来确定的而并非由来自感测参数(此情况下是发动机爆震)的反馈来确定(闭路)。如先前所提及，瞬时状态期间的开路操作可是有利的。
另一种其中开路控制是有利的情况是在高负荷下，其中可需要燃料浓状态(其中燃料/空气比大于理想配比)来降低燃烧温度且由此保护发动机及排气系统(尤其是在延长的操作期间)。汽油引起车辆中的常规方法是使用增大的燃料/空气比，亦即，在浓状态下操作。存在车载乙醇可允许有两种选择。第一种选择是使用超过控制爆震所需的乙醇燃料份额。由于直接乙醇喷射的高汽化冷却效应，因此即使在理想配比的状态下，也可将燃烧温度降低一个大于只使用汽油所能获得的量。第二种选择是如常规应用中那样在浓操作中使用增多的燃料加注(其可导致相对空气/燃料质量比低达0.75，其中理想配比混合物的相对空气/燃料比为1)。所述控制系统可在两种燃料(乙醇及汽油)之间进行选择。乙醇使用的增多可好过汽油使用的增多，因为其排放物对环境的损害小于汽油及浓操作的量降低，从而可实现所需要的温度控制。使用汽油及乙醇二者的开路操作可需要对发动机的“查找表”作出大量的修改。
因此，一种操作发动机的方法是在部分负荷的状态下进行只使用汽油的闭路操作。随着发动机负荷增大，发动机控制系统可使用查找表改到开路操作。
所述发动机的闭路控制可为如下：爆震传感器(未显示)确定所需的乙醇份额，而氧气传感器12确定总的燃料量。这种方案的一个变型是使用查找表来操作爆震控制开路以确定乙醇/汽油比，而操作闭路来确定总的燃料量。
为使乙醇(其具有相对较低的沸点)的蒸汽排放到达最少，可向所述乙醇添加溶剂以使这个效应最小。一种替代的方法是在乙醇箱与大气之间放置捕获乙醇且在发动机操作时释放乙醇的吸收罐。
由于乙醇较大的冷却效应，所以一段时间以来人们已经知道发动冷的发动机是困难的(例如，在前30秒期间)。借助多重燃料，可在不添加乙醇的情况下发动发动机。汽油比乙醇容易汽化，且使用进气口燃料或直接喷射的汽油的常规操作可较容易地发动发动机。可使用比普通所用份额大的汽油份额以便在发动机操作的前30秒期间能够容易进行发动操作。
由于缩小发动机尺寸、通过在最高扭矩值处使用100％或接近100％的乙醇而得以提高的效率具有需要较高乙醇份额的非理想效应。因此，当期望实现最大效率增益时，使用非均匀乙醇分布来使这些扭矩值处的乙醇使用到达最少变得更具吸引力。
在某一扭矩及增压压力值以下，使用非均匀乙醇分布以减少所用乙醇的量可是有利。在某一扭矩或涡轮增压器或增压器增压压力以上，就不使用非均匀充气，因为发动机很大部分是依靠乙醇来操作，且乙醇的非均匀不能用于使乙醇消耗到达最小。如果所期望的乙醇高于50％，则这尤其重要。
可通过某些乙醇喷射的几何结构来实现通过乙醇在缸体中的非均匀分布来使乙醇使用到达最小的能力。可将乙醇喷射到漩涡充气的周边。为将乙醇的壁润湿减到最小，方便地，以乙醇喷射与充气漩涡运动相匹配的方式来进行喷射。因此，所述喷射方向相对于缸体的主轴线以一定的角度定位，从而以一定的角方向分量来喷射乙醇。可通过温度分层来维持漩涡情况下的充气分层，其中较冷(及较密)区域在周边处，其对应于尾气区。
在缸体中提供乙醇非均匀分布的替代或额外方法是相对于下止点相对较晚地喷射乙醇。因此，乙醇输送及扩散的时间被减到最小。然而，应为乙醇的完全汽化留出充分的时间。因为在下止点(BDC)之后温度较高，所以汽化时间减少，且乙醇很少可能会湿润缸体壁。还可使用产生小液滴的喷射器来实现对乙醇汽化的改善。所述喷射器可为具有相对较窄引导喷流的单喷束图案喷射器。这种类型的喷流可优化乙醇在所期望区域中的沉积。
在缸体中(在缸体的外部区域中)形成非均匀乙醇分布具有两个优点。第一个优点是可增加对具有自动点火(爆震)倾向的区域(尾气区域)的冷却效应。第二个优点是中央区域不会被冷却，从而改善点火及起始火焰的传播。优选地，将所述中央区域保持在热状态，因为可通过减少燃烧时间及尾气预燃烧化学过程的时间在火焰传播早期具有快速的火焰速度。使燃烧时间减到最短可减小爆震的倾向，因为如果尾气在自动点火之前燃烧完，则不会发生爆震。因此，即使在汽油均匀散布在整个缸体中的状态下，也可具有空气/燃料混合物的良好点火性质。
分层式操作可使充气冷却局部增大。这是因为所喷射的乙醇只冷却小份额的充气，且因此对于既定量的乙醇，分层操作的温度局部降低与均匀乙醇分布的平均温度降低要大。迟后喷射可帮助非均匀空气/乙醇混合物的形成，因为混合时间有限。由于一定份额的汽油是通过进气口燃料喷射的，所以可假设所述燃料均质地分布在缸体中，但乙醇择优地处在较冷边缘内(尾气)。因此，尽管总体的空气/燃料充气是理想配比的，然而局部地，在火花附近较贫，而在尾气区域中较浓。这两个状态都是有利的，因为点火发生在温度较高的区域中(尽管稍微较贫)，同时外侧较浓且较冷，这二者都是抑制爆震的因素。
在漩涡或翻腾分层空气燃料充气在中央处具有热空气/汽油且在尾气中具有较冷空气/乙醇或空气/乙醇/汽油混合物的情况下，有利地，将火花置于热空气/汽油混合物区域(大体在燃烧室中央的附近)中。
如果汽油也是直接喷射，则可将乙醇的消耗降到最低。在此情况中，汽油的汽化热还有助益降低缸体内充气的温度。可使用一组单独的喷射器来喷射汽油。这可提供最大的灵活性。然而，在缸体盖中的有限空间内，每缸体安装两组喷射器可能有困难。一种替代方法是提供单组喷射来喷射乙醇及汽油二者。可能有两种选择，一种选择是单个喷嘴及阀(汽油及乙醇共同喷射)，而另一种选择是每种燃料具有单独的喷嘴及阀。
使用汽油及乙醇二者的直接喷射具有增大成本的缺点。除一个或多个复杂的喷射以外，还需要第二高压燃料泵。乙醇及汽油还需要共用的平行压力通风系统。
当使用单个喷嘴时，乙醇及汽油以相同的方式分布在缸体中。在使用单个喷嘴及单个阀的情况下，需要在喷射器的阀/喷嘴部分之前混合所述燃料。此可在喷射器外侧或在喷射器体内完成。应使混合点与喷嘴之间的体积最小以实现快速的响应。
以上实施例的稍微修改涉及具有两个阀但单个喷嘴的喷射器。除了使混合点与阀之间的体积最小以外，这可最小化对用于控制汽油/乙醇混合物的喷射器外侧的第二阀的需要。
可针对单个喷射器内的每一种燃料使用单独的喷嘴/阀。在此情况下，可将汽油及乙醇沉积在缸体的不同区域中。额外的优点是可为乙醇及为汽油提供不同的喷束图案。这可提供最灵活的系统(相比于两个单独的喷射器)，其可能同时或不同步地喷射变化份额的乙醇/汽油，且能够将乙醇及汽油沉积在充气的期望位置中，以获得乙醇在缸体内的最优非均匀分布。最优的分布意味着可避免爆震而乙醇消耗最少，而同时可维持发动机的驱动性。可通过将汽油沉积在中央及通过将乙醇择优地沉积在缸体周边来获得最优的非均匀乙醇分布。通过直接喷射，这可更容易地实现，此与通过在入口歧管内非均匀喷洒来实现非均匀的汽油分布相反。由于汽油的汽化热比乙醇低得多(以能量计少于4倍)，所以火花附近区域内的冷却效应较小，从而对起始火焰传播的效应较小。另外，相对于汽油10.延滞乙醇的喷射可是有益的。
当乙醇耗尽时，发动机可以“唯较低性能汽油”模式来操作，其中涡轮增压器降低增压(例如，通过废气旁通阀)且消除或避免最大扭矩水平下的操作。这些状态可具有限制性，且在某些情况下，期望使用在较高负荷下操作车辆的方法。这可通过用汽油直接喷射(GDI)来使用乙醇系统中的汽油，而同时进气口燃料喷射一定份额的汽油来实现。在这些状态下，发动机将在较高负荷及较高扭矩下操作，但仍远低于乙醇所能实现的负荷及扭矩。只能获得直接喷射燃料的冷却效应，这是因为直接喷射的燃料与通过进气口喷射的燃料(在两种情况下都是汽油)具有相同的辛烷值。
如果乙醇燃料箱内的乙醇与汽油燃料箱内的汽油的比低于预定值(由于乙醇的缺乏或可用性或出于某一其他原因)，则可改变发动机操作状态以使驱动循环内的乙醇/汽油消耗比降低。此可完成以减少在既定发动机速度下发动机中所能使用的最大乙醇份额。可对应地减少所允许的涡轮增压、最大压力、扭矩及马力来防止爆震。以此方式，可实现乙醇/汽油消耗率与最大扭矩与马力之间的连续权衡调整。
通过对最近乙醇/汽油使用及汽油与乙醇的量进行适当的专家系统评估，可提供将对“唯低性能汽油”模式的需要降到最低的方法。当箱内剩余量在预定水平以下时，可限制抗爆震剂的使用，以使主燃料将在乙醇之前或与乙醇同时耗尽。在那些其中所期望的车辆操作不受抗爆震剂耗尽的限制的状态下，可期望安放开关以使操作者可忽略这些限制。
在驱动循环内，充分增强辛烷数以使效率增加至少25％所需的乙醇量(以能量计)在没有乙醇分层的情况下将小于燃料(乙醇+汽油能量)的15％，而在乙醇分层的情况下小于5％。
已证明，可通过分馏在车上对乙醇和柴油进行分离，以供在乙醇排气的后处理催化剂中使用[″Fuel-Borne Reductants for NOx Aftertreatment：Preliminary EtOH SCRStudy″，John Thomas，Mike Kass，Sam Lewis，John Storey，Ron Graves，Bruce Bunting，Alexander Panov，Paul Park，presented at the 2003 DEER(Diesel Engine EmissionsReduction]Workshop，Newport RI August 2003]。可将所述方法用于从汽油混合物中车载分离出乙醇。然而，使用隔膜分离可比较简单及比较便宜。虽然存在关于使用隔膜来从水中分离出乙醇的信息，但根据我们的知识，目前还没有关于从汽油中隔膜分离出乙醇的信息。由于乙醇分子大约为4埃而典型碳氢化合物燃料分子要大得多，所以可使用隔膜来进行分离。有机和无机的隔膜都可使用。由于没有必要获得高纯度的乙醇，所以所述过程相对较简单且需要低的压力。
多孔及输液隔膜二者都可使用，这是因为具有两个碳原子的乙醇具有显著不同于大多数其他具有5-10个碳原子的汽油化合物的性质。其他本文所涵盖可用于本发明的抗爆震剂相对于汽油也具有少量的碳。例如，甲醇具有一个碳。隔膜方法可比蒸馏或吸收/解吸收方法(参见IIyama等人的第6,332,448号美国专利)简单得多，蒸馏或吸收/解吸收被建议用来分离碳原子数相差不多的不同汽油/柴油燃料。
隔膜的位置可在燃料线中的高压区域内(泵的下游)或在其上游。如果其位于下游，则分离只在发动机操作及泵运行时发生，而如果其在上游，则分离可连续发生。泵下游的燃料压力是几个巴(这是进气口燃料喷射所特有的)。此将与乙醇系统的压力区分开，乙醇系统是直接喷射且因此需要高得多的压力。
将分离的乙醇输送到单独的存储乙醇的箱。如果有太多的乙醇，则有三种选择：1)停止额外的分离；2)在发动机中使用某些乙醇，即便不需要；3)将乙醇返回至主汽油箱。
所述箱应为可接近的，以便能在需要时引入额外的乙醇，(例如，当在高温下进行牵引时、或当进行大范围爬坡时、需要高扭矩下的操作及以高于从燃料提取的速率长时期地消耗乙醇的状态。
从汽油中提取乙醇可具有使剩余燃料辛烷值减少的意想不到的效应。因此，可能需要增加一些所喷射乙醇的使用来防止爆震。即使在乙醇没有非均匀分布的情况下，在正常的驱动状态下，也可对所述系统进行设计以使从燃料提取的乙醇量与所需要的乙醇相匹配。
在加油站从汽油/乙醇化合物中分离乙醇也是同样有利的。如同车载分离一样，这个方法也允许使用目前的燃料输送基础设施。潜在的优势可在于选择燃料系统时有更大的灵活性且相对于车载分离成本较低。其在乙醇增压发动机车辆引入阶段中尤其有意义。
具备调节乙醇箱体积的能力可是有益的，由此可改变乙醇箱中最大的乙醇量。这种能力可使得驾驶更长的乙醇重新加注之间的距离，且取决于乙醇及汽油的可用性及成本在驱动循环内可以不同的汽油/乙醇比来操作。在某些情况下，使用比提供所期望辛烷值增强所需更多的乙醇可是有利的(例如，满足替代燃料或减少CO2的目标)。人们期望具备这种能力而不增加燃料箱的总尺寸。可使用具有将可变量的汽油及乙醇分离开的隔膜或板的单个燃料箱来实现这个目标。
所述箱可经配置而具有水平或垂直可移动/可变形壁，所述水平或垂直可移动/可变形壁大体上不可渗透且将填充有汽油及乙醇的区域分开。如图4a及b中所示，每一区域都包含单独的填充进气口及燃料线路。汽油与乙醇(或其他抗爆震剂)之间的分离不必是完全的分离，因为少量的一种燃料泄漏进入另一种燃料不会负面地效应车辆的操作。所述壁可响应于所述箱中任一种燃料的量而移动。在分离隔膜的情况下，这个过程是自动的，且后者可更加不会受到从一种燃料泄露到另一种燃料的效应。
乙醇比汽油密度大。所述可移动/可变形壁可经放置以便乙醇位于汽油顶部上或位于汽油下方。然而，如图5中所示，由于预计相比于汽油需要较少的乙醇，所以所述优选实施例具有位于汽油上方的乙醇。
如果存储乙醇以使其与汽油分开，则可将其与不同添加剂混合以确保所期望的乙醇喷射系统的操作。另外，可使用汽油-乙醇混合物(例如，E85(其包含以体积算15％的汽油))。润滑添加剂包括脂肪酸、有机胺盐(酸式磷酸酯和聚环氧乙烷酸式磷酸酯的胺盐)、烷基和芳基酸式磷酸盐及烷基膦酸二烷基酯。
所述模拟计算显示，对于直接喷射酒精，爆震抑制的较大效应并非为燃料抗爆震剂的本身爆震抵抗，而相反是其高的汽化热。为评估乙醇的替代物，表3显示了所提出的燃料抗爆震/替代燃料的性质。虽然这些添加剂的其中某些具有高于汽油的辛烷数，但其中某些对缸体充气温度的效应更大(表3假设在入口阀关闭之后进行喷射)。这些添加剂(大多为乙醚)的其中某些与汽油直接喷射具有相当的充气温度效应，且因此意义不大。酒精对于此应用具有最优的性质，其中温度变化是由于汽油直接喷射而引起温度变化的三倍或以上。对于乙醇，温度变化比汽油的温度变化大4倍或以上，且对于甲醇，所述变化比汽油大约9倍。空气的温度降低随着燃料中氧气的量(根据O/C比)的增加而增加。因此，O/C比为1的甲醇最高，乙醇第二，等等。
表3
表3是关于不同燃料的抗爆震性质(根据在SAE standard J 1297 AlternativeAutomotive Fuels，Sept 2002中获得的数据计算而来)
燃料类型 化学式 RON  MON   (R+M)/2 净燃烧热MJ/kg 汽化潜热MJ/kg 汽化能量/燃烧热 理想配比的空气/燃料比 等效汽化潜热MJ/kg空气 ΔT空气
汽油乙基叔丁基醚叔戊基甲基醚甲苯甲基叔丁基醚二异丙醚叔丁醇异丙醇甲醇与助溶剂乙醇甲醇 CH3CH2-O-C(CH3)3C2H5C(CH3)2-O-CH3C7H8CH3-O-C(CH3)3(CH3)2CH-O-CH(CH3)2(CH3)3C-OH(CH3)2CHOH50％甲醇/TBACH3CH2OHCH3OH 118111111116110103118114129133 102989510397919896102105 11010510311010397108105115119  42.836.336.340.535.238.232.930.426.526.720.0  0.300.310.320.360.320.340.600.740.880.911.16  0.0070.0090.0090.0090.0090.0090.0180.0240.0330.0340.058 14.612.112.113.511.712.111.110.48.896.4  0.0200.0260.0270.0270.0280.0280.0540.0710.1000.1020.181 -28-35-36-37-37-39-74-97-137-138-246
表3中还显示汽化热与燃烧热的比-当用作抗爆震剂时潜在效应的度量。这个参数给出既定扭矩水平下汽化冷却量的度量。最后一项ΔTair是测量在入口阀关闭之后进行喷射的理想配比混合物的空气温度的降低。虽然明显地通过使用甲醇可使所述效应增到最大，但其他考虑因素可能使得乙醇成为优先选择。甲醇具有毒性及腐蚀性。
含水乙醇(具有少量的水)具有成本比纯(净)乙醇低的优点。从乙醇中除去最后10％到15％的水，费用会很大且会消耗大量的能量。通常，制造设备是生产带有以体积算10％的水的乙醇，除非需要本质纯净(无水)的乙醇。使用带有以体积算浓度为5％到15％的乙醇可是有利的。
通过使用闭路方法来识别发动机爆震，可使用灵活的汽油级别(具有不同的辛烷品级)及灵活的防爆震燃料级别。开路系统将需要对抗爆震添加剂的质量进行测量。类似地，开路系统将需要确定燃料的质量(辛烷数)。闭路操作允许当能获得时使用较不昂贵的汽油，从而部分地补偿较贵的抗爆震剂。还可根据其可利用性来使用不同的抗爆震燃料，例如，在生产及加工玉米的地区，使用乙醇，而在那些具备乙醇生产能力的地区，使用甲醇。因此，可使用可获得的最便宜级别的汽油及最便宜的抗爆震燃料，从而可降低操作车辆的成本以及增加抗爆震燃料的可用性。
虽然以上讨论将乙醇作为例示性抗爆震剂的特征，但可将相同的方法应用于其他的高辛烷值燃料及具有高汽化能量的燃料添加剂，例如，甲醇(每单位燃料具有较高的汽化能量)及其他抗爆震剂，例如，异丙醇、叔丁醇、或醚(例如，甲基叔丁基醚(MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)或叔戊基甲基醚(TAME))。使用这些燃料及添加剂彼此的及与乙醇的各种混合物可是有利的。
尤其在本发明的介绍阶段期间，可通过使用诸如1加仑容器的容器来实施乙醇的加注。为方便容易地进行燃料的加注，可将可膨胀管及漏斗建造在车辆的乙醇燃料箱内。
这些容器中的乙醇将经过变性处理以防止人将其当作酒精饮料，且可包含上述的添加剂。以燃料出售的乙醇(例如，在巴西)通过小份额的汽油(2％)来改性(汽油只是改性剂(甲醇，异丙醇及其他)的其中一种)。
可在某些特定的地点(例如，油站)进行所述容器的回收。
由于燃料管理系统使用来自爆震传感器的信号来确定何时必须使用乙醇或其他抗爆震剂或在驱动循环中的不同时间处必须使用多少乙醇或其他抗爆震剂来防止爆震，所以可使用所述燃料管理系统将所述驱动循环内所消耗的乙醇或其他抗爆震剂的量减到最小。如果有充分的乙醇或其他抗爆震剂可供使用，则还可使用所述燃料管理系统以使用多于需要的乙醇来防止爆震。这可更大限度地节省汽油(用乙醇替代汽油所节省的汽油部分将会增大)且可减少二氧化碳。在此情况下，可期望以在驱动循环期间变化或恒定的抗爆震剂份额来操作。
本说明书中所引用的全部参考内容均以全文引用的方式并入本文中。
应认识到，所属领域的技术人员将易于得出本文所揭示的本发明的修改及变化形式，且所有此等修改及变化形式均包含于随附权利要求书的范畴内。

Claims (51)

1.一种用于火花点火汽油发动机操作的燃料管理系统，其包括：
火花点火发动机；
汽油来源；
作为燃料的抗爆震剂的来源；
喷射器，其用于将所述抗爆震剂直接喷射到所述发动机的缸体内；及
燃料管理控制系统，其用于对所述抗爆震剂向所述缸体内的喷射进行控制以控制爆震，其中所述抗爆震剂每单位燃烧能量的汽化热为汽油的至少三倍。
2.一种用于火花点火汽油操作的燃料管理系统，其包括：
火花点火发动机；
汽油来源；
作为燃料的抗爆震剂的来源；
喷射器，其用于将所述抗爆震剂直接喷射到所述发动机的缸体；及
燃料管理控制系统，其用于当发动机扭矩在选定值或最大扭矩的一定份额以上时，对所述抗爆震剂向所述缸体内的喷射进行控制，其中最大扭矩的所述值或份额是发动机速度的函数。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中所述在驱动循环期间使用的最大抗爆震剂能量份额介于30％与100％之间。
4.如权利要求1或2所述的系统，其中所述抗爆震剂的直接喷射发生在入口阀关闭之后。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述抗爆震剂是乙醇。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述乙醇的汽化对爆震抑制的效应大于较高辛烷值乙醇的效应。
7.如权利要求5所述的系统，其中所述燃料的一部分是进气口喷射，且所述燃料的所述部分是乙醇或汽油。
8.如权利要求5所述的系统，其中乙醇的直接喷射用于减少在低发动机速度及高发动机扭矩下对点火延迟的需要。
9.如权利要求5所述的系统，其中所述乙醇与汽油混合，如在E85中，或与甲醇混合。
10.如权利要求5所述的系统，其中相对于可使用在所述入口阀关闭之前的过早喷射获得的爆震燃料压力，在所述入口阀关闭之后的喷射可将所述发动机能在没有爆震的情况下操作的歧管压力提高至少0.5巴。
11.如权利要求5所述的燃料管理系统，其中所述抗爆震剂在压缩行程中相对迟后喷射(在下止点之后，且接近上止点)以利用来自所述压缩行程的高温使所述抗爆震剂快速地汽化。
12.如权利要求1或2所述的系统，其中对于具有10或以上压缩比的发动机，可在大于2巴的歧管压力下防止爆震。
13.如权利要求1或2所述的系统，其中查找表用于提供不同扭矩及/或马力值下的防爆要求以供在开路控制系统中使用。
14.如权利要求1或2所述的发动机系统，其中所述发动机以至少为2的因数减小尺寸。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述效率增益大于20％。
16.如权利要求14所述的发动机系统，其中多涡卷涡轮增压器用于降低所述入口歧管中因缸体数量减少所致的压力波动。
17.如权利要求2所述的系统，其中所述抗爆震剂是乙醇，且其中对每次循环每个缸体的空气、乙醇及汽油的量进行控制以实现大体理想配比的燃料/空气比率。
18.如权利要求17所述的系统，其中三元催化剂用于减少来自所述发动机的废气排放。
19.如权利要求17所述的系统，其中所述控制系统在高负荷下使用乙醇、汽油及空气来开路操作，但在低及部分负荷下使用汽油及空气进行操作时就使用闭路。
20.如权利要求17所述的系统，其中所述乙醇/汽油份额是通过使用由爆震传感器提供的信息的闭路反馈来控制，且所述空气/燃料混合物是由氧气传感器来控制。
21.如权利要求17所述的系统，其中在瞬时状态期间，所述控制系统通过使用查找表来开路操作。
22.如权利要求17所述的系统，其中在高负荷下，所述发动机以大于爆震控制所需的乙醇燃料份额来操作，以降低所述燃烧的温度以保护所述发动机、所述涡轮增压器、所述催化剂及其他系统。
23.如权利要求17所述的系统，其中在持续高负荷下，所述发动机进行浓操作以降低所述燃烧温度以保护所述发动机、所述涡轮增压器、所述催化剂及其他系统，且在所述浓操作期间，所使用的乙醇份额大于防止爆震所需的乙醇份额。
24.如权利要求1或2所述的系统，其中在发动机操作的前30秒期间使用高于通常使用的汽油份额。
25.如权利要求1或2所述的系统，其中所述抗爆震剂是乙醇，且其中在所述发动机中使用的最大乙醇份额可变化。
26.如权利要求25所述的系统，其中所述最大乙醇份额是由所述燃料箱中乙醇与汽油的比率来确定。
27.如权利要求25所述的系统，其中所述最大乙醇份额是由驾驶员来确定。
28.如权利要求25所述的系统，其中涡轮增压、扭矩及马力的最大水平会随着所述最大乙醇份额的降低而降低。
29.如权利要求1或2所述的发动机系统，其中所述抗爆震剂是乙醇，且其中当期望非均匀乙醇分布时，所述乙醇喷射相对于下止点延迟。
30.如权利要求1或2所述的发动机系统，其中所述抗爆震剂是乙醇，且其中所述乙醇喷射器具有多个用于产生多个喷束以制备更为均匀的混合物的孔。
31.如权利要求1或2所述的汽油发动机系统，其中所述抗爆震剂是乙醇，且其中隔膜过滤器用于将乙醇与汽油分离。
32.如权利要求1或2所述的燃料管理系统，其中所述抗爆震剂是乙醇，且其中使用具有以体积计5％到15％水的乙醇。
33.如权利要求1或2所述的燃料管理系统，其在所述汽油及所述抗爆震燃料具有未规定及可变特性的情况下使用闭路，且所述使用的抗爆震剂的份额是通过使用来自所述发动机爆震传感器的反馈来确定。
34.如权利要求33所述的燃料管理系统，其中需要选择最低辛烷值汽油以满足操作需要。
35.如权利要求33所述的燃料管理系统，其中选择所述抗爆震燃料以将所述发动机的操作成本降到最低。
36.一种用于使火花点火汽油发动机高效操作的燃料管理系统，其包括：汽油发动机；抗爆震剂的来源；喷射器，其用于将所述抗爆震剂及所述汽油二者直接喷射到所述发动机的缸体中；及燃料管理控制系统，其用于对所述抗爆震剂向所述缸体内的喷射进行控制以控制爆震。
37.如权利要求36所述的燃料管理系统，其中所述喷射器具有用于所述抗爆震剂及所述汽油的单独阀及喷嘴。
38.如权利要求1或2所述的发动机管理系统，其使用可变阀定时、浓操作、经冷却EGR及火花定时调节。
39.如权利要求1或2所述的发动机系统，其中翻滚状或漩涡运动用于实现燃烧稳定性。
40.如权利要求2所述的发动机系统，其中乙醇是所述抗爆震剂且与溶剂混合以将蒸汽排放降到最低。
41.如权利要求2所述的发动机系统，其中所述乙醇与大气之间的碳罐俘获抗爆震剂蒸汽排放，当所述发动机操作时所述罐得到再生。
42.如权利要求7及29所述的发动机系统，其中所述火花位于具有最高温度空气/燃料比率混合物的区域中。
43.如权利要求1或2所述的系统，其中所述抗爆震剂及汽油容纳在同一个箱内，但由大体不渗透的壁所分开，所述壁可移动或变形以改变所存储的抗爆震剂及汽油的相对量。
44.如权利要求43所述的系统，其中所述壁是可变形隔膜。
45.如权利要求1或2所述的系统，其中所述抗爆震剂是所存储的乙醇且与所述汽油保持分开，且其中其包含诸如脂肪酸或有机胺盐的润滑性添加剂以确保所述燃料喷射系统的所期望的操作。
46.如权利要求1或2所述的系统，其中所述抗爆震剂是乙醇，且其中所述得到适当改性且含有其他添加剂的乙醇以容器形式提供，所述容器可在某些商业场所以及加油站出售。
47.如权利要求46所述的系统，其中所述乙醇与充足量的添加剂混合而被视为可在超市及其他商业场所安全出售。
48.如权利要求1或2所述的系统，其中可膨胀管及漏斗建造于所述抗爆震剂箱中以方便从容器中加注抗爆震剂。
49.如权利要求1所述的系统，其中在驱动循环期间使用的抗爆震剂的量大于防止爆震所需的量。
50.如权利要求49所述的系统，其中所述抗爆震剂的所述能量份额在驱动循环期间可恒定不变或可变化。
51.如权利要求1所述的系统，其中所述抗爆震剂的使用是由来自爆震传感器的信号来起始。
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