CN101903635B - 用于内燃发动机的供应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃发动机，尤其涉及一种用于改进发动机燃料供应的装置和方法，以便通过改善发动机内部的燃烧而优化燃料的消耗、减少污染气体的排放，以及提高发动机的效率。本发明是基于使液体燃料气化并产生最佳空气/燃料混合物的原理。

Description

用于内燃发动机的供应装置
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机，特别是涉及一种用于改进发动机燃料供应的装置和方法，其通过改善发动机内部的燃烧以达到优化燃料的消耗、减少有害气体的排放，以及提高发动机的效率。
背景技术
目前，如何改善内燃发动机中燃料燃烧的问题已经为全社会所关注。原因就在于，只要改善了燃烧，就能够提高内燃发动机的效率和减少消耗，从而缩减了直接成本。与此同时，也减少了尾气及尾气中污染物的排放，有益于环境保护。
已知，LPG(液化石油气)作为一种更易燃烧的清洁燃料，其发动机能够排放相对清洁的尾气。LPG的价格与其他燃料相比也相对经济一些，这是这类燃料的另一个优势。但是，LPG存在一些缺点，譬如其热值低于诸如汽油或者柴油的其他燃料，LPG的分销点的数量也比汽油或者柴油的分销点少。
在过去，有过一些建议，就是生产一种结合了LPG和诸如汽油或柴油的常规燃料的优点的燃料。其中有些建议寻求在燃料被输送至发动机之前使其一定程度的气化。美国专利US 6 155 239(F.D.Dykstra)公开了一种用于内燃发动机的供应系统，在该供应系统中，燃料箱也用于产生燃料/空气混合物，通过利用燃料箱底部的起泡盘(bubble pan)引入外部空气从而获得该混合物。传感器位于将燃料箱连接至发动机的管道中以测量空气/燃料比。根据此测量值，计算机控制添加到燃料/空气混合物中的附加的空气量，所述燃料/空气混合物被输送到燃料箱出口。如果空气/燃料比过浓，则将外部的空气加入此混合物中；如果空气/燃料比过稀，则将液体燃料注入到此混合物中。
美国专利US 3 800 768(J.C.Rhodes等人)描述了一种用于减少在发动机启动和预热过程中所排放气体中的特定有害物质的量的系统。在上述过程期间，空气和某低熔点汽油组分的混合物绕过发动机化油器被供应给发动机。外部空气通过位于燃料箱中的汽油产生这种混合物。当发动机达到正常的操作条件后，发动机通过化油器获得燃料供应。
法国专利FR 2 167 082(Hass-Volkman)描述了一种用于改善燃料/空气混合物的均匀度从而减少有害气体排放的系统。在这种系统中，空气/燃料混合物被加入至化油器所产生的混合物中。
英国专利申请GB 2 042 076(da Costa)公开了一种能够使内燃发动机依靠极稀的混合物运行的系统。在该申请中，这种混合物可以通过使一些外部空气穿过燃料而获得。该燃料由发动机冷却回路所释放的热量(déviation)进行加热。但是，以上所有的这些系统都有其自身的缺点和劣势。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于内燃发动机的供应装置，在该供应装置中，液体燃料被气化，这使得发动机以最佳效率运转，并且在排放的气体中具有尽可能少的有害物质。
在本发明的第一实施例中，这一目的通过这样一种用于内燃发动机的供应装置来实现的，燃料在此供应装置中被气化；此供应装置包括容纳有燃料的容器、装配有浸入燃料中的空气扩散器的进气管、以及用于加热燃料的回路，该回路包括用于将燃料温度维持在最佳值的装置。
在本发明的第一变型中，空气扩散器的侧部设有孔。
在本发明的另一变型中，燃料加热回路使用发动机冷却液。
在本发明的又一变型中，用于将燃料温度维持在最佳值的装置由安装在燃料加热回路中的温控器组成。
在本发明的又一变型中，燃料加热系统包括加热电阻。
在本发明的又一变型中，所述容器中的所述燃料的平均温度的最佳值维持在22℃上下几度。
在本发明的再一变型中，用于内燃发动机的供应装置包括用于“干燥”空气/燃料混合物的装置。
在本发明的再一变型中，用于内燃发动机的供应装置包括位于空气扩散器上方的稳定装置。该稳定装置可由不锈钢片层组成。
在本发明的第二实施例中，本发明的目的也可以通过这样一种用于内燃发动机的供应装置来实现，在该供应装置中燃料被气化。该供应装置包括容纳燃料的容器和真空泵，该真空泵用于在所述容器中产生一定的真空度，以吸入容器中释放的燃料气体并将这些燃料气体推送至空气/燃料混和器。
在本发明的第三实施例中，本发明的目的是通过一种成套设备(kit)来实现的，该成套设备用于安装在内燃发动机上并且包括用于内燃发动机的供应装置，此供应装置包括上述一个或多个特征。
本发明也涵盖了包括上述一个或多个特征组合的用于内燃发动机的供应装置。
附图说明
图1为用于气化液体燃料并产生改善的空气/燃料混合物的装置的示意图。
图2为用于将图1所示的装置连接至发动机进气管的中间装置的示意图。
图3为图1所示的装置的一种变型的示意图。
图4为用于气化液体燃料的装置的另一种变型的示意图。
具体实施方式
本发明是基于使液态燃料气化并产生最佳空气/燃料混合物的原理。
在这些附图中，相同的部件使用相同的参考编号表示。
图1示出了一种用于实现本发明原理的供应装置，该装置包括容纳液体燃料(4)的容器(1)。与容器(1)相连的恒定液面设备(5)将容器(1)中燃料的液面保持在一定值。该恒定液面设备(5)自上连接至容器(1)以避免与运行有关的真空影响。进气管(2)向下进入容器(1)。进气管(2)在其一端从外部带入空气，在其另一端与空气扩散器(7)相连。该扩散器(7)的底部被封闭，侧部开有孔。孔的数量必须足够多以让充足的空气选出。空气扩散器(7)以总是浸入液体燃料中的方式安装。在一种优选的实施例中，外部空气在被输送到进气管(2)前通过排气系统(12)进行预热。在空气供应方面，由温控器(11)控制的阀门可以根据需要向装置供应热空气或冷空气。
来自热水在其中可流经的发动机冷却系统(如盘管8，9)散发的热量能够对燃料加热。温控器(8)用于将燃料的温度维持在最佳值，此温度与冷却液的温度相对独立。
远程温控器(带有密封的浸没探针13的温控器10)用来测量燃料的温度，该温度可以显示在操作面板或仪表盘上。
加热电阻(3)能够将初始为冷态的液体燃料(4)加热到所设定的温度。也可以设置调节装置以确保在用电阻加热时使燃料维持在一个恒定的温度值。
空气/燃料混合物通过出气管(6)离开容器(1)。
图2中示出了一种用于将出气管(6)连接至发动机的进气管(19)的中间装置。此中间装置包含例如通过软管与出气管(6)相连的供应入口(16)。此中间装置还包含真空进气蝶阀(20)以及通过电缆与车辆的启动马达相连的启动阀(17)。
此中间装置还包括位于进气管入口用于保护供应装置在自动点火时免于爆炸的机械止回阀(15)。在这种情况下，位于相对的进口处的机械阀门(18)能够使自动点火所产生的压力得以释放。
图1与图2所示的装置运行过程如下：当发动机的气缸或其多个气缸中的一个气缸在进气冲程时，通过管道(6)在容器(1)中就形成了一定的真空度。由于该真空度，一些燃料于是挥发，该挥发气体与通过空气扩散器(7)进来的外部空气一起被吸入。这样优化的空气/气化燃料混合物被吸入至上面所述的气缸，在气缸中该混合物通过外部点火装置(如火花塞)或自动点火的方式被点燃，具体的点火方式取决于发动机如何工作。
容器中燃料的挥发需要吸收能量(卡路里)，由于挥发的过程是一个绝热过程，所以燃料将被冷却。因此，提供加热燃料的装置是非常重要的。
为了达到空气/燃料混合物的最佳燃烧，有必要使空气/燃料体积达到一定的化学计量比。实践中发现，在汽油内燃发动机中，当燃料的平均温度为22℃上下几度时可以获得混合物的最佳燃烧。基于此原因，与温控器(8)一起还设有燃料温度控制电路。需要强调的是22℃是实验值，燃料的温度最优值可能受某些因素影响，如容器中的真空度，所使用的燃料类型，以及容器的几何形状等。
另外一个获得混和物良好燃烧的条件与这样一种情况有关，即与被吸入至气缸中的空气/燃料混合物中液态燃料的颗粒的百分比有关，该百分比必须尽可能的低并且混和物中存在的燃料几乎完全处于气态。通过提供用于“干燥”混和物，即从混和物中实现液态部分(例如小液滴)的最大分离的装置可以获得上述效果。为此，可在容器中设置一些隔板(见图1，其中的倾斜隔板15安装于燃料上方，混和物会经过该倾斜隔板15)。但是，其他装置也可以用于此目的，例如液滴分离器，沉降器等。
有利地，还可以设置控制空气/燃料混合物的装置，以便当混和物过浓时增加空气，当混和物过稀时减少吸入的空气。
图3是图1所示的装置的一个变型，某些特征，例如外部空气供给，出于简化的原因并没有示出。在图3中，通过维持液体燃料在恒定液面的设备(5)来给容器(1)供应液体燃料(4)。外部空气通过管道(2)引入，并且空气/燃料混合物通过管道(6)输送至发动机。在穿孔的空气扩散器(7)上方并且在燃料内部设有稳定装置(33)：该稳定装置(33)具有高孔隙率，而且具有增加燃料中气泡数目的特点，同时该稳定装置能够稳定液体燃料的上表面从而保持其或多或少地稳定，也就是在容器运动时，例如转弯或者在斜坡上时保持液面水平。一种已经证实高度有效的装置是一个不锈钢片层，但包含一种或多种其他材料的层也可行。另外一种稳定装置的方法是采用万向节悬挂容器。在图3所示的实施例中，空气/燃料混合物通过螺旋通道(32)和紧跟着的沉降器(34)进行“干燥”。在沉降器(34)中，通过对管道(36)内的空气/燃料混合物进行角运动分离出液滴。通过位于沉降器(34)底部的小孔(35)液态燃料可以流回至容器。显然，螺旋通道(32)和沉降器(34)也可以单独用于干燥目的，不需要二者结合使用。
在图4所示的实施例中，容器(1)仅仅作为气化液体燃料的装置而空气/燃料混合物的产生在随后完成。图4所示的装置包括带有加热装置(8，9)的容器(1)，容器(1)通过恒定液面保持设备(5)供应燃料。与容器(1)相连的真空泵(46)在液体燃料(4)上方产生一定的真空度从而气化燃料。燃料气体通过真空泵(46)被输送至空气/燃料混和器(47)中，该混和器通过管道(48)获得外部空气供应。然后，空气/燃料混合物通过另一管道(49)被输送至内燃发动机(50)中。
虽然有关具体的控制和调节没并有在图4中示出，但是很明显地可以设置例如图1中所示的控制和调节装置，或者设置对于所属技术领域的技术人员来说惯用的装置。
容器(1)可以是发动机的燃料箱，但其最好是一个单独的具有适当尺寸和位置的箱体。这是由于在发动机燃料箱内加热所有的燃料会减少上述油箱中的燃料体积，同样的，容器(1)最好也不要安装的离发动机太远。另外，传统的燃料箱不适合作为根据本发明的供应装置的容器。
通过使用根据本发明的供应装置，可以发现内燃发动机的效率可以从常态下的35％至45％提升到超过60％。这自然也就实现尾气污染物和燃料消耗的大幅减少。
根据本发明的用于内燃发动机的供应装置可以是完全原创的设备，但是本发明也提供了一种成套设备，其包括使现有的发动机适应这一新的技术的供应装置。
本发明可以适用于汽油和柴油发动机，以及使用生物燃料(如乙醇或菜籽油等)或者使用不同类型燃料混合的发动机。
对于柴油发动机，特别是现有的柴油发动机，有很多种可行的方法使这些发动机能够使用本发明的该装置。一种可行办法就是通过修改压缩比(公知技术)及安装火花塞来将柴油发动机改为汽油发动机。另一种可行的方法涉及联合操作，一方面传统的柴油发动机空转，另外一方面使用本发明的供应装置供应燃料。而且，本发明可以用于固定式发动机(如电力发电机组)，同样也可用于活动的发动机(轿车、公交车、卡车、船舶、拖拉机等)。对于汽油发动机，根据本发明的供应装置可以代替化油器。
本发明不仅仅局限于附图和上述描述的实施方式，其还涵盖了所属技术领域的技术人员从这些实施方式中推导出的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于内燃发动机的供应装置，在所述供应装置中液体燃料被气化，所述供应装置包括：
-容纳有燃料(4)的容器(1)；
-装配有空气扩散器(7)的进气管(2)，所述空气扩散器(7)浸入所述燃料(4)中；
-用于空气-气化燃料混合物的出气管(6)，通过该出气管，在所述容器(1)中形成一定的真空度；
-恒定液面设备(5)，其将所述容器(1)内的燃料的液面保持在一定值；
-用于加热所述燃料的燃料加热回路(8，9)，该燃料加热回路包括用于将所述燃料的温度维持在最佳值的装置。
2.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的供应装置，其特征在于，所述空气扩散器的侧部上设有孔。
3.根据权利要求1或2所述的用于内燃发动机的供应装置，其特征在于，所述燃料加热回路使用发动机冷却液。
4.根据权利要求1或2所述的用于内燃发动机的供应装置，其特征在于，用于将所述燃料的温度维持在最佳值的所述装置由安装于所述燃料加热回路中的温控器组成。
5.根据权利要求1或2所述的用于内燃发动机的供应装置，其特征在于，燃料加热系统包括加热电阻。
6.根据权利要求1或2所述的用于内燃发动机的供应装置，其特征在于，所述容器中的所述燃料的平均温度的最佳值维持在22℃上下几度。
7.根据权利要求1或2所述的用于内燃发动机的供应装置，其特征在于，所述供应装置包括用于干燥空气-气化燃料混合物的装置。
8.根据权利要求1或2所述的用于内燃发动机的供应装置，其特征在于，所述供应装置包括位于所述空气扩散器上方的稳定装置。
9.根据权利要求8所述的用于内燃发动机的供应装置，其特征在于，所述稳定装置由不锈钢片层组成。
10.一种成套设备，其用于安装在内燃发动机上并且包括根据权利要求1至9中任一项所述的用于内燃发动机的供应装置。
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